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Redes y servicios móvilesRedes IEEE 802.11 WiFi

Xabiel García PañedaRoberto García Fernández

José Ángel Vallejo Pinto

Universidad de Oviedo

Área de Ingeniería Telemática

Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 1/98

Índice

Introducción.Grupos IEEE 802 de tecnologías inalámbricas.IEEE 802.11.

Nivel de enlace.Nivel físico.

IEEE 802.11n.IEEE 802.11s.Madurez de la tecnología y del mercado.


IngenieríaTelemática

Introducción

Las redes de área local inalámbricas (WLAN; WirelessLocal Area Networks) surgen como extensión de las redescableadas con los siguientes objetivos:

Proporcionar acceso inalámbrico y movilidad en un área detamaño reducido.Ofrecer conectividad en lugares en los que resulta muycomplicado o costoso instalar infraestructuras de cable.

Se caracterizan por su facilidad de instalación, costesreducidos, escalabilidad y flexibilidad para adaptarse aentornos cambiantes.



Estándares para LAN/WAN



Grupos IEEE 802 de tecnologías inalámbricas

802.11 LAN inalámbrica (WLAN).802.15 Redes de área personal inalámbricas (WPAN).

Bluetooth (802.15-1).Zigbee (802.15-4).

802.16 Redes de acceso metropolitanas inalámbricas debanda ancha (WiMAX).

Servicio de Internet inalámbrica para cubrir zonas geográficasamplias con un gran número de usuarios y a bajo coste.

802.18 Grupo de asesoría técnica sobre normativas deradio.802.20 Acceso inalámbrico móvil de banda ancha (MBWA).802.22 Redes de área regional inalámbricas.



WLAN: Definición

Red de área local inalámbrica (WLAN).

Red: Unión de dos o más computadoras, mediante un mediofísico, para crear una comunicación entre ellas que les permitacompartir información y recursos.Inalámbrica: Subred de comunicación cuyo medio físico decomunicación es el aire.Usan bandas de frecuencia sin licencia: 2,4 GHz y 5 GHz.

Modos de operación:

Infraestructura.Las estaciones se comunican con un punto de acceso queproporciona la conectividad con la red cableada.

Ad-Hoc o peer-to-peer.Las estaciones se comunican directamente entre ellas sin pasarpor un punto de acceso.Generalmente sin conexión a redes externas.



WLAN: Ventajas e inconvenientes

Ventajas:Movilidad del usuario.Solución para necesidades temporales a un coste menor.Rapidez de instalación y puesta en marcha.Única solución cuando el cableado no es posible.Permiten cambios de la topología de la red de forma rápida yfácil.

Inconvenientes:Velocidad generalmente inferior a la de una red cableada.Coste de despliegue mayor.Área de cobertura limitada.Inestabilidad del tramo radio: interferencias, reducción delcaudal con la distancia, etc.Necesitan medidas de seguridad: confidencialidad, privacidad,autenticación.Gestión de la red.



WLAN: Modo infraestructura I

División entre

Equipos de usuario.Infraestructura decomunicaciones.

Puntos de acceso.

AP (Access Point).Normalmentepermanecen fijos.



WLAN: Modo infraestructura II

No hay comunicacióndirecta entre losequipos de la red.Cada comunicaciónrequiere dos saltos.

Equipo1-AP.AP-Equipo2.

Red más estable.

Mayor cobertura.



WLAN: Modo Ad-Hoc

MANET.

Mobile Ad-hocNetwork.

No existeinfraestructura.Los equipos de usuariose utilizan para llevar acabo la distribución.Todos los elementos dela red pueden tenermovilidad.



WLAN: Tecnologías



WLAN: Certificación de la WiFi Alliance

La WiFi (Wireless Fidelity) Alliance es un consorcio defabricantes de hardware y software cuyo objetivo espromover el uso de la tecnología 802.11y velar por suinteroperabilidad.Para ello la WiFi Alliance ha definido un proceso decertificación, de forma que cualquier fabricante puedesometer a prueba sus productos y si la superan podráponer el sello correspondiente.Los requisitos de certificación de la WiFi Alliance se basanen la norma 802.11 pero no son equivalentes. Algunasfuncionalidades (opcionales) de 802.11 no se exigen en lacertificación WiFi y en algún caso se exigen funcionesadicionales, sobre todo para garantizar aspectos deinteroperabilidad y seguridad.



Familia de tecnologías IEEE 802

Estándar base dividido en dos capas:

Capa MAC: Control de acceso al medio.Capa física.

802.11HMAC

802.2HLogicalHlinkHcontrolH/LLCE802

Ove

rvie

wHa

ndHa

rchi

tect

ure

802.1

802.3MAC

802.3PHY

802.5MAC

802.11FHSSPHY

802.11DSSSPHY

802.11aOFDMPHY

802.11bHR/DS

SSPHY

802.11gERPPHY802.5

PHY

Man

agm

ent

DataHlinkHlayerLLCHsublayer

MACHsublayer

PhysicalHlayer



Elementos de red

Las redes 802.11 están formadas por 4 componentesfísicos principales:

Estaciones.Equipo de usuario con tarjeta de red inalámbrica.

Puntos de accesoConectan el entorno inalámbrico con otro tipo de redes paraproporcionar interconexión.

Medio inalámbrico.Sistema de distribución.



Estructura de red I



Estructura de red II



Estructura de red III



Nomenclatura I

BSS (Basic service set).

Grupo de estaciones que se comunicanunas con otras.En modo infraestructura o sin infraestructura(independiente o ad-hoc: IBSS).

ESS (Extended service set).

Los BSS no pueden dar cobertura agrandes áreas. Se crean los ESS que sonagrupaciones de BSS conectadas a travésde un enlace troncal.Los AP se comunican a través del enlacetroncal creando una red virtual.Cuando una estación se asocia con un APlas demás deben de conocer esta situación.Es necesario tener un IAPP (Inter APProtocol) para intercambiar información(propietarios, 802.11f).



Nomenclatura II

SSID (Service set identifier).

Es el identificador de la red.BSSID, ESSID.

Entornos multi-BSS.Con la misma estructura física esposible generar varias redes.

Ej: invitados, privada.Niveles de seguridad diferentes.



Servicios de red I

Distribución.Este servicio lo utilizan las estaciones móviles de un BSS enmodo infrastructura cada vez que transmiten.Cuando una trama ha sido aceptada por un AP, este utiliza elservicio de distribución para enviar la misma a su destino.Cualquier comunicación que utiliza un AP viaja a través delservicio de distribución, incluso las comunicaciones entre dosestaciones móviles asociadas con el mismo AP.

Integración.Es un servicio provisto por el sistema de distribución, quepermite la conexión del mismo con una red distinta a 802.11.La función de integración es específica del sistema dedistribución utilizado y por lo tanto no se especifica en elestándar 802.11, excepto en términos del servicio que debeofrecer.



Servicios de red II

Asociación.Es el proceso mediante el cual una estación comienza aformar parte de una red 802.11.Cada estación estará asociada a un único punto de acceso.El punto de acceso puede aceptar o no la asociación.No hay límite en cuanto al número de estaciones asociadas aun punto de acceso.

Reasociación.Cuando una estación se mueve entre dos áreas de serviciosbásicos dentro de un ESS, debe evaluar el nivel de señal yeventualmente cambiar el AP con el que está asociada.La reasociación la inician las estaciones móviles cuando lascondiciones de la señal indican que cambiar de AP puede serbeneficioso. Nunca la inicia un AP.Una vez completada una reasociación, el sistema dedistribución actualiza los archivos de localización para reflejarla accesibilidad de la estación a través de otro AP.



Servicios de red III

Disasociación.Se utiliza para terminar una asociación existente con un AP.Cuando una estación invoca este servicio, se eliminan todoslos datos de movilidad de la misma y la estación quedadesconectada de la red.La disasociación es una tarea formal que se realiza durante elproceso de apagado de una estación.

Autenticación.Las redes inalámbricas no pueden ofrecer el mismo nivel deseguridad física que las redes cableadas, por lo que dependende rutinas adicionales de autenticación para asegurar que unusuario tiene el acceso autorizado.Es un prerrequisito necesario para la asociación, porque sololos usuarios autenticados están autorizados a utilizar la red.En la práctica muchos AP están configurados como sistemasabiertos y permitirán la conexión de cualquier estación.



Servicios de red IV

Deautenticación.Este servicio termina cualquier relación de autenticación.Como la autenticación es necesaria antes de autorizar el usode la red, la desautenticación genera la terminación de laasociación en curso.

Confidencialidad.802.11 provee un servicio opcional de confidencialidaddenominado “Wired Equivalent Privacy” (WEP).Se basa en un encriptado de las tramas que viajan por la red.El nivel de seguridad provisto es mínimo.

Envío de MSDU (MAC service data unit).Este servicio permite la comunicación de estaciones a nivel desubcapa MAC.



Movilidad

Sin tránsito.

La estación no se mueve, permaneceen el área de servicio del AP al que seencuentra asociada.

Tránsito entre BSS.

La estación monitoriza continuamentela fuerza y la calidad de la señal, asícomo la señal de los otros BSS delmismo ESS. En el momento que lacalidad de la señal de los otros BSS essuperior a la generada por el actual, laestación invoca el servicio dereasociación con el BSS que ofrecemás calidad de señal.

Tránsito entre ESS.

802.11 no contempla este tipo demovilidad.



Capas I

IEEE 802.11 define:

Capa física.

Subcapa PLCP (Physical LayerConvergence Protocol).Subcapa PMD (Physical MediumDependent).

Subcapa de control de acceso al medio(MAC).

La capa LLC (Logical Link Control) sedefine en IEEE 802.2.El resto de capas no están definidas:

Red (IP), transporte (TCP/UDP) yaplicación.



Capas II - Funciones de la subcapa MAC

Subcapa MAC.

Mecanismos de acceso almedio.Descubrimiento de la red.

Barrido pasivo.Barrido activo.

Fragmentación.Encriptación.

Gestión de la capa MAC(MAC MIB).

Sincronización.Control de potencia.Asociación-Reasociación.



Capas III - Funciones de la capa física

PLCP.

Detección deportadora.

PMD.

Modulación ycodificación.

Gestión de la capafísica.

Cambios de canal.PHY MIB.



Particularidades del medio inalámbrico I

En los entornos inalámbricos no se puede asumir que, demanera predeterminada, los paquetes se van a recibircorrectamente.Los envíos pueden fallar por muchas razones:

Interferencias, desconexiones, etc.Se utiliza una política de asentimiento positivo.

Las dos estaciones deben estar perfectamente coordinadaspara no interrumpirse.



Particularidades del medio inalámbrico II

¿Pueden aplicarse métodos de redes fijas en elacceso al medio?Ejemplo: CSMA/CD.

Acceso múltiple por detección de portadora condetección de colisiones.MAC en IEEE 802.3.Escuchar el medio.Enviar cuando el medio está libre.Escuchar el medio para detectar colisión.



Particularidades del medio inalámbrico III

La potencia de la señal es inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia.El emisor podría aplicar detección de portadora(CS) y detección de colisiones (CD), pero lascolisiones ocurren en el receptor.El emisor no puede escuchar la colisión.

CD no funciona en transmisión inalámbrica.

CS también podría fallar en transmisióninalámbrica.

Problema del terminal oculto.



Diferencias entre cableado e inalámbrico

Si A y C detectan el canal vacío al mismo tiempo, envían almismo tiempo.En Ethernet, la colisión puede detectarse en el emisor.Las radios semi-dúplex en transmisión inalámbrica nopueden detectar la colisión en el emisor.



MAC I

Contempla dos modos de operación o funciones de coordinación:

Distributed Coordination Function (DCF): Orientada a serviciosasíncronos sin requisitos de QoS. Se basa en el mecanismo CarrierSense Multiple Access - Collision Avoidance (CSMA-CA).Point Coordination Function (PCF): Orientada a serviciossíncronos con requisitos de QoS. En este caso, un AP actúa comocoordinador (Point Coordinator) y regula las transmisiones de lasestaciones mediante un método de encuesta (polling). Solamentepuede usarse en modo infraestructura (BSS).

La extensión IEEE 802.11e introduce mejoras en la provisión de QoS eincorpora una nueva función de coordinación:

Hybrid Coordination Function (HCF). Define dos nuevos métodosde acceso al medio:

Enhanced Distributed Channel Access (EDCA). Basado encontienda.Controlled Channel Access (HCCA). El acceso lo controla un APque actúa como coordinador central del resto de estaciones y sedenomina HC (Hybrid Coordinator).



MAC II - Distributed Coordination Function I

El protocolo CSMA-CA funciona del modo siguiente:Cuando una estación (portátil o AP) quiere enviar una trama,sondea antes el canal en el que opera para detectar si existeuna transmisión en curso.Cuando el canal está libre, la STA no transmite de manerainmediata, sino que debe seguir sondeando el canal paraasegurarse de que sigue libre durante un período de tiempoDIFS (DCF InterFrame Space). En ese momento puedetransmitir una trama de gestión o de datos con una MSDU delongitud máxima 2.034 bytes.

Para asegurar un acceso equilibrado al canal, si una estaciónacaba de transmitir una trama y tiene otra lista para sertransmitida, deberá esperar un periodo aleatorio obligatoriamente.

Si el canal está ocupado, la STA espera a que vuelva a estarlibre durante un tiempo DIFS, tras el cual espera un tiempoaleatorio (proceso de backoff) y transmite (si sigue libre).



MAC III - Distributed Coordination Function IICuando una estación recibe correctamente una trama de datos, esperaun tiempo SIFS (Short Interframe Space) y manda la confirmaciónpertinente (ACK). SIFS es más pequeño que DIFS para dar prioridad alos envíos de los ACK respecto a otras STA que estuviesen a la esperade que el canal quede libre para transmitir sus tramas de datos.Si una estación transmite una trama y no recibe confirmación en untiempo determinado, dará la trama por perdida, procediendo a suretransmisión. Para ello inicia de nuevo el proceso de sondeo del canal.

DIFS

Backoff DATA

SIFS

ACK

Slot time

ORIGEN

DESTINO

Se esperaun tiempo

Tiempo de espera variable antes de

transmitir

Se esperaun tiempo

Se transmite información

Asentimiento



MAC IV - Distributed Coordination Function III

Además de DIFS y SIFS, se definen otros dos tiempos entre tramas:

PIFS (PCF Interframe Space): se utiliza en el método PCF.EIFS (Extended Interframe Space): tiempo variable, mayor queDIFS, empleado en situaciones de error.

slot

DIFSVentana de contienda

PIFS

SIFS

Datos

DIFS

Datos

DIFSVentana de contienda

PIFS

Datos

DIFS

Datos

Mecanismo de backoff

Los diferentes tiempos entre tramas se definen en función del valor deSIFS y del denominado slot time, que toman los siguientes valores:

Capas físicas basadas en OFDM: slot time = 9 µs y SIFS = 16 µs.Capas físicas basadas en DSSS: slot time = 20 µs y SIFS = 10 µs.

A partir de estos valores, se definen:

PIFS = SIFS + slot time (25 µs para OFDM y 30 µs para DSSS).DIFS = SIFS + 2 x slot time (34 µs para OFDM y 50 µs para DSSS).



MAC V - Tiempo de backoff

Tiempo de backoff (TBk)TBk= random() * TslotCwactual = Cwanterior ∗ 2 + 1

donde random() es unadistribución uniformepseudoaleatoria entre 0 y Cw,siendo Cw la ventana de contiendacuyos valores están comprendidosentre 7 y 255. Intento inicial

Primera retransmisiónSegunda retransmisión

Tercera retransmisión

El primer intento de transmisión con el medio ocupado sitúala ventana a [0,CwMIN ].Para cada retransmisión se calcula una nueva Cw.Tras una transmisión correcta la ventana vuelve a[0,CwMIN ].



MAC VI - Distributed Coordination Function IV

Ejemplo de acceso al medio por contienda DCF.SIFS SIFS SIFS

tramatramaDIFS

Mediolibre Trama

lista

Tramalista

SIFSDIFS

Esperaaleat. 2

Esperaaleat. 1

tramatrama

Esperadetenida

SIFSDIFS

Esperarestante

tramatrama

SIFS

A

B

CACK ACK ACK

D



Problema del terminal oculto

A B C

Terminales ocultos.A tiene una trama para transmitir a B. El medio está libre y transmite.Mientras A está transmitiendo, C tiene una trama para transmitir a B,detecta el medio libre, transmite y se produce una colisión en B.

Es necesario detectar la portadora en el receptor, no en el emisor:El emisor pregunta si puede transmitir algo.Si es así, se comporta como si el canal estuviera vacío.



Problema del terminal expuesto

A B C D

B transmite a A. Al mismo tiempo, C tiene una trama paratransmitir a D. C sondea el medio y lo encuentra ocupado,por lo que no transmite, aun pudiendo hacerlo, pues A estáfuera de su cobertura y no le interferiría y D está fuera decobertura de B, por lo que tampoco existiría interferencia(C está expuesto a la transmisión de B).



RTS/CTS I

Cuando un terminal desea transmitir datos, envía una trama RTS(Ready-to-Send) al receptor de destino.

Contiene la indicación de la cantidad de datos que desea transmitir.Cualquier estación diferente a la destinataria de la trama RTS que lareciba, retrasa sus transmisiones durante un tiempo igual al quetarde la recepción de la correspondiente trama CTS.

El destinatario devuelve un paquete CTS (Clear-to-Send) si estádispuesto para recibir datos.

Contiene la indicación de la cantidad de datos que el transmisororiginal desea transmitir.Cualquier estación diferente a la emisora de la trama RTS que lareciba, retrasa sus transmisiones durante un tiempo igual alnecesario para transmitir los datos indicados.

El terminal que había enviado la trama RTS envía los datos.Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 40/98


RTS/CTS II - Solución al terminal oculto

B CA

célula de A célula de C

CTS(n)

Dato(n)

CTS(n)X

RTS(n) RTS(n)

C retrasa la transmisión el

tiempo correspondiente a n

bytes de datos.

El terminal A ya no está oculto

para C.

X retrasa la transmisión

durante el tiempo previsto

para que el terminal que ha

enviado el RTS reciba el

CTS

El tiempo de espera del terminal X es mucho menor que el del terminal C

A transmite a B



RTS/CTS III - Solución al terminal expuesto

C ya no está expuesto a la transmisión de datos de B

B CRTS(n)

CTS(n)

RTS(n)

Dato(m)

RTS(m)

CTS(m)Dato(n)

.

Círetrasaílaítransmisiónítrasí

escucharíelíRTSídeíBíhastaíqueíBí

puedaírecibiríelíCTSídeíA.

Trasíesto,íCí

puedeícomenzarí

laítransmisióníaí

D.íParaíeso,íenvía

primeroíuníRTS.

B transmite a A

D

célula de B

A

célula de C



RTS/CTS IV - Detección de portadora virtualSe utiliza el temporizador NAV (Network Allocation Vector).

Sirve para la detección virtual de disponibilidad del medio.Permite controlar el tiempo que falta para que el canal quede libre yse emplea como mecanismo de reserva: se actualiza con el valor delcampo «duración» de cada trama emitida por alguna estación, salvosi el nuevo NAV es menor que el actual, en cuyo caso se ignora.Una estación nunca intentará transmitir mientras NAV > 0.

DIFS

SIFS

ACK

BackoffDATOSRTS

SIFS

CTS

SIFS

NAV (CTS)

C

D

A B DC

DIFS

DIFS

Ventana de contienda

Ventana de contienda

NAV (RTS)

Origen: A

Destino: B

Slottime

NAV para los equipos que

detectan el RTS

NAV para los equipos que no detectan el RTS pero sí el CTS



MAC VII - Fragmentación y reensamblado

En ocasiones los paquetes de nivel superior sondemasiado grandes para una transmisión encondiciones adversas.El transmisor puede fragmentar una trama paraenviarla en trozos más pequeños y así aumentarla fiabilidad.Cada fragmento se confirma individualmente.

DIFS

SIFS

ACK0

Backoff

Slot time

RTS

SIFS

CTS

Fragmento0

SIFS

Origen: A

Destino: B

SIFS

ACK1

Fragmento1

SIFS



Cálculo del NAV I - sin fragmentación

¿Cómo sería el cálculo del NAV?

Si no hay más fragmentos.Si hay más fragmentos.

¿NAV en el fragmento? ¿NAV en el ACK?



Cálculo del NAV II - con fragmentación



MAC VIII - Point Coordination Function I

El mecanismo de acceso DCF no asegura una correcta QoS.El estándar define como opcional el método de acceso PCF, válidopara servicios con requisitos de tiempo real. Sin embargo, su presenciaen productos comerciales es prácticamente nula.El canal inalámbrico se «divide» en períodos de contienda y períodoslibres de contienda:

Períodos libres de contienda (CFP: Contention Free Period): elacceso al canal lo controla una funcionalidad añadida al AP (PC:Point Coordinator). Las STA solamente pueden transmitir cuando selas interroga (polling), y una única trama cada vez.Períodos de contienda (CP: Contention Period): se utiliza DCF.

Se repite alternativamente un CFP y un CP.El inicio de un CFP lo marca el PC indicándolo en la trama de baliza.Para iniciar un CFP tras un CP, el PC debe esperar a que el medio estélibre durante un tiempo PIFS para transmitir la baliza. Por eso, eltiempo entre balizas no es siempre exactamente el mismo, aunque seplanifique su envío a intervalos regulares.



MAC IX - Point Coordination Function II

PC

STAB1

STAB2

STAB3

PIFS

DetectaBcanalBocupado

RetrasoBenBelBinicioBdelBsiguienteB

CFP

DetectaBcanalBocupado

PIFS

DataB+BCF-PollBaBST1

DataB+BCF-ACKB

aBPC

SIFS

SIFSDataB+BCF-ACKB+BCF-PollBaBST2

SIFS

NullaBPC

SIFS

Beacon

SIFS

DataB+BCF-ACKB

aBPC

SIFS

CF-PollBaBST3

CF-EndBeacon

PeríodoBdeContienda

NAV

NAV

NAV

PeriodoBlibreBdeBcontienda PeriodoBcontienda

IntervaloBdeBrepeticiónBdelBperíodoBlibreBdeBcontienda

SIFS

LiberadoBCF-End

LiberadoBCF-End

LiberadoBCF-End

La baliza (beacon) contiene información sobre la duraciónmáxima del CFP con la que las STA inicializan sus NAV.El envío de una trama CF-End por el PC libera los NAV delas STA.



MAC X - Sincronización y búsqueda de celda I

Modo infraestructura (BSS):El AP utiliza la baliza, enviada periódicamente cada TBTT(aproximadamente, dependiendo de la ocupación del medio),para que todas las STA se sincronicen con un reloj común. Encada baliza se indica el valor del TBTT para la siguiente.Cada TBTT, el AP sondea el medio. Si está libre durante untiempo PIFS antes del TBTT, transmite la baliza; si estáocupado, espera a que quede libre y tras un tiempo PIFS (sinbackoff), transmite la baliza.En la baliza existe un campo (Timestamp) de 64 bits que actúacomo reloj y utilizan las STA para sincronizarse: es un contadormódulo 264 que cuenta en incrementos de microsegundos.

AP canal ocupado

Beacon

TBTT_0

canal ocupado

TBTT_1

canal ocupado

PIFS

Beaconcanal

ocupado

TBTT_2

canal ocupado

PIFS

Beaconcanal

ocupado Beacon

TBTT_3

PIFS



MAC XI - Sincronización y búsqueda de celda II

Modo ad-hoc (IBSS):

En un IBSS, todas las STA pueden enviar balizas. La primeraSTA que crea el IBSS determina el tiempo entre balizas. CadaTBTT, si el canal está libre durante un tiempo PIFS, cada STAinicia un proceso de backoff entre [0, CWmin], y la que generael valor aleatorio más pequeño será la que transmitirá labaliza. El resto de estaciones, al detectarlo, cancelan susprocesos de backoff.La STA envía su reloj en la baliza. El resto de STA solamentemodifican sus relojes si están retrasados respecto al enviadoen la baliza. El efecto a largo plazo de este método es quetodas las STA de un IBSS se sincronizan con el reloj másrápido.



MAC XII - Sincronización y búsqueda de celda III

Antes de asociarse a una red, una STA tiene que buscarlamediante el proceso de scanning.Hay dos métodos de scanning:

Pasivo: La STA monitoriza durante un cierto tiempo cadacanal especificado entre los parámetros de búsqueda paradetectar las balizas enviadas por los AP (en BSS o ESS) uotras STA (en IBSS), y devuelve una lista con las redesencontradas y la información extraída de las balizas.Activo: La STA envía periódicamente tramas de sondeo(Probe Request) en los canales que desee monitorizar, a lasque responden las redes interrogadas (el AP en BSS y la STAque envío la última baliza en IBSS) con tramas ProbeResponse, que contienen básicamente la misma informaciónque las balizas. Así se acelera el proceso de asociación, algoespecialmente útil en los traspasos, aunque supone una cargade señalización adicional en el medio radioeléctrico.



MAC XIII: Ejemplos de scanning

Pasivo:

Cliente

Cliente

AP

Baliza

Baliza

Activo:

Cliente

AP 1

AP 2

Probe Request

(SSID=null)

Probe Request(SSID=null)Probe Response

ClienteProbe Request(SSID=AP1)

Probe Response

AP 1(SSID=AP1)

A cualquier AP (SSID=null) A un AP concreto



MAC XIV - Sincronización y búsqueda de celda IV

Parámetros de búsqueda:BSSType: Tipo de BSS (BSS, IBSS o ambos).BSSID: Dirección MAC de búsqueda individual, broadcast ocualquiera (wildcard BSSID).SSID: Uno concreto o cualquiera. Los puntos de acceso y lasestaciones que quieran conectarse a una determinada WLANtienen que usar el mismo SSID.ProbDelay: Retardo entre sondas (en µs).ChannelList: Lista de canales en los que buscar.MinChannelTime:(≥ProbDelay). Mínimo tiempo de búsquedaen cada canal (en unidades de tiempo TU=1024 µs).MaxChannelTime: Máximo tiempo de búsqueda (en TU).VendorSpecificInfo: Parámetros no estandarizados definidospor el vendedor.

Tras la búsqueda, y antes de asociarse, una STA se une a unared adoptando sus parámetros físicos e identificativos (SSID,BSSID, tasas de transmisión, temporización, seguridad, etc.).



MAC XV - Tramas de baliza

Anuncian la existencia de una red.Se transmiten a intervalos regulares, para que lasestaciones móviles puedan encontrar e identificar una red.Sirven para ajustar los parámetros de la conexión.Ejemplo de trama Probe Response:



MAC XVI - Autenticación

La autenticación afecta únicamente al nivel de enlace. Nose realiza autenticación extremo a extremo.Se definen dos métodos:

Abierta (Open System Authentication): Se admite a cualquierSTA.Basada en llave compartida (Shared Key Authentication): Sebasa en WEP.

APCliente

Autenticación

Algoritmo: 0 (abierto)

Autenticación

Algoritmo: 0 (abierto)

Status Code: 0 (OK)

Open System Authentication

Shared Key Authentication

APCliente

Autenticación

Algoritmo: 1 (llave secreta)

Autenticación


Status Code: 0 (OK)

Texto a cifrar (cifrado)

Autenticación


Status Code: 0 (OK)

Texto a cifrar (en claro)

Autenticación


Status Code: 0 (OK)



MAC XVII - Asociación

Una STA debe asociarse a un AP para poder enviar datos através de él. Es necesario también para que el sistema dedistribución sepa a través de qué AP debe enviar lospaquetes de datos para llegar a una determinada STA.Una STA solamente puede estar asociada con un AP,aunque éste puede tener asociadas múltiples STA.La STA debe estar autenticada antes de pedir la asociación.La asociación la inicia siempre la STA enviando un tramaAssociation Request al AP. Si es admitida, el AP respondecon una Association Response. En estos mensajesintercambian información relativa a sus respectivascapacidades y el AP informa a la STA de los parámetrosoperativos específicos en el BSS.

APCliente

Petición de Asociación

Respuesta Asociación

ID de asociación



MAC XVIII - Reasociación

Se usa cuando una STA pasa de estar asociada a un AP aestarlo a otro de el mismo ESS (itinerancia entre BSS).La reasociación la inicia siempre la STA enviando un tramaReassociation Request al AP. Si es admitida, el APresponde con una Reassociation Response.

AP2Cliente

AP1

Petición de Re-Asociación

MifantiguafAPfera...

Respuesta Re-Asociación

SoyftufnuevofAP

IDfdefasociación

Opcional

Tramasfguardadasfdel

antiguofAP

Envíameflasftramasfquef

tengasfguardadasfparafelf

clienteTramasf

guardadas

6

1

23

4 5

Confirmaciónfde

autenticación

IAPP: no estandarizado(recomendación)IEEE 802.11f



MAC XIX - Formatos de tramas I

Todas las tramas MAC tienen los siguientes componentesbásicos:

MAC Header. Contiene información de control de trama,duración, direcciones y control de secuencia. En el caso detramas de datos con QoS, contiene también información decontrol de QoS.Frame Body. De longitud variable, contiene informaciónespecífica del tipo y subtipo de trama. El tamaño máximoviene determinado por la longitud máxima de la MSDU (MACService Data Unit), que es de 2.304 octetos, más 8 octetos deoverhead debidos a la introducción de seguridad WEP. Por lotanto, el tamaño máximo es de 2.312 octetos con WEP y 2.304octetos sin WEP.Frame Check Sequence. Contiene un CRC de 32 bits.

No todos los campos que forman estos tres elementosaparecen en todas las tramas.



MAC XX - Formatos de tramas II

Formato general:

MACIHeader

SequenceIControl

AddressIg

FCSFrameIcontrol

FrameIbodyIpmaxIhTghIbytesP

Duration5IID

AddressIh

AddressIT

AddressIR

bytesBI hI hI GI GI GI hI GI hI vIó h9TghI RI

QoSIControl

CapaIMAC

CapaIPLCPI5IPMD

PSDUIpmáx9IteóricoIR9vúíIbytesP

ServiceLengthTraining Rate Parity Tail PSDUIpmáx9IR9vúíIbytesP Tail Pad

PreambleIpghIsímbolosP

SIGNALIpgIsímboloIOFDMP DATAIpnúmeroIvariableIdeIsímbolosIOFDMP

TramaIPLCP

pPPDUP

bitsBI RI gI ghI gI GI gGI variable GI variable

BPSKáIrI=Ig5h ModulaciónáIcodificaciónIyItasaIsegúnIloIindicadoIenIelIcampoISIGNAL

Reserved

MSDUIpmáx9Ih9TROIbytesP



MAC XXI - Formatos de tramas III

Control de la trama (Frame control):

RetryTowDSProtocolwversion

Type FromwDS

MorewFrag

ProtectedwFrame

Order

bits: 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

Subtype PwrwMgt

MorewData

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15

Protocol version (2 bits): Especifica la versión delestándar. Hasta el momento sólo existe una versión, por loque el valor de los bits de este campo siempre es 0. Elresto de valores están reservados. Si en algún momento seestandariza una nueva versión que contengaincompatibilidades con las versiones anteriores, cuando sereciba una trama correspondiente a una versión superior ala que soporta el receptor, éste la descartará.



MAC XXII - Formatos de tramas IV

Type (2 bits): Especifica el tipo de trama. Hay tres posibles:gestión (00), control (01) y datos (10). Las de datostransportan la información de usuario, las de controltransportan la información necesaria para el intercambio delas tramas de datos en una conexión y las de gestión seusan para las funciones de conectividad, autenticación, etc.Subtype (4 bits): Junto al tipo identifica la función de latrama (servicio MAC). Cada posición sirve para indicar unamodificación específica de la trama de datos básica(subtipo 0). Así, el b4 toma el valor 1 en los subtipos queincluyen CF-ACK; el b5 vale 1 en los subtipos que incluyenCF-Poll; el b6 vale 1 en los subtipos que no contienen elcampo Frame Body; y el b7 toma el valor 1 en los subtiposcon QoS, que contienen campos de control de QoS en suscabeceras MAC.



MAC XXIII - Formatos de tramas V

Type Valueb3 b2

Type Description Subtype Valueb7 b6 b5 b4

Subtype Description

00 Management 0000 AssociationlRequest00 Management 0001 AssociationlResponse00 Management 0010 AssociationlRequest00 Management 0011 ReassociationlResponse00 Management 0100 ProbelRequest00 Management 0101 ProbelResponse00 Management 0110-0111 Reserved00 Management 1000 Beacon00 Management 1001 ATIM00 Management 1010 Disassociation00 Management 1011 Authentication00 Management 1100 Deauthentication00 Management 1101-1111 Reserved01 Control 0000-0001 Reserved01 Control 1010 PS-Poll01 Control 1011 RTS01 Control 1100 CTS01 Control 1101 ACK01 Control 1110 CFlEnd01 Control 1111 CFlEndl+lCF-ACK10 Data 0000 Data10 Data 0001 Datal+lCF-Ack10 Data 0010 Datal+lCF-Poll10 Data 0011 Datal+lCF-ACKl+lCF-Poll10 Data 0100 NulllFunctionl(noldata)10 Data 0101 CF-Ackl(noldata)10 Data 0110 CF-Polll(noldata)10 Data 0111 CF-Ackl+lCF-Polll(noldata)10 Data 1000-1111 Reserved10 Data 0000-1111 Reserved

Reassociation Request



MAC XXIV - Formatos de tramas VI

To DS (1 bit): Determina si la trama tiene como destino elsistema de distribución (DS: Distribution System).From DS (1 bit): Determina si la trama tiene como origen elsistema de distribución.

To DS = 0 To DS = 1

From DS = 0

From DS = 1

MANET Transmitidos por una estacióninalámbrica en infraestructura

Recibidos por una estacióninalámbrica en infraestructura

Tramas en un puente inalámbrico

More Fragments (1 bit): Toma el valor 1 en todas lastramas de datos o de gestión en las que existe otrofragmento para enviar de la MSDU o de la MMPDU (MACManagement Protocol Data Unit) actual. En todos losdemás casos toma el valor 0.



MAC XXV - Formatos de tramas VII

Retry (1 bit): Indica si la trama actual es una retransmisiónde una anterior. Permite descartar las duplicadas.Power Management (1 bit): Indica si la estación está enmodo de ahorro de energía (1: sí; 0: no). En las tramas delos AP siempre vale 0.More Data (1 bit): Cuando vale 1 se informa a la estaciónreceptora en modo de ahorro de energía (PS) de que haydatos destinados a ella en cola en el AP.Protected Frame (1 bit): Vale 1 si se ha protegido elcontenido del Frame Body (sólo en tramas de datos y entramas de gestión del subtipo Autentication).Order (1 bit): Vale 1 en las tramas de datos que no seanQoS y que contenga una MSDU o un fragmento de éstaque esté siendo transmitido usando la clase de servicioStrictlyOrdered. En el resto de tramas vale 0.



MAC XXVI - Formatos de tramas VIII

Duration / ID: En DCF sirve para determinar el NAV(número de milisegundos que se espera ocupar el canalcon la transmisión actual). En PCF tiene otros usos.Address [1-4] (48 bits):

Receiver address (RA) (1): Estación inalámbrica que debeprocesar el mensaje. Si el destino final es también unaestación inalámbrica RA=DA. Si no, es el interfaz del AP.Transmitter address (TA) (2): Interfaz que transmite la tramaen el medio inalámbrico.Destination address (DA) (3): Destino final. En modo Ad-hoces el BSSID.Source address (SA) (4): Identifica la fuente de latransmisión. Se emplea cuando hay puentes.

Sequence Control (16 bits): Consta de dos subcampos, elNúmero de Secuencia (12 bits) y el Número de Fragmento(4 bits). No existe en las tramas de control.



MAC XXVII - Formatos de tramas IX

QoS Control (16 bits): Identifica la categoría de tráfico a laque pertenece la trama y otra información relativa a la QoSde la trama que varía dependiendo del tipo y subtipo de lamisma. Se encuentra presente en todas las tramas en lasque el subcampo QoS del campo Subtype vale 1.Frame Body (número variable de bits): Contiene lainformación específica de los diferentes tipos y subtipos detrama. La longitud mínima es 0 octetos y la máxima vienedefinida por la máxima longitud de (MSDU + ICV + IV),donde el Integrity Check Value (ICV) y el Inicialitation Vector(IV) son campos relacionados con la seguridad WEP.FCS (32 bits): Contiene un CRC de 32 bits que se calculasobre todos los campos de la cabecera MAC y del campoFrame Body.



MAC XXVIII - Direccionamiento I

Cada campo de direccionamiento contiene una direcciónde 48 bits que puede ser de dos tipos:

Individual. Dirección asignada a una STA concreta de la red.De grupo. Dirección con varios destinos que pueden usar unao más STA de la red. Hay dos clases:

Multicast. Hace referencia a un grupo de STA.Broadcast. Hace referencia a todas las STA de la red.

En IEEE 802.11 se manejan las siguientes direcciones:BSSID. Identifica a cada BSS:

Modo infraestructura. El BSSID es la dirección MAC del AP.Modo ad-hoc (IBSS). La STA que inicia el IBSS genera unadirección aleatoria que se utiliza como identificador del IBSS.

DA (Destination Address): Dirección MAC individual o degrupo que identifica a los destinatarios finales de la MSDU (ofragmento) contenida en el campo Frame Body.



MAC XXIX - Direccionamiento II

Direcciones en IEEE 802.11 (cont.):SA (Source Address): Dirección MAC individual que identificaa la entidad desde la que se inició la transferencia de la MSDU(o fragmento) contenida en el campo Frame Body.RA (Receiving STA Address): Dirección MAC individual o degrupo que identifica a los destinatarios inmediatamentesiguientes, en el medio inalámbrico, de la MSDU (o fragmento)contenida en el campo Frame Body.TA (Transmitting STA Address): Dirección MAC individual queidentifica a la STA que ha transmitido, en el medio inalámbrico,la MSDU (o fragmento) contenida en el campo Frame Body.

Address 1 siempre corresponde a la dirección MAC delreceptor (o receptores en el caso de multicast). Address 2corresponde a la dirección del transmisor. Address 4 sóloaparece en WDS (Wireless Distribution System), pero elestándar no especifica cómo debe hacerse.



MAC XXX - Direccionamiento III

SADATARA11WirelessóDS

-DATA=SARAó=óBSSID01ToótheóAP

-SATA=BSSIDRAó=óDA10FromótheóAP

-BSSIDTA=SARAó=óDA00IBSS

Addressó4Addressó3Addressó2Addressó1FromóDSToóDS

Función

DS

Cliente

AP

SA

RATAó(BSSID)

Servidor

AP

APCliente

WirelessóDistributionóSystem

Servidor

RAó(BSSID)TA

DA

SA

TA

RA

DADA

SA

TA

RA



MAC XXXI - Formatos de tramas X

Dependiendo del tipo de trama, algunos de los campos dela trama general no aparecen:

Datos:

Sequence:Control

Address:1

FCSFrame:control

Frame:body:(max:2312:bytes)

Duration/:ID

Address:2

Address:3

Address:4

bytes:: 2: 2: 6: 6: 6: 2: 6: 2: 0:- 2.312: 4:

QoS:Control

ACK:

Address61(Rx6Addr.)

FCSFramecontrol

Duration/ID

bytes:6 26 26 66 4

RTS:

FCSFramecontrol

Duration/ID

bytes:. 2. 2. 6. 6. 4

Address.1(Rx.Addr.)

Address.2(Tx.Addr.)

CTS:

Address61(Rx6Addr.)

FCSFramecontrol

Duration/ID

bytes:6 26 26 66 4



Nivel físico I

Especificación original (1997). Tres posibilidades:Infrarrojos.Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FH) (2,4 GHz).Espectro ensanchado por secuencia directa (DS) (2,4 GHz).

Ampliación IEEE 802.11b (1999).Espectro ensanchado por secuencia directa (2,4 GHz).Velocidad de 1 a 11 Mbps.

Ampliación IEEE 802.11a (1999 -> 2002).OFDM (5 GHz). Velocidad de 6 a 54 Mbps.

Ampliación IEEE 802.11g (2003).Banda de 2,4 GHz. Velocidad de 6 a 54 Mbps.Diferentes técnicas: 802.11b + CCK + PBCC + OFDM.

Ampliación IEEE 802.11n (2009).Bandas de 2,4 y 5 GHz. Velocidad de 15 a 150 Mbps.Utilización de técnicas MIMO.



Nivel físico II

La velocidad de transmisión depende de la distancia.Las estaciones más lejanas tienen peor SNR.

Se emplean varios tipos de modulación.802.11abg: 1Mbps hasta 54Mbps.

Modulaciones de alta eficiencia.Más bits en un intervalo de tiempo.

BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM.

Límite de Shannon



Nivel físico III

Rendimientos máximos esperados de redes 802.11 (Mb/s).

Distancia/(m) 802.11b 802.11a 802.11g/puro

802.11g/mixto/con/CTS-to-self

802.11g/mixto/con/RTS/CTS

3 5,8 24,7 24,7 14,7 11,8

15 5,8 19,8 24,7 14,7 11,8

30 5,8 12,4 19,8 12,7 10,6

45 5,8 4,9 12,4 9,1 8,045 5,8 4,9 12,4 9,1 8,0

60 3,7 0 4,9 4,2 4,1

75 1 6 0 1 6 1 6 1 675 1,6 0 1,6 1,6 1,6

90 0,9 0 0,9 0,9 0,9



Nivel físico IV - Canales I

IEEE 802.11g: Canales de 22 MHz con solapamiento. Hay3 canales no solapados (1, 6 y 11).

Canal Frecuencia (MHz) Norteamérica Europa Japón

1 2412 X X -

2 2417 X X -

3 2422 X X -

4 2427 X X -

5 2432 X X -

6 2437 X X -

7 2442 X X -

8 2447 X X -

9 2452 X X -

10 2457 X X -

11 2462 X X -

12 2467 - X -

13 2472 - X -

14 2484 - - X

122.467

12.412

22 MHz

ChannelCenter Frequency(GHz)

22.417

32.422

42.427

52.432

62.437

72.442

82.447

92.452

102.457

112.462

132.472

142.484



Nivel físico V - Canales II

Los equipos 802.11b y 802.11g deben cumplir la máscarade transmisión representada en la siguiente figura.

El estándar no especifica ningún tipo de filtro transmisorespecífico, de forma que el ajuste de la potencia transmitidaa la máscara puede realizarse a criterio del fabricante.La potencia de emisión la regula la administracióncompetente. En España se usa la norma UN-85.

Región ITU-R Rango de frecuencias PIRE máxima

Europa 2,40009- 2,48359GHz 1009mW

EE.UU.9y9Canadá 2,40009- 2,47359GHz 10009mW

Japón 2,47109- 2,49709GHz 109mW/MHz



Nivel físico VI - Canales III

IEEE 802.11a: En Europa se permiten 19 canales de unos20 MHz, separados entre sí 20 MHz. El solapamiento esmucho menor que en la banda de 2,4 GHz.

...

5180 5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320 5500 5520 5540 5560 5580 5600 5620 5640 5660 5680 5700 MHz

En España se aplica la norma UN-128:Banda 5150 – 5350 MHz: PIRE máxima = 200 mW.Banda 5470 - 5725 MHz: PIRE máxima = 1 W con control depotencia o 500 mW sin control.

Esta banda presenta la ventaja de que la usan menosequipos en el mercado, como los microondas o Bluetooth.Además, ofrece 8 canales no solapados.



Nivel físico VII - Modulaciones I

IEEE 802.11b:Para 1 Mbps se emplea DBPSK.Para 2 Mbps se emplea DQPSK.Para 5,5 y 11 Mbps se emplea una CCK (ComplementaryCode Keying) de 8 chips. Alternativamente, se puede usarPBCC (Packet Binary Convolutional Coding).

IEEE 802.11a:Utiliza OFDM.Permite 8 diferentes velocidades binarias de trabajo: 6, 9, 12,18, 24, 36, 48, 54 Mbps, utilizando diversas modulaciones paralas portadoras (BPSK, QPSK,16QAM y 64QAM) y codificaciónconvolucional con diferentes tasas de codificación:

6 Mbps (BPSK, r = 1/2) 24 Mbps (16QAM, r = 1/2)9 Mbps (BPSK, r = 3/4) 36 Mbps (16QAM, r = 3/4)

12 Mbps (QPSK, r = 1/2) 48 Mbps (64QAM, r = 2/3)18 Mbps (QPSK, r = 3/4) 54 Mbps (64QAM, r = 3/4)



Nivel físico VIII - Modulaciones II

IEEE 802.11g:

DSSS: 1 y 2 Mbps.CCK: 5,5 y 11 Mbps.OFDM: 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48 y 54 Mbps.PBCC: 5,5; 11; 22 y 33 Mbps.

IEEE 802.11n:

Se utiliza DSSS y OFDM y 32 formatos de transmisiónposibles (MCS: Modulation and Coding Scheme):

Varias combinaciones de BPSK, QPSK, 16QAM y 64QAM.Tasas de codificación: 1/2, 2/3, 3/4 y 5/6.Anchos de banda de los canales: 20 y 40 MHz.Intervalos de guarda: 400 y 800 ns.De 1 a 4 flujos de datos multiplexados en espacio (SDM: SpatialDivision Multiplexing) mediante técnicas MIMO.

Se pueden alcanzar velocidades de hasta 600 Mbps.



Nivel físico IX - Protocolos

PLCP (Physical Layer Convergence Procedure).Adapta la capa específica del medio a la subcapa MAC.Añade su propia cabecera:

FHSS.DSSS en 802.11 (1 y 2 Mb/s).DSSS en 802.11a (de 6 a 54 Mb/s).DSSS en 802.11b (de 1 a 11 Mb/s).DSSS en 802.11g (de 1 a 54 Mb/s).

PDM (Physical Medium Dependent).Se encarga de la transmisión por el medio.Existen diferentes tipos.



Nivel físico X - FHSS I

Frequency Hopping Spread Spectrum.Salta de frecuencia utilizando patrones aleatorios.El receptor debe conocer la secuencia de saltos y el tiempode permanencia en cada subcanal.En cada subcanal se transmite una porción de los datos.Varias estaciones pueden compartir el mismo espectro defrecuencias, empleando patrones de saltos distintos.

t1

f1

f2

f3

f4

f5

f6

f7

t2 t3 t4 t5 t6

Tiempo

Frecuencia



Nivel físico XI - FHSS II

Del1valor1del1SIFS1se1derivan1los1valo8res1de1los1espacios1intertrama16DIFSh

PIFS1y1EIFSq

Los1símbolos1del1preámbulo1sontransmitidos1a1f1MHz01Como1un1

símbolo1tarda1f1µs1en1ser1transmitidohBó1bits1requieren1Bó1µs

Ng1bits1del1PLCP1header

54g0ff1recomienda1un1máximo1deT441símbolos16T441bytes1en1f1Mbpsh5441bytes1en1g1Mbpsq1para1mantener

una1performance a1lo1largo1de1diferen8tes1tipos1de1medios

Notas

Slot1time

SIFS1time

Tamaño1de1la1ventana1de1contienda

Duración1del1preámbulo

Duración1del1PLCP1header

Máxima1trama1MAC

Sensibilidad1mínima

Parámetro

ñ41µs

g51µs

fñ181f4gN1slots

Bó1µs

Ng1µs

T4Bñ1bytes

8541dBm

Valor



Nivel físico XII - FHSS III

Sync: 80 bits 0-1 alternantes. Indica el comienzo de unatrama y permite que el receptor mida la frecuencia de laseñal entrante y realice las correcciones necesarias.Start Frame Delimiter (SFD): Final del preámbulo yprincipio de la trama. Tiene el valor: 0000110010111101.PSDU Length Word (PLW): Informa al receptor de lalongitud de la trama MAC que sigue a la cabecera PLCP.PLCP Signaling (PSF): El bit 0 está reservado (0). Los bits1-3 indican la velocidad a la que se transmite la carga MAC.Aunque el estándar permite velocidades en incrementos de500 Kbps (de 1 a 4,5 Mbps), el esquema de modulaciónsólo se ha definido para 1 y 2 Mbps.Header Error Check (HEC): Protege la cabecera PLCPfrente a errores. No protege al resto de la trama.



Nivel físico XIII - DSSS I

Direct Sequence Spread Spectrum.Usado en 802.11b.Velocidades de datos hasta 11Mbps.Basado en la técnica de espectro ensanchado.Código Barker de 11 bits.

Señal transmitidaSeñal original Señal recorreladaAmplitud

Frecuencia

Amplitud

Frecuencia

Amplitud

Frecuencia

Expansor Correlación

Código Barker11 bits



Nivel físico XIV - DSSS II

DelMvalorMdelMSIFSMseMderivanMlosMvaloresMdeMlosMespaciosMintertramaM

8DIFSóMPIFSMyMEIFSN

LosMsímbolosMdelMpreámbuloMsontransmitidosMaM2MMHzAMComoMunM

símboloMtardaM2MµsMenMserMtransmitidoó2--MbitsMrequierenM2--Mµs

ElMencabezadoMPLCPMesMdeM-VMbits

Notas

SlotMtime

SIFSMtime

TamañoMdeMlaMventanaMdeMcontienda

DuraciónMdelMpreámbulo

DuraciónMdelMencabezadoMPLCP

MáximaMtramaMMAC

SensibilidadMmínima

RechazoMdeMcanalMadyacente

Parámetro

0hMµs

2hMµs

32MxM2h03Mslots

2--Mµs

-VMµs

-MxMV292Mbytes

xVhMdBm

39MdB

Valor



Nivel físico XV - DSSS III

Sync: Campo de sincronización. 128 bits de valor 1.Start Frame Delimiter (SFD): Principio de la trama. Tieneel valor: 0000010111001111.Signal : Indicador de la velocidad de transmisión ymodulación. Vale 00001010 para funcionamiento a 1 Mbpsó 00010100 para funcionamiento a 2 Mbps.Service: 3 bits con información adicional sobre lamodulación (CCK o PBCC), reloj interno y complementodel campo Length. Los 5 bits restantes (0) estánreservados para usos futuros.Length: Longitud de la MPDU (MAC Protocol Data Unit).CRC: Usado para detección de errores en la cabecera dela trama.



Nivel físico XVI - HR-DSSS

Para transmitir a alta velocidad (HR; High Rate), como en802.11g, el preámbulo resulta demasiado largo.Se ha definido un formato corto (opcional) que mejora elrendimiento enormemente.La longitud de Sync+SFD se reduce a la mitad (56+16 bits).El resto de la cabecera se transmite al doble de velocidad.

Variable

1LMbpsLDBPSK 2LMbpsLDBPSK

Variable

72Lbits 48Lbits

144Lbits 48Lbits

1LMbpsLDBPSK

Sync56 scrambled 0s

SFD16 bits

CRC16 bits

PSDUSignal8 bits

Service8 bits

Lenght16 bits

2LMbpsLDQPSK5H5LMbpsLCCK

11LMbpsLCCK/PBCC

Sync128 scrambled 1s

SFD16 bits

CRC16 bits

PSDUSignal8 bits

Service8 bits

Lenght16 bits

1LMbpsLDBPSK2LMbpsLDQPSK

5H5/11LMbpsLCCK5H5/11LMbpsLPBCC

Short

Long

PLCPLframe PSDULmMACLframe(HeaderPreamble



Nivel físico XVII - OFDM I

Ortogonal Frecuency Division Multiplexing.Se utiliza en 802.11a (5GHz).Divide un canal en muchos subcanales y codifica unaporción de señal en cada subcanal.

Utiliza 52 frecuencias, 48 para datos y 4 para sincronización(subportadoras -21, -7, 7 y 21).

FDM

OFDM

52 subportadoras: -26 hasta +26separadas 0,3125 MHz



Nivel físico XVIII - OFDM II

A

f

OFDM es bastante robusta ante una interferencia entresímbolos producida por multi-trayectosPresenta el problema de interferencia entre portadoras,debido a pequeños desplazamientos en las frecuencias delas subportadoras.Para solucionarlo se agrega un tiempo de guarda (tG), demodo que demoras menores a tG no ocasionan dichainterferencia.



Nivel físico XIX - OFDM III

Constelaciones en subportadoras.a Q

0 1

c Q

0010 0110

0011 0111

1110 1010

1111 1011

0001 0101

0000 0100

1101 1001

1100 1000

b Q

01 11

00 10

cQ

000 100 001 100 011 100 010 100

000 010 001 010 011 010 010 010 110 010 111 010 101 010 100 010

110 011 111 011 101 011 100 011

110 001 111 001 101 001 100 001

110 000 111 000 101 000 100 000

000 011 001 011 011 011 010 011

000 001 001 001 011 001 010 001

000 000 001 000 011 000 010 000

110 100 111 100 101 100 100 100

110 101 111 101 101 101 100 101

110 111 111 111 101 111 100 110

110 110 111 110 101 110 100 110

000 101 001 101 011 101 010 101

000 111 001 111 011 111 010 111

000 110 001 110 011 110 010 110

BPSK-un bit QPSK-dos bits

16-QAM-cuatro bits 64-QAM-seis bits



Nivel físico XX - OFDM IV

Utiliza un nuevo formato de trama física.

Length12cbits

R1cbits

Tail6cbits

BPSKr=1/2

SIGNAL1csímbolocOFDM

PreámbuloMPLCP12csímbolos

DatosnúmerocvariablecdecsímboloscOFDM

Codificadocenfuncióncdeclactasa

Rate4cbits

Parity1cbit

Service16cbits

Tail6cbits

PadPcbits

TramaMMACNcbits

CabeceracPLCP

Preámbulo = 12 símbolos para sincronización: 10 deentrenamiento cortos (12 subportadoras) que duran 0,8 µscada uno, y 2 largos (52 subportadoras) que duran un totalde 8 µs. La duración total del preámbulo es 16 µs. Lossímbolos OFDM del resto de campos duran 4 µs.



Nivel físico XXI - OFDM V - Modulación y codificación

OFDM utiliza diferentes esquemas que le permitenproporcionar tasas de transmisión entre 6 Mbps y 54 Mbps.En todos los casos, la velocidad es de 250 Kbaudios encada una de las 48 subportadoras de datos en las que seextiende un símbolo OFDM.

VelocidadKdeKtransmisiónKbitsKdeKdatosK

4MbpsQ

ModulaciónKyKtasasKdeK

codificaciónK4rQ

BitsKcodificadosKporK

subportadora

BitsKcodificadosKporKsímboloKOFDM

BitsKdeKdatosKporKsímboloK

OFDM

SensibilidadKmínimaK4dBmQ

6 BPSKAKrK=1/2 1 48 24 -82

9 BPSKAKrK=3/4 1 48 36 -81

12 QPSKAKrK=1/2 2 96 48 -79

18 QPSKAKrK=3/4 2 96 72 -77

24 165QAMAKr=1/2 4 192 96 -74

36 165QAMAKr=3/4 4 192 144 -70

48 645QAMAKr=2/3 6 288 192 -66

54 645QAMAKr=3/4 6 288 216 -65



IEEE 802.11n I

Interoperabilidad con 802.11a/g.Aumenta throughput.

Velocidad de transmisión en la capa física.Cambios en capa física.

Aumenta velocidad útil de protocolos de capas superiores.Aplicaciones de usuario.Velocidad útil > 100Mbps.Reducir sobrecarga de procedimientos MAC.

Utiliza múltiples antenas MIMO.1x1, 2x2, 3x3, 4x4.

Canales de 20 MHz y 40 MHz.Bandas de frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz.Concatenación de tramas en capa MAC.

Sobrecarga repartida entre varias tramas.Incremento de la velocidad útil.



IEEE 802.11n II

Admite canales de 20MHz y de 40MHz.

Los de 40MHz sólo se recomiendan para la banda de 5 GHz.Constan de un canal primario y un canal secundario.

Canal de extensión.Debe ser un canal adyacente.Por encima o por debajo del canal primario.

Los canales de 40 MHz se especifican mediante:N0canalsecundario = N0canalprimario + Secundario ∗ 4.

Donde Secundario puede valer +1 ó -1.P.ej. si el canal primario es el 36 y Secundario vale +1, el canalsecundario será el 40.



IEEE 802.11n III - Agregación de paquetes

Mecanismo llamado A-MPDU.Agregación de paquetes en 802.11n.

Asentimiento de bloque (BACK).

Reduce la sobrecarga de las cabeceras.



IEEE 802.11n IV - Multiplexación espacial MIMO



IEEE 802.11n V - Selección de throughput



IEEE 802.11s

Procedimientos para redes WiFi malladas.

La información puede dar más de un salto através de enlaces radio.Reduce el coste de despliegue WiFi en zonasde cobertura grandes.



Madurez de la tecnología y del mercado

Tecnología WiFi madura.802.11a/b/g: Estándares años 1999-2003.802.11n: Estándar año 2009.Seguridad 802.11i (WPA, WPA2): 2004.

Amplia disponibilidad de equipos y fabricantes.Terminales, puntos de acceso.

Programas de certificación de la Alianza Wi-Fi.http://www.wi-fi.orgPrograma de pruebas en equipos WiFi.Más de 6000 productos certificados.Wi-Fi Certified n.

Más de 700 productos certificados con interoperabilidad 802.11n.



Redes y servicios móviles -...

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