Red inalámbrica

Una red inalámbrica es una red informática que utiliza conexiones de datos inalámbricas entre nodos de red . ^[1] Las redes inalámbricas permiten que los hogares, las redes de telecomunicaciones y las instalaciones comerciales eviten el costoso proceso de introducir cables en un edificio o como conexión entre varias ubicaciones de equipos. ^[2] Las redes de telecomunicaciones administrativas generalmente se implementan y administran mediante comunicación por radio . Esta implementación se lleva a cabo en el nivel físico (capa) de la estructura de red del modelo OSI. ^[3]

Los ejemplos de redes inalámbricas incluyen redes de telefonía celular , redes de área local inalámbricas (WLAN) , redes de sensores inalámbricos , redes de comunicación por satélite y redes de microondas terrestres . ^[4]

La primera red inalámbrica profesional se desarrolló bajo la marca ALOHAnet en 1969 en la Universidad de Hawái y comenzó a funcionar en junio de 1971. La primera red inalámbrica comercial fue la familia de productos WaveLAN , desarrollada por NCR en 1986.

• 1973 – Ethernet 802.3
• 1991 – Red de telefonía móvil 2G
• Junio ​​de 1997 – Se lanza por primera vez el protocolo 802.11 " Wi-Fi "
• 1999 – Integración de VoIP 803.11

Los avances en la tecnología inalámbrica MOSFET (transistor MOS) permitieron el desarrollo de redes inalámbricas digitales . La amplia adopción de dispositivos RF CMOS ( CMOS de radiofrecuencia ), MOSFET de potencia y LDMOS (MOS de difusión lateral) condujo al desarrollo y proliferación de redes inalámbricas digitales en la década de 1990, con avances adicionales en la tecnología MOSFET que llevaron a un aumento del ancho de banda en la década de 2000 ( ley de Edholm ). ^{[5] [6] [7]} La ​​mayoría de los elementos esenciales de las redes inalámbricas se construyen a partir de MOSFET, incluidos los transceptores móviles , módulos de estación base , enrutadores , amplificadores de potencia de RF , ^[6] circuitos de telecomunicaciones , ^[8] circuitos de RF y transceptores de radio , ^[7] en redes como 2G , 3G , ^[5] y 4G . ^[6]

Hola

• Microondas terrestres : las comunicaciones terrestres por microondas utilizan transmisores y receptores terrestres que se parecen a las antenas parabólicas. Las microondas terrestres funcionan en el rango bajo de los gigahercios, lo que limita todas las comunicaciones a la línea de visión. Las estaciones repetidoras están espaciadas aproximadamente a 48 km (30 mi) entre sí.
• Satélites de comunicaciones : los satélites se comunican a través de ondas de radio de microondas, que no son desviadas por la atmósfera terrestre . Los satélites están estacionados en el espacio, generalmente en una órbita geoestacionaria a 35.400 km (22.000 mi) sobre el ecuador. Estos sistemas en órbita terrestre son capaces de recibir y retransmitir señales de voz, datos y televisión.
• Los sistemas celulares y PCS utilizan varias tecnologías de comunicación por radio. Los sistemas dividen la región cubierta en múltiples áreas geográficas. Cada área tiene un transmisor de baja potencia o un dispositivo de antena de retransmisión de radio para retransmitir llamadas de un área a la siguiente.
• Tecnologías de radio y espectro disperso : las redes de área local inalámbricas utilizan una tecnología de radio de alta frecuencia similar a la de la telefonía celular digital y una tecnología de radio de baja frecuencia. Las redes LAN inalámbricas utilizan tecnología de espectro disperso para permitir la comunicación entre múltiples dispositivos en un área limitada. IEEE 802.11 define un tipo común de tecnología de ondas de radio inalámbricas de estándares abiertos conocida como Wi-Fi .
• La comunicación óptica en el espacio libre utiliza luz visible o invisible para las comunicaciones. En la mayoría de los casos,se utiliza la propagación en línea de visión , lo que limita la posición física de los dispositivos de comunicación.

Las redes de área personal inalámbricas (WPAN) conectan dispositivos dentro de un área relativamente pequeña, que generalmente está dentro del alcance de una persona. ^[9] Por ejemplo, tanto la radio Bluetooth como la luz infrarroja invisible proporcionan una WPAN para interconectar un auricular a una computadora portátil. Zigbee también admite aplicaciones WPAN. ^[10] Las PAN Wi-Fi se están volviendo comunes (2010) a medida que los diseñadores de equipos comienzan a integrar Wi-Fi en una variedad de dispositivos electrónicos de consumo. Las capacidades de "My WiFi" de Intel y "Wi-Fi virtual" de Windows 7 han hecho que las PAN Wi-Fi sean más simples y fáciles de instalar y configurar. ^[11]

Una red de área local inalámbrica (WLAN) vincula dos o más dispositivos a una distancia corta mediante un método de distribución inalámbrica, que generalmente proporciona una conexión a través de un punto de acceso para acceder a Internet. El uso de tecnologías de espectro ensanchado u OFDM puede permitir que los usuarios se desplacen dentro de un área de cobertura local y sigan conectados a la red.

Los productos que utilizan los estándares IEEE 802.11 WLAN se comercializan bajo la marca Wi-Fi . La tecnología inalámbrica fija implementa enlaces punto a punto entre computadoras o redes en dos ubicaciones distantes, a menudo utilizando rayos de luz láser modulados o de microondas dedicados sobre trayectorias de línea de visión . Se utiliza a menudo en ciudades para conectar redes en dos o más edificios sin instalar un enlace cableado. Para conectarse a Wi-Fi mediante un dispositivo móvil, se puede utilizar un dispositivo como un enrutador inalámbrico o la capacidad de punto de acceso privado de otro dispositivo móvil.

Una red ad hoc inalámbrica, también conocida como red de malla inalámbrica o red ad hoc móvil (MANET), es una red inalámbrica formada por nodos de radio organizados en una topología de malla. Cada nodo reenvía mensajes en nombre de los otros nodos y cada nodo realiza el enrutamiento. ^[12] Las redes ad hoc pueden "autocurarse", redireccionando automáticamente alrededor de un nodo que ha perdido energía. Se necesitan varios protocolos de capa de red para realizar redes móviles ad hoc, como el enrutamiento de vector de distancia secuenciado por distancia, el enrutamiento basado en asociatividad , el enrutamiento de vector de distancia ad hoc a pedido y el enrutamiento de fuente dinámico .

Las redes de área metropolitana inalámbricas son un tipo de red inalámbrica que conecta varias LAN inalámbricas.

• WiMAX es un tipo de MAN inalámbrica y está descrito por el estándar IEEE 802.16 . ^[13]

Las redes inalámbricas de área amplia son redes inalámbricas que suelen cubrir grandes áreas, como por ejemplo entre pueblos y ciudades vecinas o entre ciudades y suburbios. Estas redes se pueden utilizar para conectar sucursales de empresas o como sistema de acceso público a Internet. Las conexiones inalámbricas entre puntos de acceso suelen ser enlaces de microondas punto a punto que utilizan antenas parabólicas en la banda de 2,4 GHz y 5,8 GHz, en lugar de antenas omnidireccionales que se utilizan con redes más pequeñas. Un sistema típico contiene pasarelas de estaciones base, puntos de acceso y relés de puenteo inalámbricos. Otras configuraciones son sistemas en malla donde cada punto de acceso actúa también como relé. Cuando se combinan con sistemas de energía renovable, como paneles solares fotovoltaicos o sistemas eólicos, pueden ser sistemas independientes.

Una red celular o red móvil es una red de radio distribuida en áreas terrestres llamadas celdas, cada una de las cuales recibe el servicio de al menos un transceptor de ubicación fija , conocido como sitio celular o estación base . En una red celular, cada celda utiliza típicamente un conjunto de frecuencias de radio diferente de todas sus celdas vecinas inmediatas para evitar cualquier interferencia.

Cuando se unen, estas celdas proporcionan cobertura de radio en una amplia zona geográfica. Esto permite que una gran cantidad de transceptores portátiles (por ejemplo, teléfonos móviles, buscapersonas , etc.) se comuniquen entre sí y con transceptores y teléfonos fijos en cualquier parte de la red, a través de estaciones base, incluso si algunos de los transceptores se mueven a través de más de una celda durante la transmisión.

Aunque originalmente estaban pensadas para los teléfonos móviles, con el desarrollo de los teléfonos inteligentes , las redes de telefonía celular transportan rutinariamente datos además de conversaciones telefónicas:

• Sistema global de comunicaciones móviles (GSM): La red GSM se divide en tres sistemas principales: el sistema de conmutación, el sistema de estación base y el sistema de operación y soporte. El teléfono celular se conecta a la estación del sistema base, que a su vez se conecta a la estación de operación y soporte; luego se conecta a la estación de conmutación, donde la llamada se transfiere al destino al que debe dirigirse. GSM es el estándar más común y se utiliza para la mayoría de los teléfonos celulares. ^[14]
• Servicio de comunicaciones personales (PCS): PCS es una banda de radio que pueden utilizar los teléfonos móviles en América del Norte y el sur de Asia. Sprint fue el primer servicio en establecer un PCS.
• D-AMPS : el servicio de telefonía móvil avanzado digital, una versión mejorada del AMPS, se está eliminando gradualmente debido a los avances tecnológicos. Las redes GSM más nuevas están reemplazando al sistema anterior.

Las redes LTE/5G privadas utilizan espectro inalámbrico con licencia, compartido o sin licencia gracias a estaciones base de redes celulares LTE o 5G, celdas pequeñas y otra infraestructura de red de acceso por radio (RAN) para transmitir voz y datos a dispositivos de borde (teléfonos inteligentes, módulos integrados, enrutadores y puertas de enlace).

3GPP define las redes privadas 5G como redes no públicas que normalmente emplean una implementación de menor escala para satisfacer las necesidades de confiabilidad, accesibilidad y capacidad de mantenimiento de una organización.

Las redes privadas de código abierto se basan en un software colaborativo impulsado por la comunidad que depende de la revisión por pares y la producción para usar, modificar y compartir el código fuente.

Una red de área global (GAN) es una red que se utiliza para dar soporte a la telefonía móvil en una cantidad arbitraria de redes LAN inalámbricas, áreas de cobertura satelital, etc. El desafío clave en las comunicaciones móviles es transferir las comunicaciones de los usuarios de un área de cobertura local a la siguiente. En el Proyecto IEEE 802, esto implica una sucesión de redes LAN inalámbricas terrestres . ^[15]

Las redes espaciales son redes que se utilizan para la comunicación entre naves espaciales, normalmente en las proximidades de la Tierra. Un ejemplo de ello es la Red Espacial de la NASA .

Algunos ejemplos de uso incluyen los teléfonos celulares, que forman parte de las redes inalámbricas cotidianas, lo que permite una comunicación personal sencilla. Otro ejemplo son los sistemas de redes intercontinentales, que utilizan satélites de radio para comunicarse con todo el mundo. Los servicios de emergencia , como la policía, también utilizan redes inalámbricas para comunicarse de manera eficaz. Las personas y las empresas utilizan redes inalámbricas para enviar y compartir datos rápidamente, ya sea en un pequeño edificio de oficinas o en cualquier parte del mundo.

En un sentido general, las redes inalámbricas ofrecen una amplia variedad de usos tanto para usuarios comerciales como domésticos. ^[16]

"En la actualidad, la industria acepta un puñado de tecnologías inalámbricas diferentes. Cada una de ellas se define mediante un estándar que describe funciones exclusivas tanto en la capa física como en la capa de enlace de datos del modelo OSI . Estos estándares difieren en sus métodos de señalización específicos, rangos geográficos y usos de frecuencia, entre otras cosas. Estas diferencias pueden hacer que ciertas tecnologías sean más adecuadas para redes domésticas y otras más adecuadas para redes de organizaciones más grandes". ^[16]

Cada estándar varía en su alcance geográfico, lo que hace que un estándar sea más ideal que el siguiente dependiendo de lo que se intente lograr con una red inalámbrica. ^[16] El rendimiento de las redes inalámbricas satisface una variedad de aplicaciones, como voz y video. El uso de esta tecnología también da lugar a expansiones, como de 2G a 3G y tecnologías 4G y 5G , que representan la cuarta y quinta generación de estándares de comunicaciones móviles de teléfonos celulares. A medida que las redes inalámbricas se han vuelto comunes, la sofisticación aumenta a través de la configuración del hardware y software de red, y se logra una mayor capacidad para enviar y recibir mayores cantidades de datos, más rápido. Ahora, la red inalámbrica se ejecuta en LTE, que es un estándar de comunicación móvil 4G. Los usuarios de una red LTE deberían tener velocidades de datos que son diez veces más rápidas que una red 3G. ^[17]

El espacio es otra característica de las redes inalámbricas. Las redes inalámbricas ofrecen muchas ventajas cuando se trata de áreas difíciles de cablear que intentan comunicarse, como al otro lado de una calle o un río, un almacén al otro lado de las instalaciones o edificios que están separados físicamente pero funcionan como uno solo. ^[17] Las redes inalámbricas permiten a los usuarios designar un espacio determinado en el que la red podrá comunicarse con otros dispositivos a través de esa red.

También se crea espacio en los hogares como resultado de la eliminación de los desordenes del cableado. ^[18] Esta tecnología permite una alternativa a la instalación de medios de red físicos como TP , cables coaxiales o fibra óptica , que también pueden ser costosos.

Para los propietarios de viviendas, la tecnología inalámbrica es una opción eficaz en comparación con Ethernet para compartir impresoras, escáneres y conexiones a Internet de alta velocidad. Las WLAN ayudan a ahorrar el costo de instalación de medios de cable, ahorran tiempo de instalación física y también crean movilidad para los dispositivos conectados a la red. ^[18] Las redes inalámbricas son simples y requieren tan solo un único punto de acceso inalámbrico conectado directamente a Internet a través de un enrutador . ^[16]

La red de telecomunicaciones en la capa física también consta de muchos elementos de red alámbrica interconectados . Estos elementos pueden ser sistemas o productos independientes que son suministrados por un solo fabricante o que son ensamblados por el proveedor de servicios (usuario) o el integrador de sistemas con piezas de varios fabricantes diferentes.

Los NE inalámbricos son los productos y dispositivos que utiliza un operador inalámbrico para brindar soporte a la red de retorno , así como a un centro de conmutación móvil (MSC).

Un servicio inalámbrico confiable depende de que los elementos de red en la capa física estén protegidos contra todos los entornos operativos y aplicaciones (consulte GR-3171, Requisitos genéricos para elementos de red utilizados en redes inalámbricas: criterios de capa física ). ^[19]

Los elementos de red que se encuentran en la torre de telefonía celular que va hasta el gabinete de la estación base (BS) son especialmente importantes. El hardware de conexión y la ubicación de la antena y los cierres y cables asociados deben tener la resistencia, robustez, resistencia a la corrosión y resistencia al viento, las tormentas, la formación de hielo y otras condiciones climáticas adecuadas. Los requisitos para los componentes individuales, como el hardware, los cables, los conectores y los cierres, deben tener en cuenta la estructura a la que están conectados.

En comparación con los sistemas cableados, las redes inalámbricas suelen estar sujetas a interferencias electromagnéticas . Esto puede ser causado por otras redes u otros tipos de equipos que generan ondas de radio que se encuentran dentro o cerca de las bandas de radio utilizadas para la comunicación. Las interferencias pueden degradar la señal o hacer que el sistema falle. ^[4]

Algunos materiales provocan la absorción de las ondas electromagnéticas, impidiendo que lleguen al receptor; en otros casos, sobre todo en el caso de materiales metálicos o conductores, se produce una reflexión, lo que puede provocar zonas muertas en las que no hay recepción. El aislamiento térmico con papel de aluminio de los hogares modernos puede reducir fácilmente las señales móviles en interiores en 10 dB, lo que suele dar lugar a quejas sobre la mala recepción de las señales de telefonía móvil en zonas rurales de larga distancia.

En el desvanecimiento por trayectos múltiples, dos o más rutas diferentes tomadas por la señal, debido a reflexiones, pueden provocar que las señales se cancelen entre sí en ciertas ubicaciones y sean más fuertes en otros lugares ( desvanecimiento ascendente ).

El problema del nodo oculto se produce en algunos tipos de redes cuando un nodo es visible desde un punto de acceso inalámbrico (AP), pero no desde otros nodos que se comunican con ese AP. Esto genera dificultades en el control de acceso al medio (colisiones).

El problema del terminal expuesto es cuando un nodo de una red no puede enviar debido a una interferencia de canal compartido de un nodo que está en una red diferente.

El espectro inalámbrico es un recurso limitado y compartido por todos los nodos en el rango de sus transmisores. La asignación de ancho de banda se vuelve compleja con múltiples usuarios participantes. A menudo, los usuarios no son conscientes de que los números anunciados (por ejemplo, para equipos IEEE 802.11 o redes LTE ) no son su capacidad, sino que se comparten con todos los demás usuarios y, por lo tanto, la tasa de usuario individual es mucho menor. Con el aumento de la demanda, es cada vez más probable que se produzca una escasez de capacidad . El usuario en el circuito (UIL) puede ser una solución alternativa a la actualización constante a tecnologías más nuevas para el exceso de aprovisionamiento .

El teorema de Shannon puede describir la velocidad máxima de datos de cualquier enlace inalámbrico, que se relaciona con el ancho de banda en hercios y con el ruido en el canal.

Se puede aumentar en gran medida la capacidad del canal utilizando técnicas MIMO , donde múltiples antenas o múltiples frecuencias pueden explotar múltiples caminos hacia el receptor para lograr un rendimiento mucho mayor, mediante un factor del producto de la frecuencia y la diversidad de antena en cada extremo.

En Linux, el Agente de Dominio Regulador Central (CRDA) controla la configuración de los canales. ^[20]

El ancho de banda total de la red depende de qué tan dispersivo sea el medio (un medio más dispersivo generalmente tiene un mejor ancho de banda total porque minimiza la interferencia), cuántas frecuencias están disponibles, qué tan ruidosas son esas frecuencias, cuántas antenas se usan y si se usa una antena direccional, si los nodos emplean control de potencia, etc.

Las redes inalámbricas celulares suelen tener una buena capacidad, debido al uso de antenas direccionales y a su capacidad de reutilizar canales de radio en celdas no adyacentes. Además, las celdas pueden hacerse muy pequeñas utilizando transmisores de baja potencia; esto se utiliza en las ciudades para brindar una capacidad de red que se escala linealmente con la densidad de población. ^[4]

Los puntos de acceso inalámbricos también suelen estar cerca de los humanos, pero la caída de potencia con la distancia es rápida, siguiendo la ley del cuadrado inverso . ^[21] La posición de la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido (HPA) es que "... las exposiciones a la radiofrecuencia (RF) de WiFi probablemente sean menores que las de los teléfonos móviles". También vio "... ninguna razón por la que las escuelas y otros no deberían usar equipos WiFi". ^[22] En octubre de 2007, la HPA lanzó un nuevo estudio "sistemático" sobre los efectos de las redes WiFi en nombre del gobierno del Reino Unido, con el fin de calmar los temores que habían aparecido en los medios en un período reciente hasta ese momento". ^[23] El Dr. Michael Clark, de la HPA, dice que la investigación publicada sobre teléfonos móviles y antenas no equivale a una acusación contra WiFi. ^[24]

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• Gestión de movilidad inalámbrica

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