Xarxes WLAN: Tipus, Topologies i Estàndards

Definició de WLAN

Una xarxa d'àrea local sense fils (WLAN, Wireless Local Area Network) és un sistema flexible de comunicació de dades que funciona com una extensió o alternativa a una LAN de cable. Es pot entendre la WLAN com una subxarxa de comunicació amb una cobertura geogràfica limitada, una alta velocitat de transmissió, una baixa taxa d'errors, administrada de forma privada i que utilitza el canal ràdio per comunicar-se.

Motivació:

• Estalvi en el cablejat i el seu manteniment.
• Utilització quan el cablejat no és possible (edificis històrics, etc.).
• Connectivitat en qualsevol lloc i moment.

Topologies de les WLANs

WLAN amb infraestructura

Els nodes mòbils es troben integrats dins d'una xarxa fixa i la transició ràdio-fil es fa a través d'un node anomenat genèricament punt d'accés. Aquest es caracteritza per:

• Utilitzar una o més antenes per donar cobertura a l'àrea desitjada.
• Gestionar les estacions portàtils: assignar adreces, nivells de prioritat, controlar la càrrega del sistema, la posició dels mòbils, etc.
• En certs casos, poder efectuar un handover cap a un altre punt d'accés.
• Poder estar dissenyat per donar servei simultàniament als portàtils existents i a altres segments LAN que es connectin via ràdio.

WLAN ad-hoc

En aquesta topologia no es requereix una xarxa fixa; els nodes mòbils es comuniquen directament entre ells sense necessitat de cap node central. Es tracta d'una topologia ràpida i fàcilment implementable que no requereix cap tipus d'administració de xarxa. És ideal per a reunions de negocis o grups de treball temporals.

Avantatges i inconvenients

• WLAN amb infraestructura: Tenen més cobertura, suporten velocitats més elevades, són capaces de minimitzar la potència i reduir la incidència del problema dels nodes amagats amb una col·locació estratègica dels punts d'accés.
• WLAN ad-hoc: El principal avantatge és la seva simplicitat i eficiència de transmissió.

Consideracions de la implementació

Fonts d'interferència

Per a WLANs que operen a freqüències al voltant dels 2,4 GHz, els forns de microones són una font molt important d'interferències. Altres fonts són l'equipament mèdic, les fotocopiadores, els telèfons sense fils, els dispositius amb Bluetooth, etc.

Obstruccions a la propagació del senyal

Els infrarojos són bloquejats per objectes opacs i atenuats significativament pels vidres. En el cas de senyals ràdio, la cobertura depèn en gran mesura del tipus de material travessat.

Tipus de WLANs

Les tecnologies WLAN es poden dividir en:

• Transmissió per infrarojos (IR, 10¹⁴-10¹⁵ GHz).
• Transmissió ràdio en bandes ISM (Industry, Science and Medicine) generalment combinat amb tècniques d'espectre eixamplat (902-928 MHz, 2.400-2.483,5 MHz, 5.725-5.850 MHz).
• Transmissió per microones (18 GHz), poc utilitzada.

L'elecció d'una o altra tecnologia dependrà dels requeriments de l'aplicació concreta que es desitgi.

Sistemes per infrarojos

Les primeres WLAN utilitzaven aquest tipus de transmissió.

Avantatges:

• La banda de l'espectre que utilitzen no requereix llicència.
• Són immunes a la interferència ràdio.
• Els components d'infrarojos són petits i consumeixen poca potència.

Descripció general:

Usen la part de l'espectre electromagnètic que es troba just per sota de la llum visible (com els controls remots). Viatja en línia recta, no pot travessar objectes opacs i la llum incrementa el nivell de soroll. Aquestes característiques permeten confinar l'energia infraroja dins d'una única habitació molt fàcilment, eliminant problemes d'interferències o seguretat.

Utilitzen modulacions de polsos on-off: es varia l'amplitud del corrent que circula per un emissor d'infrarojos; les dades són transportades per la intensitat de l'ona de llum; la detecció es realitza de manera directa per un fotodíode receptor que genera un corrent elèctric proporcional al senyal lluminós que li arriba.

Classificació

Tècnica punt a punt o directa

Utilitza díodes làser (LD) extremadament direccionals entre emissors i receptors estàtics i amb visió directa.

Problemes:

• Els objectes que se situen a la trajectòria del raig atenuen significativament el senyal.
• El raig làser pot produir problemes a la retina si incideix directament a l'ull.

Es tracta d'una opció estàtica que no permet mobilitat. Per tant, aquesta tècnica sembla més adequada per a la connexió d'alta velocitat (fins a 155 Mbps) de segments LAN situats a distàncies inferiors a 5 km (connexió d'edificis), encara que presenta una certa variabilitat amb les condicions atmosfèriques.

Tècnica indirecta

No concentra l'energia en una sola direcció. Utilitza díodes LED (Light Emitting Diodes), més segurs que els LDs. En aquest cas, es poden distingir:

• Tècniques indirectes difuses: Utilitzen transceptors òptics enfocats a un punt comú situat generalment al sostre, on es troba un difusor òptic. Totes les estacions emeten i reben la informació passant per aquest punt. Aquesta tècnica permet cobertures molt limitades, d'uns 10 a 20 m.
• Una altra tècnica indirecta utilitza les reflexions a les parets, terres i sostres per arribar als diferents nodes, però a causa de l'atenuació introduïda, en aquest cas les velocitats de transmissió són baixes, arribant com a màxim a uns pocs Mbps.
• Tècniques indirectes de visió directa: Poden arribar fins als 50 m de cobertura i taxes de transmissió més elevades que en la tècnica difusa.

Sistemes ràdio

Determinades bandes de freqüència UHF han estat alliberades per a la seva utilització en aplicacions industrials, científiques i mèdiques (bandes ISM). Aquestes bandes permeten l'operació sense llicència de WLAN. A causa de la quantitat d'interferències d'altres tipus de sistemes en aquesta banda compartida, gairebé totes les WLAN desenvolupades per treballar en aquestes bandes utilitzen tècniques d'espectre eixamplat molt resistents a les interferències: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). La cobertura és superior que en el cas IR (250 m) i no és necessària la visió directa.

Sistemes per microones

Es tracta de sistemes que operen al voltant dels 18 GHz. En aquestes freqüències, les pèrdues de propagació són molt importants a causa dels obstacles, parets, etc., propis d'interiors, i fan que la cobertura dels sistemes sigui baixa en interiors (d'uns 30 m). En canvi, són capaços de proveir unes velocitats de transmissió molt elevades. Aquestes tècniques no són utilitzades en productes comercials bàsicament a causa del fet que els components de microones estan encara poc desenvolupats i, per tant, són cars, grossos i pesats per a aquestes aplicacions.

Evolució de les WLANs i estàndards

A l'inici de les WLANs no hi havia cap norma que regís el seu desenvolupament, la qual cosa va fer que cada fabricant definís el seu sistema propietari. No va ser fins a l'any 1990 que es va decidir afrontar l'estandardització dels protocols:

• IEEE 802.11: És l'estàndard que proposa l'IEEE, que no va ser definitiu fins a l'any 1997 (degut a la competència entre els diferents productes ja existents).
• HIPERLAN: És l'estàndard que proposa l'ETSI, que va veure la llum l'any 1993, encara que la primera implementació no va aparèixer fins al 1999.

Tipus de trames MAC

• De control: Request to Send (RTS), Clear to Send (CTS), Acknowledgement (ACK), etc.
• De gestió: Authentication, Association request/response, Reassociation request/response, Disassociation, Probe request/response, Beacon, etc.
• De dades.