Introducción - Escuela Politécnica Nacional

Transcripción

Comunicaciones Inalámbricas
Visión general de Tecnologías
Inalámbricas
Iván Bernal, Ph.D.
[email protected]
http://clusterfie.epn.edu.ec/ibernal
Escuela Politécnica Nacional
Quito – Ecuador
Copyright @2007, I. Bernal
Agenda
• Comunicaciones Inalámbricas
Redes Inalámbricas de Datos
¾Tipos de Redes Inalámbricas de Datos
9 BAN (**Wireless**
(**Wi l ** Body
B d Area
A
Network)
N
k)
9 WPAN (Wireless Personal Area Network)
9 WLAN (Wireless Local Area Network)
9 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
9 WRAN (Wireless Regional Area Network)
9 WWAN (Wireless Wide Area Network)
Telefonía Celular
9 1G, 2G, 2.5G, 3G, (3.5G, 4G)
Comunicaciones Satelitales
Otras tecnologías
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1
Bibliografía.
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España
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http://standards.ieee.org/wireless
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Wireless, Wiley-IEEE Press, USA, 2006.
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• “Comunicación inalámbrica: aquella que se lleva a cabo sin el uso
de cables de interconexión entre los participantes”
Una comunicación con teléfono móvil es inalámbrica.
Una comunicación con teléfono fijo tradicional no lo es.
• Las tecnologías inalámbricas están ocupando rápidamente las
preferencias de todo tipo de usuarios.
La telefonía móvil está cada vez más cerca de convertirse en un sistema de
comunicación personal universal.
Los teléfonos inalámbricos del hogar son cada vez más comunes en detrimento de los
incómodos teléfonos con cables enrollados.
Los computadores están también liberándose de sus ataduras.
Cada vez son más los hogares, los cafés, las pequeñas empresas, los aeropuertos o las
grandes compañías en los que se dispone de redes inalámbricas de computadores.
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• Aunque las tecnologías que hacen posible las comunicaciones inalámbricas
(infrarrojo y radio) existen desde hace muchos años, su implantación comercial
para aplicaciones de usuarios finales ha sido posible solo en fechas
relativamente recientes.
Marconi demostró la posibilidad de proveer contacto continuo con barcos navegando en el
Canal Inglés en 1897.
En el siglo pasado, los avances en tecnologías inalámbricas permitieron el desarrollo de la
radio, la televisión, la telefonía móvil y las comunicaciones satelitales.
El primer servicio que se liberó de los cables fue la telefonía (transmisión de voz).
¾ La telefonía móvil se ofreció comercialmente en USA en 1946, en 25 ciudades.
¾ La telefonía móvil celular se ofreció comercialmente a fines de los años setenta y poco a poco se ha
desarrollado hasta superar a la telefonía fija en el número de líneas.
líneas
• Mucha atención se ha prestado últimamente a:
Comunicaciones Satelitales
Redes Inalámbricas de datos (WLAN ,WPAN, etc.)
Tecnología Celular
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Comunicacio
ones
Inalámbrica
as
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Comunicacio
ones
Inalámbric
cas
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SHF: Super High
Frequency
EHF: Extremely
High Frequency
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• La revolución de los computadores personales y el espectacular desarrollo del
Internet están haciendo que la informática sea tan común en la vida diaria,
como lo es el teléfono.
Computadores
p
desktop,
p, p
portátiles,, PDAs ((Personal Digital
g
Assistants),
), Tablet PCs.
¾ Tablet PC ofrece la funcionalidad de una PC común, con facilidades de movilidad y con la conveniencia
adicional handwriting.
En todo tipo de útiles diarios:
¾ Automóvil, calefacción, los juguetes de los niños.
• Todos estos dispositivos son susceptibles de intercomunicarse entre sí y, aunque
pueden hacerlo con los sistemas de cables tradicionales,, su mayor
p
y p
potencial se
alcanza a través de las comunicaciones inalámbricas.
• En este entorno, no es de extrañar que esté creciendo el número de soluciones
inalámbricas: GSM, UMTS, Wi-Fi, Bluetooth, DECT, GPRS, 3G, LMDS, etc.
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Movilidad Parcial vs. Total
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• Conjunto de computadores, o de cualquier otro dispositivo
informático, comunicados entre sí mediante soluciones que no
requieren el uso de cables de interconexión.
• No están orientadas a dar solución solo a las necesidades de
comunicaciones de las empresas, dado su bajo costo, cada vez
forman parte del equipamiento de comunicaciones de los hogares.
Para disponer de una red inalámbrica (WLAN), sólo hace falta instalar una tarjeta
de red inalámbrica en los computadores, hacer una pequeña configuración y listo.
Instalar una red inalámbrica es un proceso mucho más rápido y flexible que instalar

una red cableada.
¾ No se tiene que instalar cables por los suelos y paredes de la oficina o la casa.
¾ Las redes inalámbricas permiten a sus usuarios moverse libremente sin perder la
comunicación.
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• Una vez instalada la red inalámbrica, su utilización es
prácticamente idéntica a la de una red cableada.
Los computadores que forman parte de la red pueden comunicarse entre sí y
compartir
ti toda
t d clase
l
de
d recursos.
¾ Se pueden compartir archivos, directorios, impresoras, disqueteras, o incluso el acceso a otras
redes, como puede ser el Internet.
Para el usuario común, en general, no hay diferencia entre estar conectado a una red
cableada o a una red inalámbrica.
¾ Una red inalámbrica puede estar formada por tan sólo dos computadores o por miles.
• Por todo lo anterior, las soluciones inalámbricas están poco a poco
ocupando un lugar más destacado entre las posibilidades que
tienen dos equipos informáticos para intercomunicarse.
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• No obstante, hoy por hoy, las soluciones inalámbricas tienen
también algunos inconvenientes:
Ofrece menores velocidades de transmisión.
¾ Las velocidades
l id d de
d transmisión
i ió de
d las
l soluciones
l i
inalámbricas
i lá b i
actuales
l se encuentra entre los
l
11 y los 54 Mbps (aunque ya existen algunas soluciones propietarias a 100 Mbps), mientras
que las redes de cable alcanzan fácilmente los 100 Mbps y 1000 Mbps.
En general, son más caras que las soluciones (completas) con cables.
¾ En muchas ocasiones resultan ser la solución más conveniente.
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Historia (1849)
• “The first demonstration of telephone was made by Antonio Santi
Giuseppe Meucci (1808- 1896) at Havana, Cuba.
His is an extraordinary episode in American history in which justice was perverted.
In 1871, unable to obtain $250 for obtaining a definite patent he filed the patent
caveat 3335 which was mysteriously lost from the patent office!
Ultimately, the United States House of Representatives passed the resolution HR 269
on 11 June 2002, recognizing him as the inventor of the telephone and not Alexander
Graham Bell.
The parliament of Canada retaliated by passing a bill recognizing the Canadian
immigrant Bell as the only inventor of telephone.
telephone ”
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Historia
• The International Telegraph Union (ITU) was founded and met for
the first time in Paris (1865).
• 1874
1874- Scottish
Scottish-American
American Alexander Graham Bell,
Bell a teacher of the
deaf, conceived the Mugneto Telephone in Brantford, Ontario. It was
born next year, in Boston, Massachusetts, USA (1875).
Bell patented it in 1876.
The telephone made real-time transmission of speech by electrical encoding and
replication of a sound a practical reality.
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Historia
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Historia
• 1896:
Tesla obtained 8 patents for producing currents of high frequency.
Marconi applied in England for the first patent in wireless, covering the use of a
transmitter with a coherer connected to a high aerial and to earth. He also used a copper
mirror to project a beam of electric radiation along certain directions.
• 1897
Marconi obtained GBP 12,039 for Improvements in transmitting electrical impulses and
signals and in apparatus there-for.
Marconi demonstrated a radio transmission to a tugboat over an 18- mile path at the
Bristol Channel, England. This was the official trial of Marconi’s radio system.
The first wireless company, Wireless Telegraph and Signal Company Ltd., was founded;
the company bought most of Marconi’s patents. Its name was changed to Marconi’s
Wireless Telegraph Co. Ltd., in 1900.
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Historia
• 1900: Canadian-American Reginald Aubry Fessenden did the first speech transmission
(over 25 miles) using a spark transmitter. The carrier frequency was 10 kHz.
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Historia
1901
Marconi installed in a car
th earliest
the
li t form
f
off
mobile radio.
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Tipos de Redes Inalámbricas de Datos
• Cuando se habló anteriormente de las redes inalámbricas de datos, realmente se
hizo referencia básicamente a las redes de área local inalámbricas (WLAN).
Sin embargo, vienen a la mente siglas como WiMax, Bluetooth, UMTS, etc.
¾ Estas siglas, al igual que otras, hacen referencia a distintos tipos de redes o de tecnologías inalámbricas.
¾ Es necesario diferenciar los distintos tipos de redes inalámbricas que existen.
• Clasificación de las redes inalámbricas de acuerdo a su alcance.
Alcance se refiere a la distancia máxima a que pueden situarse las dos partes de la
comunicación inalámbrica (transmisor/receptor).
• Tipos de redes:
Redes de área corporal o BAN (Body Area Networks)
personal o WPAN ((Wireless Personal Area Network))
Redes inalámbricas de área p
Redes inalámbricas de área local o WLAN (Wireless Local Area Network)
Redes inalámbricas de área metropolitana o WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Redes inalámbricas de gran área de cobertura o WWAN (Wireless Wide Area Network)
¾ Con tecnologías celulares
Redes globales con posibilidad de cubrir toda una región (país o grupo de países)
¾ Redes de telefonía móvil
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WAN
IEEE 802.22
(proposed)
IEEE 802.20
(Mobile, proposed)
W-CDMA, EDGE
(GSM)
ETSI HiperMAN &
HIPERACCESS
MAN
IEEE 802.16
WirelessMAN
IEEE 802.11
WirelessLAN
IEEE 802.15
Bluetooth
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LAN
PAN
ETSI
HiperLAN
ETSI
HiperPAN
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• BAN (Body Area Network)
Las computadoras “usables” (wearable computers) están
distribuidas en el cuerpo.
¾ Displays montados en la cabeza
¾ Micrófonos
¾ Auriculares,
Auriculares etc
etc..
BANs constituyen la mejor solución para conectar
dispositivos “usados por una persona”.
¾ Dispositivos médicos, elementos embebidos en los materiales
de las prendas de vestir, sensores en general, etc.
Algunos dispositivos personales requerirán interactuar
con dispositivos fijos (cajeros automáticos, sistemas de
control vehicular, consolas de diagnóstico, etc.).
Ejemplo:
¾ Usando tecnologías RF de ultra
lt low
l power (por debajo de las
emisiones espurias de equipo electrónico)
Se ha definido la banda MICS (Medical Implantable
Communication Service) en [402 – 405] MHz para
comunicación con dispositivos implantados.
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• Redes inalámbricas de área personal o WPAN (Wireless Personal
Area Network)
Cubren distancias inferiores a 10 m.
Pensadas para interconectar distintos dispositivos de un usuario.
¾ Por ejemplo, el computador con la impresora.
¾ Éste es el caso de la tecnología Bluetooth o de IEEE 802.15 (en general).
• Redes inalámbricas de área local o WLAN (Wireless Local Area
Network)
Cubren distancias de unos cientos de metros.
Pensadas para crear un entorno de red local.
¾ De computadores o terminales situados en un mismo edificio o grupo de edificios.
¾ Éste es el caso de Wi-Fi o HomeRF, por ejemplo.
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• Redes inalámbricas de área metropolitana o WMAN (Wireless Metropolitan
Area Network).
Pretenden cubrir el área de una ciudad o entorno metropolitano.
Ejemplos:
¾ LMDS
S ((Locall Multipoint
l
Distribution
b
Service,
S
“S i i Locall de
“Servicio
d Distribución
i ib ió Multipunto”)
li
”)
¾ MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service, “Servicio Multicanal de Distribución Multipunto”)
¾ WiMAX, IEEE802.16
• Redes de datos globales con posibilidad de cubrir toda una región (país o grupo
de países)
Se basan en la tecnología celular y han aparecido como evolución de las redes de
comunicaciones de voz.
Redes de telefonía móvil conocidas como 2.5G y 3G.
¾ 1G (primera generación) a los sistemas analógicos (NMT o AMPS).
¾ 2G a los sistemas digitales (GSM o CDMA)
¾ 2.5G a los sistemas digitales con soporte para datos a alta velocidad (IS-95B, GPRS, EDGE)
¾ 3G a los nuevos sistemas de telefonía celular con capacidad de gran ancho de banda (W-CDMA o CDMA2000)
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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA PERSONAL (WPAN)
• Redes que tienen un área de cobertura de varios metros (del orden
de 10 m).
• Objetivos
Comunicar cualquier dispositivo personal (computador, terminal móvil, PDA, etc.)
con sus periféricos
¾ Tradicionalmente, la comunicación se ha hecho utilizando cables.
¾ Tener pequeños dispositivos llenos de cables alrededor no resulta muy cómodo.
¾ La comunicación inalámbrica supone un gran avance en cuanto a versatilidad y comodidad.
Permitir una comunicación directa a corta distancia entre estos dispositivos.
¾ Impresoras, auriculares, módem, escáner, micrófonos, teclados pueden intercomunicarse con
su terminal vía radio, evitando tener que conectar cables para cada uno de ellos.
• Ver IEEE 802.15
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WPAN: Bluetooth (IEEE 802.15.1)
• Una de las tecnologías de redes inalámbricas WPAN más conocidas.
• No está pensada para soportar redes de computadores (LAN), sino para
comunicar un computador o cualquier otro dispositivo con sus periféricos.
Un teléfono móvil con su auricular,, un PDA con su computador,
p
, un computador
p
con su
impresora, etc.
• Desarrollado en 1994 por la empresa sueca Ericsson con el objetivo de
conseguir un sistema de comunicación de los teléfonos móviles con sus
accesorios (auriculares, computadores, etc.)
• En 1998 se creó el Grupo de Interés Especial Bluetooth (Bluetooth Special
I
Interest
G
Group,
SIG www.bluetooth.com
SIG,
bl t th
)
Ericsson, IBM, Intel, Nokia y Toshiba.
Se dio un gran empuje comercial a esta tecnología.
• IEEE 802.15.1
Publicado en Junio de 2002
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WPAN: Bluetooth
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WPAN: Bluetooth
• El nombre Bluetooth significa en español “diente azul” y procede
del apodo que tenía el Rey Harald Blaatlund II, un legendario
guerrero danés del siglo X.
• Las comunicaciones de Bluetooth se llevan a cabo mediante el
modelo maestro/esclavo.
Un terminal maestro puede comunicarse hasta con siete esclavos simultáneamente.
No obstante, el maestro siempre puede suspender las comunicaciones con un esclavo.
¾ Mediante una técnica conocida como parking y activar la comunicación con un nuevo
p
esclavo.
dispositivo
¾ Un maestro puede establecer comunicación con un máximo de 256 esclavos.
9 Sólo siete pueden permanecer activos simultáneamente.
Al conjunto maestro/esclavos se le llama piconet.
Un dispositivo puede ser a la vez maestro de un piconet y esclavo de otro piconet.
¾ El conjunto resultante se conoce como scatternet (red dispersa).
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WPAN: Bluetooth
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WPAN: Bluetooth
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WPAN: Bluetooth
• Utiliza FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, “Espectro Expandido por
Salto de Frecuencia”) en la banda de frecuencias de 2.4 GHz.
• Puede establecer comunicaciones:
Asimétricas con una velocidad máxima en una dirección de 721 kbps
p y 57,6
, kbps
p en la otra.
Simétricas de 432,6 kbps en ambas direcciones.
• Puede transmitir tanto voz como datos.
• Bluetooth Versión 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate) fue anunciada en
Noviembre de 2004.
Se espera que productos con EDR estén disponibles para fines del 2005.
Of
Ofrece
velocidades
l id d de
d hasta
h t 3 Mb
Mbps, con ell consumo de
d potencia
t i reducido
d id casii a la
l mitad.
it d
• Actualmente se continua trabajando en:
Reducir el consumo de potencia.
Mejorar aspectos de seguridad.
Calidad de servicio para facilitar el uso de múltiples aplicaciones.
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WPAN: Bluetooth
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WPAN: Bluetooth
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WPAN: Bluetooth
• A pesar de la aparente complementariedad de Bluetooth con WiFi, lo cierto es que Wi-Fi está evolucionando mucho más
rápidamente que Bluetooth .
• Teniendo en cuenta que Wi-Fi tiene un ancho de banda mucho
mayor que Bluetooth, que goza de un alcance bastante mayor y
que poco a poco está consiguiendo equipararse en precios, existe
una cierta incertidumbre en cuanto al futuro de Bluetooth.
• Se
S reporta que ell SIG planea
l
usar ultrawideband,
l
id b d para evitar
i
que
ésta última marque la desaparición de Bluetooth.
“As expected, the Bluetooth SIG has chosen to piggyback on the Intel-backed WiMedia
version of ultrawideband technology”. Marzo de 2006.
“The first Bluetooth-over-WiMedia products are expected by early 2008”.
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WPAN: DECT
• DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications, “Telecomunicaciones Digitales
Inalámbricas Mejoradas”)
• Existe desde 1992.
• Promulgado por ETSI (European Telecommunications Standards Institute, “Instituto
Europeo de Normalización en Telecomunicaciones”).
• Su objetivo es facilitar las comunicaciones inalámbricas entre terminales telefónicos.
Teléfonos inalámbricos y centralitas inalámbricas.
• Trabaja en la banda de 1,9 GHZ con alcances de hasta 300m.
• Utiliza TDMA (Time Division Multiple Access, “Acceso Múltiple por División de
Tiempo”).
• La velocidad de transmisión máxima actual es de 2 Mbps.
Existe una propuesta de ETSI para aumentar la velocidad hasta 20 Mbps y conseguir alcances de hasta 17
km.
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WPAN: DECT
• Técnicamente DECT podría ser un competidor de Bluetooth o, de
otros sistemas inalámbricos de mayor alcance. Pero tiene grandes
limitaciones:
T b j en lla banda
Trabaja
b d d
de 11,9
9 GH
GHz.
¾ Utilizada en Europa para DECT pero con barreras regulatorias en Norteamérica y otras partes
del mundo.
Está muy orientada a voz.
• Asociación DECT MMC
DECT Multimedia Consortium, “Consorcio DECT Multimedia”
Se creó en 1999 en Barcelona.
Canon, Ericsson, Ascom.
Para potenciar la tecnología DECT.
¾ El uso del protocolo DMAP (DECT Multimedia Access Profile, “Perfil de Acceso DECT
Multimedia”) que permite la transmisión de datos entre dispositivos a corta y media distancia.
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ZigBee (IEEE 802.15.4)
• Zigbee es una organización que toma ventaja de IEEE 802.15.4
• http://www.zigbee.org
• Se quieren desarrollar productos de muy bajo costo.
Bajo consumo de potencia.
¾ Se usarán con sensores que durarán 5 o 10 años y también las baterías deben hacerlo.
Velocidades relativamente bajas ( 250 kbps, 40 kbps, y 20 kbps).
Distancias relativamente cortas comparadas con las de Wi-Fi.
¾ Los dispositivos en conjunto pueden tener una gran área de cobertura.
• Permite la comunicación entre miles de pequeños sensores.
Distribuidos en oficinas, granjas, fábricas.
Midiendo
Midi d temperatura,
t
t
químicos,
í i
agua, movimiento.
i i t
También puede utilizarse con juguetes interactivos, controles remotos, automatización del hogar, badges
inteligentes.
• Los dispositivos se comunican inalámbricamente el uno al otro.
Al fin de la línea los datos se descargan en un computador para análisis o tomados por otra tecnología como
Wi-Fi o WiMAX.
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• Áreas de aplicación
Control y monitoreo industrial
Seguridad pública
¾ Incluye sensado y determinación de ubicación en sitios de desastre.
Sensado automotriz
¾ Monitoreo de la presión de llantas.
Etiquetas e identificadores inteligentes (smart tags and badges)
Agricultura de precisión para sensar:
¾ La humedad del suelo
¾ Nivel de pesticidas
¾ Nivel de herbicidas
¾ Niveles de pH
Automatización y networking del hogar
Automatización de edificios
¾ http://www.caba.org (Continental Automated Buildings Association)
• Tasas estimadas máximas para algunos periféricos de PC están en el orden de
115 kbps, y para el caso de automatización del hogar y electrodomésticos
menores que 10 kbps.
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Wireless Sensor Networks (WSNs)
• Orígenes a inicios de los 90.
Se tiene la noción de poner en red sensores desde los 70s, pero eran soluciones alámbricas y de pequeña
escala.
• Se tiene la visión de un futuro en el que grandes cantidades de dispositivos con sensores
j potencia,
p
, y densamente embebidos en el medio ambiente físico,, estén
baratos,, de baja
operando de manera conjunta en la red inalámbrica.
• Aplicaciones en diversos campos:
Control de procesos industriales
Seguridad y vigilancia
Sensado/detección de contaminación ambiental
Monitoreo de hábitats ecológicos
Monitoreo de la salud de estructuras
Rastreo de blancos militares
• Retos principales que se resuelven con técnicas con técnicas de redes que abarcan
múltiples capas.
Eficiencia en consumo de energía
Robustness
Autonomía
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• Tópicos asociados:
Despliegue (Network Deployment)
Localización
Sincronización temporal
Características de los enlaces inalámbricos
Acceso al medio
Planificación para el estado de dormir (Sleep scheduling)
Control de la topología
Enrutamiento
Conceptos y técnicas centradas en los datos (data-centric)
Control de congestión
Seguimiento de blancos militares
Procesamiento de señal colaborativo
Computación Distribuida
Programación y middleware
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• Primeros esfuerzos de investigación:
LWIM (Low-power Wireless Integrated Microsensors) en UCLA.
¾ Desarrollo de dispositivos con electrónica de baja potencia para disponer de redes grandes y densas de
sensores inalámbricos.
WINS (Wireless Integrated Networked Sensors)
¾ UCLA colaboró con Rockwell Science Center.
¾ Sucesor de LWIM
Otros proyectos que se iniciaron por 1999-2000
¾ Principalmente académicos
9 En MIT, Berkeley, USC.
¾ Berkeley
9 Desarrollaron los MOTES
dispositivos de red con sensores inalámbricos embebidos.
Se disponen comercialmente
9 Desarrollaron TinyOS
Sistema operativo embebido que facilita el uso de los Motes.
9 Los motes constituyen una plataforma fácilmente programable, completamente funcional y
relativamente barata, para experimentación y despliegue real.
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Ultrawideband
• Posibles escenarios de aplicación
Permite la transferencia de grandes archivos a altas velocidades sobre cortas
distancias.
En el hogar
¾ Permitiría transferir horas de video de un PC a una TV (sin cables).
En movimiento
¾ Permitiría a un usuario viajando en un vehículo con una laptop transferir archivos a una
computadora de mano (handheld).
9 El laptop podría estar recibiendo datos con MobileFi en la cajuela.
9 El handheld podría estar en el asiento delantero.
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Ultrawideband
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Ultrawideband
• Basada en una técnica llamada "carrier-free", "baseband" o
"impulse".
Pulsos de muy corta duración que ocupan un gran ancho de banda instantáneo.
Las formas de onda resultantes son de un ancho de banda muy grande por lo que es difícil
determinar una frecuencia central RF.
• Puede usarse en PANs, interconectando celulares, laptops, PDAs,
cameras, reproductores MP3.
Velocidades mas altas que Bluetooth (802.15.1) u 802.11.
• IEEE 802.15 desarrolla estándares para WPANs.
El “Task group 3” desarrolló un estándar (IEEE 802.15.3) para entregar velocidades de 20
Mbps a 55 Mbps en cortas distancias (menos de 10m).
Esto no permitiría soportar algunas aplicaciones de las que se presentan en la tabla:
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Ultrawideband (IEEE 802.15.3a)
• IEEE 802.15.3a
“Task Group” en noviembre de 2001.
Para identificar alternativas que permitan soportar velocidades entre 110 Mbps y
480 Mbps para cortas distancias (menores que 10m).
En febrero de 2002, la FCC aprobó el uso de dispositivos UWB.
UWB se presentó como una opción para IEEE 802.15.3a.
No se ha podido decidir por una de las alternativas existentes en las votaciones.
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WPAN: Infrarrojo (IR)
• Luz infrarroja es un tipo de radiación electromagnética invisible para el ojo humano.
Los sistemas de comunicaciones con infrarrojo se basan en la emisión y recepción de haces de luz infrarroja.
• La mayoría de los controles a distancia de los aparatos domésticos (televisión, video,
equipos de música, etc.) utilizan comunicación por infrarrojo.
• Por otro lado, la mayoría de las famosas PDAs, algunos modelos de teléfonos móviles y
muchos computadores portátiles incluyen un dispositivo infrarrojo como medio de
comunicaciones entre ellos.
• Los sistemas de comunicaciones de infrarrojo pueden ser divididos en dos categorías:
Infrarrojo de haz directo.
¾ Esta comunicación necesita una visibilidad directa sin obstáculos entre ambos terminales.
terminales
Infrarrojo de haz difuso.
¾ El haz tiene suficiente potencia como para alcanzar el destino mediante múltiples reflexiones en los
obstáculos intermedios.
¾ No se necesita visibilidad directa entre terminales.
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• La tecnología de infrarrojos ha encontrado su nicho en las comunicaciones de
muy corto alcance.
• Ventajas:
No están reguladas.
Son de bajo costo.
Inmunes a interferencias de los sistemas de radios de alta frecuencia.
• Desventajas:
Corto alcance.
No p
puedan traspasar
p
objetos.
j
No son utilizables en el exterior debido a que agentes naturales como la lluvia o la niebla
producen grandes interferencias.
El estándar original IEEE 802.11 (antecesor de Wi-Fi) contemplaba el uso de infrarrojos.
¾ Nunca llegó a tomar impulso debido principalmente a los inconvenientes mencionados.
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•
IrDA (Infrared Data Association)
http://www.irda.org/
Asociación que tiene como objetivo crear y promover el uso de sistemas de comunicaciones por infrarrojo.
Actualmente tiene creados dos estándares:
¾ IrDA-Control.
9 Protocolo de baja velocidad optimizado para ser utilizado en los dispositivos de control remoto
inalámbricos.
Mouse, joysticks.
¾ IrDA-Data.
9 Protocolo orientado a crear redes de datos de corto alcance.
9 Diseñado para trabajar a distancias menores de 1 m y a velocidades que van desde 9,6 kbps hasta 16 Mbps.
9 Existe una versión que extiende el alcance a 2 m, con un alto costo de consumo de energía, y otra que
reduce el alcance a 30 cm, reduciendo el consumo a la décima parte.
9 Existen varios protocolos opcionales que permiten que el protocolo IrDA-Data sea utilizado en aplicaciones
específicas.
IrCOMM (Infrared Serial/Parallel Port Emulation, “Emulador
Emulador infrarrojo de Puerto Serie/Paralelo
Serie/Paralelo”).
).
IrTran-P (Infrared Digital Image Transfer, “Transferencia de Imagen Digital con Infrarrojo”).
IrLAN (Infrared Local Area Network Connectivity, “Conectividad de Red de Área Local con
Infrarrojo”).
IrMC (Infrared Mobile Communications, “Comunicaciones Móviles con Infrarrojo”).
9 Ofrece ventajas en cuanto a seguridad.
Las emisiones de haces infrarrojos se quedan en un entorno mucho más privado que las
propagaciones de ondas de radio.
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Wibree
• http://www.wibree.com
• Se considera como una versión de baja potencia de la especificación de Bluetooth.
1 Mbps para distancias de hasta 10 m, y usará alrededor de 1/10 de la potencia de Bluetooth.
• Para
P
teléfonos
t léf
móbiles
óbil convencionales,
i
l asíí como mercados
d inalámbricos
i lá b i
emergentes,
t
como el de relojes, teclados inalámbricos, juguetes, etc.
• CSR, Broadcom, Epson, Nokia, y Nordic Semiconductor anunciaron la especificación el
3 de octubre de 2006.
Estaría concluida el segundo cuarto de 2007.
• “Nokia said that Wibree will be a complement
p
to Bluetooth,, rather than a competitor,
p
,a
position echoed by Bluetooth, UWB and now Wibree developer CSR”.
• “The main loser in this particular battle, …., will be another wireless technology ….,
ZigBee”.
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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCAL (WLAN)
• WLAN (Wireless Local Area Neworks)
• Tienen una cobertura de unos pocos cientos de metros.
p
o terminales situados en
• Para crear un entorno de red local entre computadores
un mismo edificio o grupo de edificios.
Para redes de oficina.
Para redes en el Hogar.
Para “Hot spots”
¾ Áreas (alrededor de una antena) en donde las personas pueden compartir información de forma inalámbrica
o conectarse al Internet con un laptop adecuadamente equipado.
• En el mercado existen distintas tecnologías que dan respuesta a esta necesidad.
Wi-Fi
HomeRF
HiperLAN
OpenAir
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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCAL (WLAN)
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WLAN: WiWi-Fi
• Durante muchos años, las WLANs utilizaban soluciones particulares de cada
fabricante.
Estas soluciones (propietarias) tenían el gran inconveniente de no permitir interconectar
equipos de distintos fabricantes.
Cada fabricante desarrollaba su propia solución y la comercializaba por su cuenta.
El cliente tenía que trabajar siempre con el mismo fabricante.
¾ Estar sometido siempre a las limitadas soluciones que un solo fabricante puede ofrecer.
• La única forma de resolver este problema es desarrollar un sistema
normalizado que sea aceptado por los fabricantes como sistema común.
Idealmente, son los organismos internacionales de normalización quienes realizan este trabajo
con la ayuda de los propios interesados.
No obstante, en muchas ocasiones, una de las empresas o asociación de empresas ha logrado
imponer su sistema en el mercado.
¾ Ejemplo: sistema VHS de video y el sistema GSM de comunicaciones móviles.
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WLAN: WiWi-Fi
• En el caso de las WLANs, el sistema que
está imponiendo es el normalizado por
IEEE con el nombre 802.11b.
Se le conoce más como Wi-Fi o Wireless Fidelity
((Fidelidad Inalámbrica).
)
http://www.wi-fi.org
• Con Wi-Fi se pueden establecer
comunicaciones a:
Una velocidad máxima de 11 Mbps.
Distancias de hasta varios cientos de metro.
• No obstante, versiones más recientes de
IEE 802.11 permiten alcanzar los 22, 54
Mbps.
• En desarrollo hay tecnologías para
WLAN mas allá de los 100 Mbps.
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WLAN: WiWi-Fi
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WLAN: WiWi-Fi
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WLAN: WiWi-Fi
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WLAN: WiWi-Fi
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WLAN: HomeRF
• En 1998 se creó el grupo de trabajo HomeRF (Home Radio
Frequency, “Radiofrecuencia del Hogar”)
El objetivo del grupo es desarrollar y promover un sistema de red inalámbrica para
ell hogar.
h
Lo formaron inicialmente Compaq, HP, IBM, Intel y Microsoft.
¾ Posteriormente se le han ido uniendo más miembros hasta casi alcanzar los 100 a finales del
año 2000.
Actualmente cuenta con menos miembros debido a la proliferación de otras
tecnologías.
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WLAN: HomeRF
• Versión 1.0 de SWAP
SWAP (Shared Wireless Access Protocol, “Protocolo de Acceso Compartido Inalámbrico”)
SWAP trabaja en la banda de frecuencias de 2.4 GHz y permite configuraciones punto a punto
y comunicaciones con un punto de comunicación central.
Salió a inicios de 1999.
1999
Permite transmitir datos a 1,6 Mbps y mantener hasta cuatro comunicaciones dúplex de voz.
Tiene un alcance de unos 50 metros y una potencia de transmisión de 100 mW.
Utiliza un protocolo similar a IEEE 802.11 para datos y otro similar a DECT para voz.
Salió en mayo de 2001.
Alcanza 10Mbps.
Se espera que alcance 40 Mbps para llegar a 100 Mbps en versiones posteriores.
• HomeRF utiliza FHSS.
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WLAN: HiperLAN
• HiperLan (High-Performance Radio Local Area Network, “Red de
Área Local de Radio de Alto Rendimiento”)
• Resultado de los trabajos de ETSI (European Telecommunications
Standards Institute, “Instituto Europeo de Normalización en
Telecomunicaciones”) para conseguir un estándar de red de área
local inalámbrica vía radio.
• HiperLAN/1
p
Primera versión de este estándar.
¾ Publicado en 1996.
Trabajaba en la banda de frecuencias de 5 GHz.
Alcanzaba velocidades de hasta 24 Mbps.
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WLAN: HiperLAN
• HiperLAN/2
En 1997, ETSI reconoció que HiperLAN/1 no estaba resultando viable
comercialmente.
Se creó un proyecto llamado BRAN (Broadband Radio Access Network, “Red
Red de
Acceso Radio de Banda Ancha”).
El resultado se obtuvo en febrero de 2000.
Está diseñado para ofrecer accesos inalámbricos de alta velocidad a:
¾ Redes ATM (Asynchronous Transfer Mode, “Modo de Transferencia Asíncrono”)
¾ Redes celulares de tercera generación
¾ Firewire IEEE 1394
¾ Redes IP
Ofrece velocidades de transmisión de 54 Mbps utilizando OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing, “Multiplexado Ortogonal por División de
Frecuencia”).
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WLAN: HiperLAN
• HiperLAN/2
Sistemas de interior
¾ Las frecuencias utilizadas son de 5.25 a 5.35 GHz.
p
¾ 200 mW de potencia.
Sistemas de exterior
¾ Las frecuencias utilizadas son de 5.47 a 5.725 GHz.
¾ 1000 mW de potencia.
En 1999 se creó la asociación HiperLAN2 Global Forum
¾ Formada por Nokia, Tenovis, Dell, Ericsson, Telia y Texas Instrument.
¾ Para promover el uso de este estándar.
9 Este sistema sigue sin alcanzar el éxito comercial deseado.
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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA METROPOLITANA (WMAN)
• WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks)
• Tienen una cobertura desde unos cientos de metros hasta varios kilómetros.
• El objetivo es cubrir el área de una ciudad o entorno metropolitano.
• Ejemplos:
LMDS (Local Multipoint Distribution Service, “Servicio Local de Distribución Multipunto”).
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service, “Servicio Multicanal de Distribución Multipunto”).
¾ Conocida como “wireless cable”.
¾ Para redes de propósito general.
¾ Se usa en areas rurales.
¾ Rango de 2 a 3 GHz (en USA).
¾ Usado por mas de 20 años.
¾ Punto-multipunto/
p
fijo.
j
¾ 70 millas de rango (mayor que LMDS).
Quedarán obsoletas con IEEE 802.16
• Existen dos topologías básicas:
¾ Punto a punto a alta velocidad entre dos lugares fijos.
¾ Punto-multipunto ente lugares fijos.
9 El ancho de banda utilizado es compartido entre todos los usuarios del sistema.
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WMAN: LMDS
• Tecnología inalámbrica vía radio para comunicación entre puntos fijos.
No es pensada para ser utilizada por terminales móviles.
El rango de frecuencia utilizado varía entre 2 y 40 GHz, dependiendo de la regulación del país
en el que se utilice.
• Utiliza un transmisor central emitiendo su señal sobre un radio de hasta 5 km.
Las antenas de los receptores se sitúan generalmente en los techos de los edificios para
procurar una visibilidad directa con el transmisor central.
• Un inconveniente es que no existe un estándar que asegure la compatibilidad de
los equipos de distintos fabricantes.
• En general, las soluciones LMDS no están teniendo una buena aceptación
comercial.
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WMAN: IEEE 802.16
• El comité 802 del IEEE creó en 1999 el grupo de trabajo 802.16.
Su objetivo era desarrollar un estándar para redes inalámbricas metropolitanas.
El resultado, aprobado a principios de 2001, publicado en abril de 2002, fue un sistema puntomultipunto que opera en la banda de frecuencias de 10 a 66 GHz, y requiere línea de vista.
Existe versión revisada 802.16a (2003).
¾ Para la banda de frecuencias de 2 a 11 GHz.
¾ Puede tener alcances de hasta 50km y 70 Mbps.
¾ No requiere línea de vista.
La versión 802.16 fija actual es 802.16d.
¾ Llamada 802.16-2004.
La versión 802.16 móvil es 802.16e.
• IEEE 802.16 considera la utilización de distintos tipos de modulaciones,
alcanzando distintas velocidades de transmisión.
Con QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying, “Modulación en Cuadratura por Salto de Fase”)
alcanza 45 Mbps.
Con 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation, “Modulación de Amplitud en Cuadratura”)
alcanza 90 Mbps.
Con 64-QAM alcanza 150 Mbps.
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WMAN: IEEE 802.16
Rev. Marzo 2007
Iván Bernal, Ph.D.
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WMAN: IEEE 802.16
•
WiMAX
Worldwide Interoperability for Microwave Access
¾ http://www.wimaxforum.org
Es un grupo de la Industria que se formó para promover el estándar IEEE 802.16
802 16 y
desarrollar especificaciones para garantizar interoperabilidad.
Alcance de 40 a 50 km (fijo) y de 5 km (para estaciones móviles).
Es una alternativa inalámbrica para el acceso de última milla de banda ancha a:
¾ Cable
¾ DSL
¾ T1/E1
Se usará como una tecnología complementaria para conectar hot spots 802.11 al
Internet.
Instalaciones iniciales de WiMAX se están haciendo con lugares fijos, pero se está
desarrollando una versión móvil.
Rev. Marzo 2007
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Iván Bernal, Ph.D.
WMAN: IEEE 802.16
OUTDOOR
CPE
Non Line of Sight
Point to Multipoint
802.11
INDOOR
CPE
Point to Point
BACKHAUL
802.11
&
802.16
Telco Core
Network or
Private (Fiber)
Network
INTERNET
BACKBONE
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76
Courtesy of Intel Corporation 2003
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WMAN: IEEE 802.16
Non Line of Sight
Point to MultiMulti-point
802.16
Line of Sight
BACKHAUL
802.16
802.16 PC
Card
Laptop Connected
Through 802.16
SEEKS BEST
CONNECTION
2 to 3 Kilometers Away
Rev. Marzo 2007
Telco Core
Network or
Private (Fiber)
Network
INTERNET
BACKBONE
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WiBro
•
Wireless Broadband
Banda Ancha Inalámbrica
•
Una iniciativa de Corea del Sur y una oportunidad para que ese país establezca una tecnología
inalámbrica local.
Parecido a lo que los chinos están haciendo con TD-SCDMA.
•
Probablemente será incluido en el proyecto general de 802.16e.
Otro perfil potencial de WiMAX.
•
Es un sistema basado en TDD que opera en un canal de radio de 9 MHz a 2.3 GHz, con OFDMA
como su tecnología de acceso.
•
Soporta usuarios viajando a velocidades de hasta 120 km/h (anteriormente se publicitó que estaba
limitado a 60 km/h) y velocidades máximas de usuario de 3 Mbps en el downlink (uplink= 1 Mbps) y
18 Mbps de rendimiento máximo (del sector) en el downlink (uplink = 6 Mbps).
•
Las velocidades de datos de usuarios promedio se publicitan como superiores a 512 kbps, y con el
radio de la celda limitado a 1 km, será ampliamente desplegado en áreas densamente pobladas.
Rev. Marzo 2007
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WiBro
• Inicialmente, WiBro fue percibida como una solución portátil, aun cuando no
podía soportar usuarios móviles, ya que la tecnología no soportaba handoffs.
• Con su potencial futura adopción dentro de la familia de perfiles de WiMAX,
podría existir un deseo de introducir movilidad vehicular, o handoffs casi
ininterrumpidos.
• Korea Telecom, junto con Samsung, prometió servicios comerciales WiBro para
abril del 2006, mientras que la empresa conjunta Nortel y LG WiBro, sugirió
pruebas de los clientes en la segunda mitad del 2006.
• Se estima que dado el intervalo entre la disponibilidad de infraestructura y los
CPEs, el servicio “comercial” probablemente carecerá de CPEs comercialmente
viables hasta por lo menos fines del 2006.
Rev. Marzo 2007
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WMAN: IEEE 802.20
• Mobile-Fi
Similar a la versión móvil de WiMAX en términos de tecnología.
El objetivo es proveer acceso a Internet a usuarios móviles a velocidades aún mas
altas que las que se ofrecen para acceso de banda ancha al hogar.
Con usuarios móviles no quiere decir solo que se pueda desplazar de un lugar a otro.
¾ Quiere decir que mientras viaja en un automóvil o tren en movimiento.
Se basa en la especificaciones del estándar IEEE 802.20.
¾ En Diciembre de 2002, la IEEE aprobó la formación del grupo de trabajo ”Mobile
Broadband Wireless Access (MBWA)”.
“It has an astonishing latency of just 10ms (500ms is standard for 3G communications)
and can maintain integrity at as much as 250km/h, compared to just 100km/h for
WiMAX. Since it uses more common spectrum - licensed bands up to 3.5GHz - it also
offers global mobility, hand-off and roaming support. ”
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WMAN: IEEE 802.20
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WRAN: IEEE 802.22
• Grupo de trabajo en “Wireless Regional Area Networks”
Es el mas reciente de IEEE 802.
http://grouper.ieee.org/groups/802/22
• La IEEE está concentrada en sistemas a usarse en el espectro
subutilizado en el espectro de TV en USA entre 54MHz y 862MHz,
el cual está siendo evacuado ya por el paso de los broadcasters
hacia digital.
Se quiere desarrollar un estándar para las especificaciones de las capas MAC y PHY
usando “Cognitive Radio” : Políticas y procedimientos para operación en las bandas
de TV.
¾ “Cognitive Radio” es un concepto mas general del mencionado aquí, que se centra en su
aplicación en las bandas de TV.
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Wireless IEEE 802
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WMAN: HiperMAN e Hiperaccess
• ETSI se está ocupando también de sacar un estándar para redes
WMAN.
• De los distintos trabajos realizados se destacan tres proyectos:
Hiperaccess
¾ Es un protocolo punto-multipunto que opera en la banda de 40.5 a 43.5 GHz y alcanza
velocidades de hasta 25 Mbps.
HiperMAN
¾ Opera en la banda de 2 a 11 GHz y permite configuraciones punto a punto y en malla.
Hiperlink
¾ Para comunicaciones punto a punto de corto alcance (unos 150 m) con velocidades de hasta
155 Mbps, operando en la banda de 17 GHz.
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REDES INALÁMBRICAS GLOBALES
• Los sistemas inalámbricos de cobertura global que existen son los
sistemas de telefonía móvil.
• La revolución celular es aparente simplemente observando el
crecimiento del mercado telefónico móvil.
En 1990 el número de usuarios era aproximadamente 11 millones.
Actualmente, aproximadamente, se calcula en billones.
De acuerdo a la ITU (International Telecommunications Union ) el número de
teléfonos móviles superaron a los fijos en el año 2002.
¾ Por ejemplo, en España existía, a finales de 2002, una penetración de telefonía fija de 50
líneas por cada 100 habitantes mientras que la telefonía móvil llegaba a las 80 líneas.
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• La Superintendencia de Telecomunicaciones determinó que en
Diciembre de 2004, se activaron 318.549 líneas nuevas en todo el
territorio ecuatoriano.
ALEGRO PCS (TELECSA) 27.721 / líneas nuevas
BELLSOUTH (OTECEL) 95.487
PORTA (CONECEL) 195.341.
• http://www.supertel.gov.ec
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• La Superintendencia de Telecomunicaciones determinó que en
agosto de 2005, 5’221.535 de ecuatorianos fueron abonados de la
Telefonía Móvil Celular y del Servicio Móvil Avanzado.
La Telefonía Móvil Celular registró 5’043.381 abonados:
¾ Otecel S.A. - Movistar reportó 1’656.888 abonados.
¾ Conecel S.A.-Porta tiene 3’386.493 usuarios.
En el Servicio Móvil Avanzado
¾ TELECSA – Alegro brindó servicio a 178.154 abonados.
• Movistar anuncia la implementación de una nueva red de
tecnología GSM complementaria a la red CDMA (Septiembre 26,
2005).
Rev. Marzo 2007
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• Innovaciones técnicas han contribuido al éxito de telefonía móvil.
Los teléfonos son mas pequeños y mas livianos.
El tiempo de vida de la batería se ha incrementado.
La tecnología digital ha mejorado la recepción y ha permitido un mejor uso del
espectro (limitado).
• Los costos han ido disminuyendo.
Incluso en alguno lugares son la única forma económica de proveer servicio
telefónico a la población.
¾ Instalar rápidamente
p
las estaciones base y costos reducidos, comparados
p
con cavar y tender
cable en terrenos inhóspitos.
Rev. Marzo 2007
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• Nuevos tipos de teléfonos (dispositivos) se han ido introduciendo.
Con acceso al Internet
Mensajería instantánea
Email
Organizadores personales
• Inicialmente el objetivo fue solo transmitir voz, ahora es también
transmitir datos.
Una gran parte del mercado de datos es para “Internet Inalámbrico”.
¾ Nuevas consideraciones:
9 Displays, I/O de tamaño limitado.
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Redes Globales: 1G: AMPS
• 1G
Los primeros sistemas de telefonía móvil celular fueron sistemas analógicos.
Los dispositivos eran de gran tamaño y pesados y con regiones sin cobertura.
¾ Pero demostraron la conveniencia de las comunicaciones móviles celulares.
celulares
Muy pocas prestaciones para transmitir datos.
• AMPS
Advanced Mobile Phone System.
Ofrece un servicio de datos CDPD.
¾ Cellular Digital Packet Data
¾ 19.2 kbps
¾ Utiliza periodos libres en los canales regulares de voz.
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Redes Globales: 2G: GSM
• 2G
Solo a finales de los ochenta aparecieron los primeros sistemas digitales con
posibilidades de transmitir datos.
¾ A estos sistemas se les conoce como sistemas de telefonía celular de segunda
g
ggeneración
(2G).
Ejemplos:
¾ Tecnología europea GSM
9 Usa canales dedicados para ofrecer datos hasta a 9.6 kbps.
¾ IS-136 (DAMPS)
9 Usa TDMA (Time Division Multiple Access)
¾ IS-95 (cdmaOne)
9 Usa CDMA (Code Division Multiple Access).
9 Usa canales dedicados para ofrecer datos a 9.6 kbps.
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100
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• Global System for Mobile Communications, “Sistema Global para
Comunicaciones Móviles”.
• Es una tecnología estandarizada por el CEPT (Conference of European Posts
and Telecommunications, “Conferencia de Correos y Telecomunicaciones
Europeas”) a finales de los ochenta.
En 1982, el CEPT creó el “Groupe Spécial Mobile” (GSM).
• Su comercialización la llevó a cabo en Europa, durante los primeros años de la
década de los noventa y rápidamente alcanzó una cobertura global con cientos
de millones de usuarios (800 millones, Febrero de 1992, 70% del total mundial).
Bajo control de ETSI (European Telecommunications Standards Institute, “Instituto Europeo de
Normalización en Telecomunicaciones”).
• Hoy en día es el sistema 2G más difundido.
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101
• Puede transmitir datos a 13 kbps (full rate) sin necesidad de
utilizar módem.
Para canales de voz.
• Para conectar un computador o PDA a un teléfono GSM, sólo
hace falta un cable adaptador y el software apropiado.
Hasta 9.6 kbps para datos.
• SMS
(Short
(
Message
g Service,, “Servicio de Mensajes
j Cortos”).
)
Modo especial de transmisión de datos que admite GSM.
Permite envío y recepción de mensajes cortos de texto (hasta 160 caracteres) desde
el propio terminal de telefonía móvil.
Estos mensajes pueden intercambiarse tanto con otros terminales móviles, como con
terminales de telefonía fija e Internet.
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102
51
Redes Globales: 2G: CDMA
• Code Division Multiple Access, “Acceso Múltiple por División de Código”
• Tecnología desarrollada por la empresa Qualcomm.
g es q
que supone
p
una nueva forma de establecer
• El ggran mérito de esta tecnología
comunicaciones inalámbricas multiusuario con un aprovechamiento de la
capacidad estimada seis veces mejor que TDMA.
• CDMA estuvo lista en 1988.
• Posteriormente, con ayuda de AT&T, Motorota y otros fabricantes, se
desarrolló una nueva versión dual (analógica y digital) a la que se llamó IS
IS-95,
95, y
que ha sido la que se ha instalado en distintos países.
• La primera implantación de CDMA tuvo lugar en Hong Kong en 1995.
• CDMA también ofrece el servicio SMS de mensajes cortos.
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Redes Globales: 2.5G
• Los sistemas 2G tienen ciertas capacidades de transmisión de datos, pero
fundamentalmente son sistemas que dan soporte a servicios de voz.
• Para ofrecer servicios de datos, se ha pensado en una nueva generación de redes
celulares,
l l
la
l tercera
t
generación
ió o 3G.
3G
• No obstante, mientras se desarrolla la tecnología para poder ofrecer servicios
3G, se ha creado una ampliación de la tecnología 2G a la que se la llama 2.5G.
• Esta tecnología de transición añade nuevas capacidades de transmisión de datos
a la infraestructura de red celular existente.
•
Existen distintas tecnologías 2.5G:
GPRS
EDGE
IS-95B
Rev. Marzo 2007
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104
52
Redes Globales: 2.5G: GPRS
• General Packet Radio Service, “Servicio General de Radio Paquetes”
• Esta tecnología añade a las redes GSM la posibilidad de transmitir paquetes de
datos.
• Utiliza la misma infraestructura GSM para enviar la voz y añade una
infraestructura de red que permite utilizar un conjunto de protocolos para la
transmisión de paquetes de datos.
• Permite transmitir datos a velocidades de hasta 171 kbps.
• Esta tecnología se ha implementado fundamentalmente en Europa, aunque se
está expandiendo a aquellas regiones con sistemas GSM.
Rev. Marzo 2007
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Redes Globales: 2.5G: EDGE e ISIS-95B
• Enhanced Data Rates for GSM Evolution, “Velocidades Mejoradas
de Datos para la Evolución de GSM”
• Variación de la tecnología GPRS que permite alcanzar velocidades
de transmisión de datos de hasta 384 kbps
Valor máximo señalado varía de acuerdo a las referencias consultadas.
Para conseguir esto, se utiliza parte del canal de voz.
• IS-95B
Añade la capacidad de transmitir datos a 64 kbps a las redes CDMA (IS-95A).
Se ha implementado principalmente en Corea, Japón y Norteamérica.
Rev. Marzo 2007
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Redes Globales: 3G
• En el paso de las redes celulares analógicas a las digitales, cada
una de las tres regiones importantes desde el punto de vista del
desarrollo tecnológico de tecnología celular (Europa,
Norteamérica y Asia) tomaron caminos distintos.
Incluso dentro de cada región han existido variaciones.
• En cualquier caso, es evidente que lo ideal sería que la tercera
generación (3G) se enfrentase con el objetivo de conseguir un
sistema
it
global
l b l común.
ú
Conseguir esto es extremadamente complicado debido a los distintos intereses
económicos, políticos y regulatorios que tiene cada parte.
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Redes Globales: 3G
• Se puede decir que el desarrollo de la tecnología celular 3G comenzó en 1985.
La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones)
¾ En Inglés ITU ( Internacional Telecommunications Union)
La UIT anunció la iniciativa de crear un nuevo sistema de comunicaciones móviles al que llamó
FPLMTS .
¾ Future Public Land Mobile Telecommunications System, “Futuro Sistema Público de
Telecomunicaciones Móviles Terrestres”.
Esta iniciativa se concretó en 1996 con la creación de IMT2000.
• IMT2000
International Mobile Telecommunications, “Telecomunicaciones Móviles Internacionales”.
El número
ú
2000 se lle puso porque:
¾ Se esperaba que la nueva tecnología estuviera lista para la primera década del nuevo milenio.
¾ La banda de frecuencia asignada era 2GHz (2000 MHz).
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Redes Globales: 3G
• IMT2000
El objetivo es definir un marco dentro del cual puedan coexistir distintas tecnologías 3G, asegurando la
interoperatividad de servicios (roaming, portabilidad, multimedia, etc.).
Pretende ir más allá de un acuerdo entre tecnologías celulares.
¾ La visión es disponer de un sistema universal de comunicaciones que cubra todo tipo de redes: con cables y sin cables,
terrestres y satelitales.
satelitales
Después de muchas luchas entre todos los grupos de intereses, finalmente se llegó a un acuerdo de tecnología
única en marzo de 1999: WCDMA.
• WCDMA
Wideband CDMA, “CDMA de Banda Ancha”
Desarrollada en Japón por NTT DoCoMo.
Sobre WCDMA se han desarrollado tres modos opcionales:
¾ UMTS
¾ CDMA-2000
¾ TD-SCDMA
Para transmisión de datos, 3G define tres modalidades de transmisión:
¾ 144 kbps para usuarios de mucha movilidad.
¾ 384 kbps para usuarios con movilidad limitada (a pie).
¾ 2 Mbps para usuarios sin movilidad.
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Redes Globales: 3G : UMTS
• UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System, “Sistema
Universal de Telecomunicaciones
Móviles ).
Móviles”).
• Es el estándar europeo creado como
evolución de la arquitectura GSM
MAP (Mobile Application Part)
basada en WCDMA.
• Ofrece servicios de voz, fax, mensajes
multimedia, así como servicios de
datos a velocidades de hasta 2 Mbps.
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Redes Globales: 3G : CDMA
CDMA--2000
• Es una evolución del estándar americano CDMAOne.
• La particularidad de esta tecnología es que, a finales del año 2000,
se convirtió en la primera tecnología 3G que vio el mercado
mercado.
• Los primeros en comercializarla fueron las empresas coreanas SK
Telecom, LG Telecom y KT Freetel.
• Esta primera versión, CDMA-2000-1x, permite transmitir datos a
300 kbps.
kb
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Redes Globales: 3G : TDTD-SCDMA
• Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access
División de Tiempo-Acceso Múltiple Síncrono por División de Código
• Es una combinación de las técnicas TDMA y CDMA.
• Esta tecnología ha sido desarrollada por Siemens y CATT
(Academia China para la Tecnología de las Telecomunicaciones).
• Su mayor ventaja es que permite interoperar con las redes 2G.
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Redes Globales: 3G : TDTD-SCDMA
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MobiTV
• http://www.movistar.com.ec
• MobiTV
Servicio q
que p
permitirá acceder a canales de televisión en vivo desde el celular.
Actualmente (Noviembre 2005) ofrece 4 canales de TV:
¾ abc News Now: Las últimas noticias nacionales e internacionales.
¾ Fashion TV: Lo mejor del mundo de la moda 24 horas al día.
¾ Toon World: Revive la época de oro de los dibujos animados.
¾ Comedy Time: Muérete de risa con los mejores comediantes.
Costo mensual 5.44 USD + IVA
Equipos: Kyocera Slider/KOI/SOHO, Motorola V710
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MobiTV
• MobiTV (www.mobitv.com)
Tecnología de la compañía Idetic, Inc
¾ Fundada en 1999, (Berkeley, CA)
¾ www.idetic.com
La compañía se llama ahora “MobiTV, Inc”.
¾ Se reporta que tiene mas de medio millón de usuarios.
La primera red de televisión global del mundo para teléfonos móviles, que tiene
como objetivo 1.2 billones de teléfonos móviles.
Se inició operaciones en SprintPCS en noviembre de 2003.
En enero 2005 lanzó el servicio en Cingular Wireless en USA, con 22 canales de
programación
programación.
¾ Cingular es la red mas grande de voz y datos en USA con 49 millones de usuarios.
En USA se obtiene directamente desde el teléfono móvil.
¾ Se visita un lugar predeterminado y se descarga el servicio.
¾ Luego estará disponible en el menú del teléfono.
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MobiTV
• Ir a la dirección http://www.mobitv.com y escogerla opción “Get
MoviTV” (http://www.mobitv.com/get/index.html).
En el paso 1 nos recuerdan que se requiere un teléfono compatible con MoviTV y un
servicio
i i de
d datos.
d t
¾ Se presenta una lista de los teléfonos recomendados.
En el paso 2, como opción mas reciente está “Movistar-Ecuador” (al último de la
lista).
¾ Aquí se seleccionaría uno de los modelos de teléfono que el proveedor en Ecuador
soporta, y se debería adquirir uno de ser necesario.
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MobiTV
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MobiTV
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MobiTV
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MobiTV
• Para descargar el servicio mismo, desde el teléfono móvil, hacer:
Go to Menu
Go to Lo Nuevo (What is new?) or Video
Then select MobiTV
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MobiTV
• En la parte de software:
The MobiTV client application is either a 100% pure Java MIDP 2.0 application or a
Certified BREW application, which ensures that the handset’s Java environment has been
pproperly
p y and effectivelyy implemented
p
so that all Multi-Media applications
pp
will function
according to specifications.
¾ The Mobile Information Device Profile (MIDP), when combined with the Connected
Limited Device Configuration (CLDC), is the Java runtime environment for today's
most popular compact mobile information devices, such as cell phones and mainstream
PDAs.
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MobiTV
• En la parte de software:
The Sun Java Wireless Toolkit (formerly known as Java 2 Platform, Micro Edition
(J2ME) Wireless Toolkit) is a state-of-the-art toolbox for developing wireless
applications
pp
that are based on J2ME's CLDC and Mobile Information Device Profile
(MIDP).
¾ The toolkit includes the emulation environments, performance optimization and tuning
features, documentation, and examples that developers need to bring efficient and
successful wireless applications to market quickly.
The Mobile Media API (MMAPI) extends the functionality of the J2ME platform by
providing audio, video and other time-based multimedia support to resourceconstrained devices.
devices
¾ As a simple and lightweight optional package, it allows Java developers to gain access to
native multimedia services available on a given device.
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Satélites
• Los satélites son básicamente sistemas inalámbricos
interconectados a una infraestructura terrestre por medio de
antenas.
• Las comunicaciones satelitales se iniciaron en 1960.
Manejaban 240 circuitos de voz.
Ahora manejan un tercio del tráfico de voz y la transmisión de señales de TV entre
países.
• La mayoría de comunicaciones satelitales se realiza en la banda de
frecuencias de 2.5 a 22GHz.
En este rango de frecuencia, las ondas de radio son pequeñas (10 a 100 mm) y se
denominan microondas.
Las ondas viajan directamente a lo largo de la línea de vista hacia su área primaria
de cobertura.
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Satélites
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Satélites
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125
Satélites
• La mayoría de sistemas utilizan órbitas circulares con altitudes constantes.
Los tiempos de pasada de los satélites son constantes y los niveles de potencia requeridos para
la comunicación son constantes.
Cada satélite puede utilizarse para tráfico a lo largo de su trayectoria.
• Otros sistemas se proponen con órbitas elípticas, en donde los satélites están
disponibles para servicios mientras se mueven relativamente lento en la parte
más alta de su trayectoria.
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Satélites
• Los satélites introducen un retardo de alrededor de 250 ms a las
señales que manejan.
• Se han desplegado satélites en órbitas mas bajas
bajas, con menor
retardo, y proveen servicios de datos y acceso a Internet.
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Satélites
• Las órbitas mas bajas (LEOs y
MEOs) requieren el uso de
constelaciones de satélites para
cobertura constante, y es
posible que se requieran
enlaces intersatelitales.
Se tienen caminos con retardos
variables dependiendo del
enrutamiento por la red.
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Unlicensed Mobile Access (UMA)
• UMA technology provides access to
GSM and GPRS mobile services over
unlicensed spectrum technologies,
including Bluetooth and 802.11.
http://www.umatechnology.org
p
gy g
• By deploying UMA technology, service
providers can enable subscribers to
roam and handover between cellular
networks and public and private
unlicensed wireless networks using
dual-mode mobile handsets.
• With UMA, subscribers receive a
consistent user experience for their
mobile voice and data services as they
transition between networks.
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Wireless Local Loop (WLL)
•
Conecta a los abonados a la PSTN usando señales
de radio como un substituto al cobre para toda o
parte de la conexión de última milla.
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DSRC
• Dedicated Short Range Communications
Diseñado de forma específica para uso en automóviles.
Ofrece comunicación entre el vehículo y equipo ubicado a los costados de los caminos y carreteras.
Para aplicaciones ITS (Intelligent Transportation System ) opera en la banda de 5.8 GHz.
• Aplicaciones posibles son:
Evitar colisiones en las intersecciones de las calles en ciudades.
Advertencia de la aproximación de vehículos de emergencia.
Inspección de la seguridad de los vehículos
Señalización de prioridad para los vehículos de emergencia
Pagos electrónicos de parqueo
Advertencias de la presencia de intersecciones de los caminos con rieles de trenes.
Se usa mucho en el cobro de peajes electrónicos en Europa y Japón.
• Basado en 802.11 promete ser el facilitador de aplicaciones que no solo enlace los
vehículos con puntos de acceso ubicados a los lados de las carreteras sino también
enlazar los vehículos entre sí.
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DSRC
Detección de proximidad
Work Zone Warning Capture Zone
Flashing Arrow
20 ft
DSRC Beacon on
maintenance vehicle
Grass Divider
Work Zone
Micro Zone
Work Zone Warning Com.
Com Zone
Traffic Cones
up to 300 m range
Not to Scale
Advertencias de zonas de trabajo
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DSRC – Advertencia de puentes de
baja altura y de volcamientos
Tractor-trailer being
measured from the
gantry and receiving
link identification from
OBE on Channel 5
RSE located on a
Tower Transmitting
Bridge Clearance or
Warning on Channel 5
RSE located in the
the warning sign
using Channel 4
gantry
Not to Scale
The tractor trailer receives curve
parameters from the RSE in the
rollover warning sign. The on-board
computer calculates the proper
speed for this vehicle’s loading and
warns the driver if a rollover is
indicated.
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Tractor-trailer with OBE
receiving rollover parameters
from the warning sign at the
curve on Channel 4
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DSRC
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RFID (Radio Frequency Identification)
• Autoidentificación por radiofrecuencia
• Radio Frequency Identification Devices
• Se
S b
basa en unas etiquetas
ti
t electrónicas
l t ó i
(tags)
(t ) que se componen de
d
un chip y una pequeña antena.
• Estas etiquetas se pueden incorporar a todos los productos y
hacen posible identificarlos a distancia y controlarlos a lo largo de
toda la cadena de distribución,, desde el fabricante hasta el
comprador.
• Permiten almacenar múltiples datos referentes al artículo
portador de las mismas.
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RFID (Radio Frequency Identification
Identification))
• La tecnología usa una idea muy
simple que tiene muchas
complicaciones involucradas en su
ejecución.
Un lector/interrogador/scanner
transmite una señal de RF a la
etiqueta.
La etiqueta “escucha” la señal de RF y
responde con los datos.
• Las etiquetas vienen como pasivas
y activas,
ti
a dif
diferentes
t frecuencias
f
i
de operación, con antenas tipo
planar (printed), re-escribibles, en
envoltura dura, etc.
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RFID (Radio
(Radio Frequency Identification),
Identification),
•
Puede usarse como una alternativa a los códigos de barra (que se han usado por 25 años).
Automatic Identification and Data Capture.
Junto con las tarjetas inteligentes (smart cards) y las de banda magnética, son métodos para automatizar
nuestra necesidad por datos.
•
Desventajas de los códigos de barra que sería bueno eliminar:
Se debe verlos (línea de vista directa con el lector)
No puede cambiar los valores del código (no se puede escribir) una vez impresos
Ocupan
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espacio del objeto sobre el que se los imprime.
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69
RFID (Radio
(Radio Frequency Identification),
Identification),
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Localización y seguimiento de objetos
Control de acceso
Identificación de materiales (ciclos de lavado de vestimentas)
Control de fechas de caducidad (cartón de leche )
Detección de falsificaciones (pasaportes)
Almacenaje de datos
Automatización de los procesos de fabricación
Información al consumidor
Reducción de colas a la hora de pasar por caja
Identificación y localización de animales perdidos
Elaboración de censos de animales
Identificación y control de equipajes en los aeropuertos
Inventario automático
Etc.
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70
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141
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142
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SDR (Software
(Software--Defined Radio
Radio))
• Término introducido por J. Mitola en 1991.
• A veces se le conoce simplemente como software radio.
p
inalámbricos tradicionales se diseñan p
para entregar
g un único y
• Los dispositivos
específico servicio de comunicación usando un estándar particular.
• Con la continua proliferación de nuevos servicios inalámbricos y estándares,
dispositivos de propósito único con recurso de hardware dedicados no pueden
satisfacer las necesidades del usuario, y son caros de actualizar y mantener.
• Con SDR, un solo radio multibanda puede soportar múltiples interfaces de aire
y protocolos y es reconfigurable a través de software ejecutándose en DSPs o
procesadores de propósito general.
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SDR
• Antes de SDR, esto era alcanzable con múltiples productos.
• Ejemplos:
Un solo dispositivo SDR podría proveer servicio celular, actuar como un receptor
AM/FM ofrecer
AM/FM,
f
servicios
i i de
d localización
l li ió GPS,
GPS inalámbricamente
i lá b i
t acceder
d all
Internet, e incluso servir como un receptor HDTV.
Se podría tener la habilidad para tomar un radio [en una estación base en un sistema
celular] que está realizando una aplicación que se definió hoy, y mañana
reconfigurarlo para hacer algo diferente.
El truco es usar software para modificar el hardware del radio.
• Mucho de lo referente a SDR ha sido impulsado por los militares (USA) quienes
quieren un radio que se comunique con diferentes tipos de radio tales como los
de los marines, la guardia costera, los bomberos.
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Software Defined Radio (SDR)
• Una variedad de tecnologías disponibles son requeridas para implementar
soluciones SDR
Convertidores AD/DA;
Procesasdores Programables, DSPs, FPGAs y Procesadores reconfigurables.
Front-ends de RF Reconfigurables
Herramientas de desarrollo de software- incluyendo
y
sistemas operativos
p
en tiempo
p real, middleware y
plataformas de software.
Plataformas de hardware: procesamiento integrado, conversión, módulos que simplifican los diseños de
sistemas para desarrollos SDR.
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Software Defined Radio (SDR)
Tester SDR PARA INTEGRACION DE APLICACIONES DE
COMUNICACIÓN Y NAVEGACION
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Cognitive Radio
• Término introducido por J. Mitola en 1991.
• Es un radio inteligente consciente del contexto en el cual se desenvuelve (context-aware
intelligent radio) capaz de una reconfiguración autónoma gracias al aprendizaje y
p
al ambiente de comunicaciones.
adaptación
• Si bien el acceso al espectro dinámico es una aplicación importante de cognitive radio,
cognitive radio representa un paradigma mucho más amplio en el cual muchos aspectos
de los sistemas de comunicación puede mejorarse mediante el conocimiento (cognition).
• Un dispositivo escanea señales inalámbricas (desde señales de TV hasta WiFi) y
encuentra y emplea secciones no utilizadas del espectro, permitiendo un mejor uso del
espectro.
Estos dispositivos pueden determinar que frecuencias están libres y escoger , una o
más para transmitir y recibir datos.
Se puede enseñar a los radios cognitivos a negociar con otros dispositivos en la
vecindad.
¾
El propietario del espectro designado por la tiene prioridad, pero otros dispositivos pueden usar espectro no utilizado entre sí.
Rev. Marzo 2007
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Cognitive Radio
•
Ejemplo:
Se desea aprovechar el espectro de TV no utilizado, empleando radios que conocen acerca del
medio ambiente en el cuál están ubicados.
Ese conocimiento (cognition) es la manera de usar el espectro de forma eficiente y la única
f
forma
de
d ser llo suficientemente
fi i t
t flexible
fl ibl para hacer
h
eso es con SDR.
•
Cognitive radio es una tecnología que provee mejoras fundamentales en el uso eficiente del espectro
y en su administración.
Los radios tradicionales requieren licencias de uso exclusivo para evitar la interferencia.
Los canales (y bandas) han sido asignados a diferentes usuarios, pero gran parte de estos
recursos en la práctica estás sin uso en un momento dado.
•
Un radio cognitivo utiliza un sensado espectral avanzado y técnicas de acceso para operar sin
interferencia y sin requerir una licencia exclusiva.
•
La FCC ha señalado a Cognitive Radio como una tecnología crítica requerida para soportar un
crecimiento continuo de las comunicaciones inalámbricas.
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148
74
Otros términos a considerar
• Pervasive computing
• Ubiquitous computing
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149
LA LUCHA TECNOLÓGICA (Caso WLAN)
•
Existen muchas tecnologías distintas de comunicaciones inalámbricas.
Muchas de estas tecnologías son complementarias (éste podría considerarse el caso de Bluetooth, Wi-Fi y
UMTS).
Otras dan respuesta a una misma necesidad, por tanto, compiten entre ellas por ser las preferidas del
mercado.
• E
En ell caso de
d llas tecnologías
l í para WLANs,
WLAN la
l competencia
i se centra en Wi-Fi,
Wi Fi
HiperLAN, HomeRF y las nuevas versiones tecnológicas de cada una de ellas.
• Para que una tecnología esté lista para ser adoptada por el mercado, es necesario que
tenga suficientemente desarrolladas cinco características:
Normalización
Regulación
Tecnología
Servicios
Precios
• En el caso de las redes locales inalámbricas, la tecnología que tiene mejor
posicionamiento en estos cinco puntos es Wi-Fi.
Sobre todo, en lo concerniente a precios, lo cual está resultando determinante para que el mercado acepte
esta tecnología frente a sus competidores.
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150
75
• Regulaciones
En cada país existe un organismo que se encarga de regular el uso del espectro
radioeléctrico.
Para que funcionen los equipos de radio, es necesario regular el uso de las bandas de
frecuencia.
El espectro radioeléctrico es único y se considera un bien social.
El regulador del espectro radio eléctrico se asegura que cada servicio que utiliza
dicho espectro (televisión, radio, policía, ambulancia, telefonía móvil, etc.) lo pueda
hacer con las mejores garantías y sin que exista interferencia entre ellos.
¾ La mayoría de las bandas de frecuencia no pueden ser utilizadas a menos que se
disponga de una licencia.
9 Telefonía móvil, las emisoras de radio o de televisión
¾ Existen bandas de frecuencias para las que no se necesita licencia de uso.
9 Éste es el caso de la banda de 2,4 GHz y de 5 GHz.
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• Regulaciones
Que no se necesite licencia para el uso de estas frecuencias ha favorecido
tremendamente la implantación de la tecnología inalámbrica Wi-Fi.
No obstante, no se está exento de problemas ya que estas bandas de frecuencias son
utilizadas no sólo por la tecnología de redes locales inalámbricas.
¾ Pueden producirse problemas de interferencia con DECT o Bluetooth, que utilizan
también los 24 GHz.
¾ Aunque no se necesite licencia de uso, los equipos que funcionan en la banda de 2,4 GHz
sí deben cumplir una serie de características.
9 Así, la potencia máxima de emisión (1.000 mW).
9 Otras
Ot
de
d las
l características
t í ti
hacen
h
referencia
f
i a las
l técnicas
té i
de
d modulación
d l ió y
retransmisión utilizada.
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152
76
Espectro y bandas a recordar
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153
• ISM (Industrial, Scientific and Medical)
• UNII (Unlicensed National Information Infraestructure)
Creada por la FCC (Federal Communications Comission)
Comission).
Para permitir que los fabricantes desarrollen redes
inalámbricas de alta velocidad.
Para tener anchos de banda satisfactorios, se estableció en 5
GHz.
• Por mucho tiempo estos rangos de frecuencia no fueron utilizados.
Teléfonos inalámbricos y hornos microondas.
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154
77
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155
78

Introducción - Escuela Politécnica Nacional

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