Estándares Inalámbricos

Wi-Fi, Bluetooth y ZigBee.- Diferentes estándares desarrollados para diferentes tipos de necesidades.

La diferencia primordial entre la mayoría de los estándares inalámbricos es su definición.
- Definición de las especificaciones técnicas
- Definición de los productos actuales
- Definición de las aplicaciones
Para muchos, Wi-Fi, Bluetooth y Zig-Bee están todas agrupadas en la misma categoría, cuando en realidad representan muy diferentes etapas de desarrollo y ofrecen varios niveles de funcionalidad. El truco es ajustar sus expectativas de acuerdo al nivel de definición y entonces determinar como es que cada uno se ajusta al mundo multilenguajes de una infraestructura inalámbrica.

Wi-Fi

Wi-Fi, o 802.11b, es un estándar robusto, maduro y bien establecido que continua creciendo y evolucionando. En el año de 2004 se certificaron dos nuevas versiones de especificaciones: 802.11a y 802.11g, mostrando este ultimo un crecimiento dramático.

Una de las ventajas de la tecnología 802.11g es que es totalmente compatible con los productos desarrollados en la versión anterior 802.11b, de los cuales existen muchos instalados y muy pronto esa compatibilidad incluirá a los sistemas 802.11a, de modo que si usted cuenta con una infraestructura de 802.11g, soportara todos los equipos antiguos y modernos.

Wi-Fi (o Wi-fi, WiFi, Wifi, wifi) es un conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las especificaciones IEEE 802.11.

Wi-Fi se creó para ser utilizada en redes locales inalámbricas, pero es frecuente que en la actualidad también se utilice para acceder a Internet.

Wi-Fi es una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organización comercial que prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares IEEE 802.11x.

Hay, al menos, dos tipos de Wi-Fi, basado cada uno de ellos en un estándar IEEE 802.11.

Los estándares IEEE 802.11b e IEEE 802.11g que disfrutan de una aceptación internacional debido a que la banda de 2.4 GHz está disponible casi universalmente, con una velocidad de hasta 11 Mbps y 54 Mbps, respectivamente. Existe también el estándar IEEE 802.11n que trabaja a 2.4 GHz a una velocidad de 108 Mbps. Aunque estas velocidades de 108 Mbps son capaces de alcanzarse ya con el estandar 802.11g gracias a técnicas de aceleramiento que consiguen duplicar la transferencia teórica. Actualmente existen ciertos dispositivos que permiten utilizar esta tecnología, denominados Pre-N, sin embargo, no son del todo seguros ya que el estándar no está completamente revisado y aprobado.

En los Estados Unidos y Japón, se maneja también el estándar IEEE 802.11a, conocido como WIFI 5, que opera en la banda de 5 GHz y que disfruta de una operatividad con canales relativamente limpios. En otras zonas, como la Unión Europea, 802.11a no está aprobado todavía para operar en la banda de 5 GHz, y los reguladores europeos están todavía considerando el uso del estándar europeo HIPERLAN...

La tecnología inalámbrica Bluetooth también funciona a una frecuencia de 2.4 GHz por lo que puede presentar interferencias con Wi-Fi, sin embargo, en la versión 1.2 y mayores del estándar Bluetooth se ha actualizado su especificación para que no haya interferencias en la utilización simultánea de ambas tecnologías.

Uno de los problemas más graves a los cuales se enfrenta actualmente la tecnología Wi-Fi es la seguridad. Un muy elevado porcentaje de redes son instaladas por administradores de sistemas y redes por su simplicidad de implementación sin tener en consideración la seguridad y, por tanto, convirtiendo sus redes en redes abiertas, sin proteger la información que por ellas circulan. Existen varias alternativas para garantizar la seguridad de estas redes. Las más comunes son la utilización de protocolos de seguridad de datos específicos para los protocolos Wi-Fi como el WEP y el WPA que se encargan de autenticación, integridad y confidencialidad, proporcionados por los propios dispositivos inalámbricos, o IPSEC (túneles IP) y el conjunto de protocolos IEEE 802.1X, proporcionados por otros dispositivos de la red de datos y de reconocida eficacia a lo largo de años de experiencia. Actualmente existe el protocolo de seguridad llamado WPA2, que es una mejora relativa a WPA, es el mejor protocolo de seguridad para Wi-Fi en este momento. Para su utilización en PCs con Windows XP se requiere el Service Pack 2 y una actualización adicional.

El protocolo IEEE 802.11 o WI-FI es un estándar de protocolo de comunicaciones de la IEEE que define el uso de los dos niveles más bajos de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN. En general, los protocolos de la rama 802.x definen la tecnología de redes de área local.

La familia 802.11 actualmente incluye seis técnicas de transmisión por modulación que utilizan todas los mismos protocolos. El estándar original de este protocolo data de 1997, era el IEEE 802.11, tenía velocidades de 1 hasta 2 Mbps y trabajaba en la banda de frecuencia de 2,4 GHz. En la actualidad no se fabrican productos sobre este estándar. El término IEEE 802.11 se utiliza también para referirse a este protocolo al que ahora se conoce como "802.11legacy." La siguiente modificación apareció en 1999 y es designada como IEEE 802.11b, esta especificación tenía velocidades de 5 hasta 11 Mbps, también trabajaba en la frecuencia de 2,4 GHz. También se realizó una especificación sobre una frecuencia de 5 Ghz que alcanzaba los 54 Mbps, era la 802.11a y resultaba incompatible con los productos de la b y por motivos técnicos casi no se desarrollaron productos. Posteriormente se incorporó un estándar a esa velocidad y compatible con el b que recibiría el nombre de 802.11g. En la actualidad la mayoría de productos son de la especificación b y de la g (Actualmente se está desarrollando la 802.11n, que se espera que alcance los 500 Mbps). La seguridad forma parte del protocolo desde el principio y fue mejorada en la revisión 802.11i. Otros estándares de esta familia (c–f, h–j, n) son mejoras de servicio y extensiones o correcciones a especificaciones anteriores. El primer estándar de esta familia que tuvo una amplia aceptación fue el 802.11b. En 2005, la mayoría de los productos que se comercializan siguen el estándar 802.11g con compatibilidad hacia el 802.11b.

Los estándares 802.11b y 802.11g utilizan bandas de 2,4 gigahercios (Ghz) que no necesitan de permisos para su uso. El estándar 802.11a utiliza la banda de 5 GHz. Las redes que trabajan bajo los estándares 802.11b y 802.11g pueden sufrir interferencias por parte de hornos microondas, teléfonos inalámbricos y otros equipos que utilicen la misma banda de 2,4 Ghz.

Protocolos

802.11 legacy
La versión original del estándar IEEE 802.11 publicada en 1997 especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2 mega bit por segundo (Mbit/s) que se transmiten por señales infrarrojas (IR) en la banda ISM a 2,4 GHz. IR sigue siendo parte del estándar, pero no hay implementaciones disponibles.

El estándar original también define el protocolo CSMA/CA (Múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones) como método de acceso. Una parte importante de la velocidad de transmisión teórica se utiliza en las necesidades de esta codificación para mejorar la calidad de la transmisión bajo condiciones ambientales diversas, lo cual se tradujo en dificultades de interoperabilidad entre equipos de diferentes marcas. Estas y otras debilidades fueron corregidas en el estándar 802.11b, que fue el primero de esta familia en alcanzar amplia aceptación entre los consumidores.

802.11b
La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una velocidad máxima de transmisión de 11 Mbit/s y utiliza el mismo método de acceso CSMA/CA definido en el estándar original. El estandar 802.11b funciona en la banda de 2.4 GHz. Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, en la práctica, la velocidad máxima de transmisión con este estándar es de aproximadamente 5.9 Mbit/s sobre TCP y 7.1 Mbit/s sobre UDP.

802.11a
En 1997 la IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos Electrónicos) crea el Estándar 802.11 con velocidades de transmisión de 2Mbps.

En 1999, el IEEE aprobó ambos estándares: el 802.11a y el 802.11b.

En 2001 hizo su aparición en el mercado los productos del estándar 802.11a.
La revisión 802.11a al estándar original fue ratificada en 1999. El estándar 802.11a utiliza el mismo juego de protocolos de base que el estándar original, opera en la banda de 5 Ghz y utiliza 52 subportadoras orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) con una velocidad máxima de 54 Mbit/s, lo que lo hace un estándar práctico para redes inalámbricas con velocidades reales de aproximadamente 20 Mbit/s. La velocidad de datos se reduce a 48, 36, 24, 18, 12, 9 o 6 Mbit/s en caso necesario. 802.11a tiene 12 canales no solapados, 8 para red inalámbrica y 4 para conexiones punto a punto. No puede interoperar con equipos del estándar 802.11b, excepto si se dispone de equipos que implementen ambos estándares.

Dado que la banda de 2.4 Ghz tiene gran uso (pues es la misma banda usada por los teléfonos inalámbricos y los hornos de microondas, entre otros aparatos), el utilizar la banda de 5 GHz representa una ventaja del estándar 802.11a, dado que se presentan menos interferencias. Sin embargo, la utilización de esta banda también tiene sus desventajas, dado que restringe el uso de los equipos 802.11a a únicamente puntos en línea de vista, con lo que se hace necesario la instalación de un mayor número de puntos de acceso; Esto significa también que los equipos que trabajan con este estándar no pueden penetrar tan lejos como los del estándar 802.11b dado que sus ondas son más fácilmente absorbidas.

802.11g
En Junio de 2003, se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Este utiliza la banda de 2.4 Ghz (al igual que el estándar 802.11b) pero opera a una velocidad teórica máxima de 54 Mbit/s, o cerca de 24.7 Mbit/s de velocidad real de transferencia, similar a la del estándar 802.11a. Es compatible con el estándar b y utiliza las mismas frecuencias. Buena parte del proceso de diseño del estándar lo tomó el hacer compatibles los dos estándares. Sin embargo, en redes bajo el estándar g la presencia de nodos bajo el estándar b reduce significativamente la velocidad de transmisión. .

Los equipos que trabajan bajo el estándar 802.11g llegaron al mercado muy rápidamente, incluso antes de su ratificación. Esto se debió en parte a que para construir equipos bajo este nuevo estándar se podían adaptar los ya diseñados para el estándar b.

Actualmente se venden equipos con esta especificación, con potencias de hasta medio vatio, que permite hacer comunicaciones de hasta 50 km con antenas parabólicas apropiadas.

802.11n
En enero de 2004, la IEEE anunció la formación de un grupo de trabajo 802.11 (Tgn) para desarrollar una nueva revisión del estándar 802.11. la velocidad real de transmisión podría llegar a los 500 Mbps (lo que significa que las velocidades teóricas de transmisión serían aún mayores), y debería ser hasta 10 veces más rápida que una red bajo los estándares 802.11a y 802.11g, y cerca de 40 veces más rápida que una red bajo el estándar 802.11b. También se espera que el alcance de operación de las redes sea mayor con este nuevo estándar. Existen también otras propuestas alternativas que podrán ser consideradas y se espera que el estándar que debía ser completado hacia finales de 2006, se implante hacia 2008, puesto que no es hasta principios de 2007 que no se acabe el segundo boceto. No obstante ya hay dispositivos que se han adelantado al protocolo y ofrecen de forma no oficial éste estándar (con la promesa de actualizaciones para cumplir el estándar cuando el definitivo esté implantado)

802.11e
Con el estándar 802.11e, la tecnología IEEE 802.11 soporta tráfico en tiempo real en todo tipo de entornos y situaciones. Las aplicaciones en tiempo real son ahora una realidad por las garantías de Calidad de Servicio (QoS) proporcionado por el 802.11e. El objetivo del nuevo estándar 802.11e es introducir nuevos mecanismos a nivel de capa MAC para soportar los servicios que requieren garantías de Calidad de Servicio. Para cumplir con su objetivo IEEE 802.11e introduce un nuevo elemento llamado Hybrid Coordination Function (HCF) con dos tipos de acceso:

(EDCA) Enhanced Distributed Channel Access y
(HCCA) Controlled Channel Access.

Protocolo propietario
802.11 Super G
Hoy en día el estándar 802.11 Super G, con una banda de 2.4 Ghz y 5 Ghz, alcanza una velocidad de transferencia de 108 Mbps. De la empresa D-Link.

Bluetooth

BLUETOOTH está detrás de Wi-Fi en un proceso evolutivo, pero ahora cada vez mejor. Las especificaciones están completas. La nueva versión 1.2, incorpora la función de salto de frecuencia adaptiva, la cual minimiza la interferencia mutua con sistemas de frecuencia estática (802.11) y hace posible la coexistencia de diferentes sistemas inalámbricos en el mismo entorno. Esta función permite a los dispositivos Bluetooth, operar mas efectivamente en donde existen redes inalámbricas, como en los grandes supermercados y en muchos almacenes. La versión 1.2 también ha corregido los problemas asociados con la transmisión de voz, y soporta mejor los audífonos inalámbricos, como los de los teléfonos celulares y los sistemas basados en voz utilizados en los almacenes.

Bluetooth es la norma que define un estándar global de comunicación inalámbrica, que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. Los principales objetivos que se pretende conseguir con esta norma son:

• Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos
• Eliminar cables y conectores entre éstos
• Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre nuestros equipos personales

La tecnología Bluetooth comprende hardware, software y requerimientos de interoperatibilidad, por lo que para su desarrollo ha sido necesaria la participación de los principales fabricantes de los sectores de las telecomunicaciones y la informática, tales como: Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, Intel y otros. Posteriormente se han ido incorporando muchas más compañías, y se prevé que próximamente lo hagan también empresas de sectores tan variados como: automatización industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, electrodomésticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentará un panorama de total conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como en el trabajo.

Historia

El nombre procede del rey danés y noruego Harald Blåtand cuya traducción en inglés sería Harold Bluetooth, conocido por unificar las tribus noruegas, suecas y danesas.

De la misma manera, Bluetooth intenta unir diferentes tecnologías como los ordenadores, el teléfono móvil y el resto de periféricos. El símbolo de Bluetooth es la unión de las runas nórdicas H y B.

En 1994 Ericsson inició un estudio para investigar la viabilidad de una interfaz vía radio, de bajo costo y bajo consumo, para la interconexión entre teléfonos móviles y otros accesorios con la intención de eliminar cables entre aparatos. El estudio partía de un largo proyecto que investigaba unos multicomunicadores conectados a una red celular, hasta que se llegó a un enlace de radio de corto alcance, llamado MC link. Conforme este proyecto avanzaba se fue haciendo claro que éste tipo de enlace podía ser utilizado ampliamente en un gran número de aplicaciones, ya que tenía como principal virtud que se basaba en un chip de radio relativamente económico.

¿Qué es el Bluetooth SIG?

Estas siglas provienen del nombre en ingles Bluetooth Special Interest Group que es un grupo de compañías que trabajan juntas para promover y definir las especificaciones del Bluetooth. Y la Finalidad del SIG de Bluetooth es desarrollar, publicar y promover las especificaciones inalámbricas a corta distancia para la conexión entre dispositivos móviles, así como gestionar los programas de calidad para que los usuarios disfruten de más prestaciones.

Este grupo Bluetooth SIG se fundó en febrero del 98 por estos promotores:

Ericsson Mobile Communications AB. Intel Corporation. IBM Corporation. Toshiba Corporation. Nokia Mobile Phones.

Pero en mayo de 1998, el núcleo de promotores anunció la globalización SIG e invitó a otras compañías para participar en el SIG del Bluetooth, el corazón de promotores publicó la versión 1.0 de las especificaciones Bluetooth en julio de 1999, en la página Web : www.bluetooth.com.
En diciembre de 1999, el núcleo inicial de promotores de Bluetooth admitió a cuatro grandes compañías: Microsoft. Lucent. 3COM. Motorola.

Siendo partícipe del SIG, las compañías pueden aplicar a sus productos, si creen necesario, la tecnología inalámbrica Bluetooth con la garantía que ofrece el pertenecer y conocer las especificaciones técnicas de la tecnología, así pues las compañías que no pertenecen no pueden usar Bluetooth porque no tienen su patente.

El grupo SIG creció hasta llegar a más de 1800 miembros en abril de 2000.

Perteneciendo a SIG, las compañías además de utilizar la patente gratuitamente pueden usar la banda de radio que usa el Bluetooth.

Descripción

Bluetooth proporciona una vía de interconexión inalámbrica entre diversos aparatos que tengan dentro de sí esta tecnología, como celulares, computadoras de mano (Palm, Pocket PC) , cámaras, computadoras portátiles, impresoras y simplemente cualquier cosa que a un fabricante le de por colocarle Bluetooth, usando por supuesto una conexión segura de radio de muy corto alcance. El alcance que logran tener estos dispositivos es de 10 metros. Para mejorar la comunicación es recomendable que nada físico (como una pared) se interponga.

El primer objetivo para los productos Bluetooth de primera generación eran los entornos de la gente de negocios que viaja frecuentemente. Por lo que se debería pensar en integrar el chip de radio Bluetooth en equipos como: PCS portátiles, teléfonos móviles, PDAs y auriculares. Esto originaba una serie de cuestiones previas que deberían solucionarse tales como:

• El sistema debería operar en todo el mundo.
• El emisor de radio deberá consumir poca energía, ya que debe integrarse en equipos alimentados por baterías.
• La conexión deberá soportar voz y datos, y por lo tanto aplicaciones multimedia. y se a crea una gran popularida con dicho sistema.

-La tecnología-

La especificación de Bluetooth define un canal de comunicación de máximo 720Kb/seg con rango óptimo de 10 metros (opcionalmente 100m).

La frecuencia de radio con la que trabaja está en el rango de 2.4 a 2.48Ghz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en Full Duplex con un máximo de 1600 saltos/seg. Los saltos de frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1Mhz; esto permite dar seguridad y robustez.

La potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10 metros es de 0dBM (1 mW), mientras que la versión de largo alcance transmite entre -30 y 20dBM (100 mW).

Para lograr alcanzar el objetivo de bajo consumo y bajo costo, se ideó una solución que se puede implementar en un solo chip utilizando circuitos CMOS. De esta manera, se logró crear una solución de 9x9mm y que consume aproximadamente 97% menos energía que un teléfono celular común.

El protocolo de banda base (canales simples por línea) combina switching de circuitos y paquetes. Para asegurar que los paquetes no lleguen fuera de orden, los slots pueden ser reservados por paquetes síncronos, un salto diferente de señal es usado para cada paquete. Por otro lado, el switching de circuitos puede ser asíncrono o síncrono. Tres canales de datos síncronos (voz), o un canal de datos síncrono y uno asíncrono, pueden ser soportados en un solo canal. Cada canal de voz puede soportar una tasa de transferencia de 64 Kb/s en cada sentido, la cual es suficientemente adecuada para la transmisión de voz. Un canal asíncrono puede transmitir como mucho 721 Kb/s en una dirección y 56 Kb/s en la dirección opuesta, sin embargo, para una conexión asíncrona es posible soportar 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simétrico.

-Arquitectura Hardware-

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth esta compuesto por dos partes. Un dispositivo de radio, encargado de modular y transmitir la señal; y un controlador digital. El controlador digital esta compuesto por una CPU, por un procesador de señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (o controlador de Enlace) y de los interfaces con el dispositivo anfitrión.

El LC o Link Controller está encargado de hacer el procesamiento de la banda base y del manejo de los protocolos ARQ y FEC de capa física. Además, se encarga de las funciones de transferencia (tanto asíncrona como síncrona), codificación de Audio y encripción de datos.

El CPU del dispositivo se encarga de atender las instrucciones relacionadas con Bluetooth del dispositivo anfitrión, para así simplificar su operación. Para ello, sobre el CPU corre un software denominado Link Manager que tiene la función de comunicarse con otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes: - Envío y Recepción de Datos. - Empaginamiento y Peticiones. - Determinación de Conexiones. - Autenticación. - Negociación y determinación de tipos de enlace. - Determinación del tipo de cuerpo de cada paquete. - Ubicación del dispositivo en modo sniff o hold.

-Arquitectura Software-

Buscando ampliar la compatibilidad de los dispositivos Bluetooth, los dispositivos que se agregan al estándar utilizan como interfaz entre el dispositivo anfitrión (Pc, teléfono celular, etc.) y el dispositivo Bluetooth como tal (chip Bluetooth) una interfaz denominada HCI (Host Controller Interface).

Los protocolos son una forma consensuada en la que los dispositivos intercambian información. Para cada tipo de red incluida la especificación Bluetooth existe un conjunto de protocolos o reglas que definen exactamente como se pasan los mensajes por el enlace.

ZigBee

ZigBee todavía no es un estándar, pero muy pronto escucharemos noticias al respecto. Esta tecnología es la mas nueva en este ambiente. La gente todavía no ha distinguido la diferencia entre 802.15.4 y ZigBee. La primera es un estándar de radio bajo la familia WPAN (Área de red personal inalámbrica) y ZigBee es la especificación definiendo las aplicaciones de red capaces de soportar esos dispositivos.

ZigBee esta diseñado para operaciones de baja potencia. Un dispositivo ZigBee puede dejarse en sin utilizarse por un periodo largo de tiempo sin necesidad de volver a cargar la batería de ese dispositivo. Esto elimina la necesidad de del operador de recargar la batería frecuentemente. ZigBee también ofrece mayor rango que Bluetooth. Esta diseñado para dar servicio a dispositivos con baja transmisión de datos a comparación de dispositivos que requieren banda ancha para transmitir video y gráficos. Esto quiere decir que este estándar su usara pronto en la industria del retail.

ZigBee es un protocolo de comunicaciones inalámbrico similar al bluetooth.
ZigBee es muy similar al Bluetooth pero con algunas diferencias:
Menor consumo eléctrico que el ya de por sí bajo del Bluetooth
Velocidad de transferencia también menor.

Ambos son pensados para aplicaciones portátiles (PDAs, móviles, etc.) aunque zigbee es más adecuado para la automatización del hogar, Domótica. El término domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y robótica (robota, esclavo en checo). Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas. Se podria definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto.

Existe una versión que integra el sistema de radiofrecuencias característico de Bluetooth junto a interfaz de transmisión de datos vía infrarroja desarrollado por IBM mediante un protocolo ADSI y MDSI.

Características del sistema:
Bandas en las que opera: 2.4 Ghz, 915 MHz y 868 MHz.
Métodos de transmisión: DSSS, se focaliza en las capas inferiores de red (Física y MAC).
Velocidad de transmisión: 20 kbit/s por canal.
Rango: 10 y 75 metros.

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