Estándares IEEE 802.14 y 802.15 para Redes de Cable y WPAN

IEEE 802.14: Redes de Televisión por Cable

802.14 Working Group

El grupo de trabajo IEEE 802.14 se creó para desarrollar estándares para la transmisión de datos a través de redes de televisión por cable. Este grupo propuso protocolos de comunicación relacionados con el cable, que han evolucionado y se han adaptado a la realidad actual.

Cable Módem

El cable módem es un dispositivo que modula y demodula la señal de datos sobre una infraestructura de televisión por cable (CATV).

A. CATV

La televisión por cable (CATV) es un servicio que proporciona la señal de televisión al suscriptor a través de fibra óptica o cable coaxial.

Requisitos Generales 802.14

• Soporte para topologías de árbol y bifurcación en redes de cable coaxial e híbridas.
• Soporte para tasas de transferencia simétricas y asimétricas.
• Soporte para funciones de Operación, Administración y Mantenimiento (OAM).
• Soporte para retrasos de un solo sentido de aproximadamente 400 microsegundos.
• Soporte para una gran cantidad de usuarios.
• Soporte para la transferencia de datos entre subredes.

B. HFC

La arquitectura HFC (Híbrida de Fibra Coaxial) se caracteriza por:

• Topología de árbol y rama.
• Gran retraso de propagación.
• Flujo de datos asimétrico en sentido ascendente y descendente.
• Distribución del usuario hacia el extremo del cable.

C. MAC

En redes de comunicaciones, los protocolos MAC (Control de Acceso al Medio) regulan el acceso al medio físico compartido por múltiples dispositivos.

Propiedades de IEEE 802.14

• Admite celdas ATM de tamaño fijo y paquetes de longitud variable.
• Soporte para acceso por reserva y acceso isócrono.
• Proporciona transmisión de datos concurrente y mecanismos de resolución de colisiones.
• Implementa un mecanismo de resolución de colisiones basado en árboles n-arios.

D. PHY y MAC (1995)

En 1995 se definió el modelo de topología de cable 802.14, incluyendo supuestos, restricciones, parámetros clave, criterios de medición y rendimiento para la selección de protocolos PHY y MAC, además del soporte para la Calidad de Servicio (QoS).

E. ATM

La elección de celdas ATM como unidad de datos en la capa de enlace de datos para redes IEEE 802.14 ofrece una plataforma de multiplexación que admite flujos de tráfico garantizados y de mejor esfuerzo. (Ver Figura 3)

V. Tecnología del Cable Módem

Existen dos estandarizaciones principales: el control de acceso al medio y protocolo físico para televisión por cable, y la especificación de interfaz de servicio de datos sobre cable en Norteamérica.

Dos variaciones de los protocolos de cable módem:

• Envío de paquetes pequeños de tamaño fijo utilizando celdas ATM de 53 octetos (IEEE 802.14).
• Envío de paquetes de longitud variable (IP sobre Ethernet) definido por la especificación DOCSIS.

VI. Casos de Uso

El modelo MCNS es similar al modelo general IEEE 802.14 e incluye interfaces para un sistema de cable módem (Ver Figura 4). El objetivo del proyecto DOCSIS es crear especificaciones para las interfaces de RF CATV, incluyendo el comportamiento del CMTS (Sistema de Terminación de Cable Módem) y el CM (Cable Módem) para la entrega del servicio de IP residencial a través de Ethernet.

El sistema DOCSIS RF es asimétrico, con uno o más canales descendentes y ascendentes. Las características de MCNS DOCSIS RFI Versión 1.0 incluyen:

• Servicio Ethernet conmutado para el transporte de Internet a través de un protocolo MAC de longitud variable.
• Servicio de mejor esfuerzo.

IEEE 802.15: Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN)

El grupo de trabajo IEEE 802.15 se especializa en WPAN y desarrolla estándares para redes inalámbricas de corta distancia. Cuenta con 10 grupos de trabajo y las siguientes referencias normativas:

• IETF RFC 3406, Uniform Resource Names (URN) Namespace Definition Mechanisms, Octubre 2002.
• IETF RFC 8069, URN Namespace for IEEE, Febrero 2017.

I. IEEE 802.15.1: Bluetooth

Este estándar define las especificaciones PHY y MAC para la conectividad inalámbrica entre dispositivos fijos, portátiles y móviles dentro de un espacio operativo personal (POS) de aproximadamente 10 metros de radio. Se basa en la tecnología Bluetooth.

II. IEEE 802.15.2: Coexistencia con otras Redes

Este estándar se centra en la coexistencia de las WPAN IEEE 802.15 con otros dispositivos inalámbricos en bandas de frecuencia sin licencia. Propone recomendaciones para mejorar la coexistencia con otros estándares, como IEEE 802.11.

III. IEEE 802.15.3: Redes Multimedia de Alta Velocidad

Este estándar define las especificaciones PHY y MAC para la conectividad inalámbrica de alta velocidad (mayor a 200 Mbps) entre dispositivos. Su objetivo es proporcionar una conectividad de baja complejidad, bajo costo y bajo consumo de energía para aplicaciones multimedia.

Componentes de un componente IEEE 802.15.3

• **DEV:** Requerido para asumir el rol de Coordinador de Piconet (PNC).
• **PNC:** Proporciona la sincronización del tiempo, gestiona la calidad del servicio (QoS), los modos de ahorro de energía y el control de acceso al piconet.

Seguridad

Existen dos modos de seguridad:

• **Modo 0 - Abierto:** No requiere membresía de seguridad ni protección de la carga útil.
• **Modo 1 - Membresía segura y protección de la carga útil:** Los dispositivos establecen la seguridad con el PNC antes de acceder a los recursos. Se utiliza la protección de la carga útil, incluyendo la integridad de los datos.

Mecanismos de seguridad:

• Membresía de seguridad y establecimiento de clave.
• Transporte de clave.
• Encriptación de datos.
• Integridad de datos.
• Protección de la integridad de la baliza.
• Protección de la integridad del comando.
• Protección de la frescura.