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El siguiente post tiene el propósito de describir los estándares qué han sido, son y serán utilizados en en el medio inalámbrico. 

Original 802.11

El estándar original 802.11 fue publicado en Junio de 1997. Este especifica tecnologías en la capa física y en la sub-capa Data Link Layer de MAC. El grupo de trabajo que se encargo de la capa física definió tres especificaciones.

  1. Infrarojo. Para las implementaciones de redes inalámbricas esta tecnología es obsoleta.
  2. Frecuency Hoppping Spread Spectrum. Una señal de RF se considera Spread Spectrum cuando el ancho de banda de la señal es mas amplia de lo que se requiere para transportar dicha señal. Esta tecnología fue patentada durante la segunda guerra mundial. Clause 14.
  3. Direct Sequence Spread Spectrum. DSSS es otro tipo de tecnología Spread Spectrum el cual utiliza canales fijos, es decir, a diferencia de FHSS, esté no realiza saltos de canales para transmitir información. Cluase 16.

El estándar 802.11 define que FHSS y DSSS puede transmitir en la bada de 2.4 GHz.

DSSS puede transmitir en el rango de 2.4 a 2.4835.

FHSS puede transmitir en el rango de 2.402 a 2.480 en donde solo se permite transmitir 1 MHz de información.

Prácticamente estos tipos de dispositivos se ven con menos frecuencia en el ambiente inalámbrico sine embargo es importante saber que estas dos tecnologías no pueden comunicarse entre si y la coexistencia puede ser un dolor de cabeza.

Sin importar el tipo el tipo de tecnología que se utilice el máximo data rate definido por el estándar original 802.11 son 1Mbps y 2 Mbps. El data rate es el numero de bits por segundo que pueden ser transportados por la capa física durante una transmisión de un single frame.

IEEE 802.11-2007 Ratified Amendments

Años posteriores a la publicación del estándar 802.11 nuevos grupos de trabajo surgieron y se continuo con el trabajo del estándar en el año 2007 8 nuevos protocolos fueron ratificados.

802.11b.

El medio físico definido para este protocolo fue High Rate DSSS (HR-DSS) y el espacio del espectro que puede ser utilizado por este protocolo se encuentra en el rango de 2.4 GHz a 2.4835. El objetivo principal del grupo de trabajo (TGb) fue la de obtener un mayor data rate, para lograrlo utilizo un método de modulación/codificación llamado Complementary Code Keying (CCK) y un método de modulación que permite modificar la phase de una señal. El resultado final fue alcanzar velocidad de 1Mbps, 2Mbps, 5.5Mbps y 11Mbps.

Los dispositivos 802.b son compatibles con dispositivos DSSS 1Mbps y 2 Mbps, los rates 5.5Mbps y 11Mbps son conocidos cómo HR-DSSS. Clause 17

802.11a-1999.

Durante el mismo año que el protocolo b fue aprobado se trabajo a la par con el estándar 802.11a, el grupo de trabajo (TGa) definio la utilización de la tecnología Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Inicialmente el estándar 802.11a definía 3 bandas en el espectro de los 5 GHz las cuales tienen el nombre de Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) en las cuales un total de 12 canales encontraban disponibles para su utilización. Clause 18.

Una de las principales ventajas al inicio del protocolo 802.11a era qué permitía la utilización una mayor cantidad de canales en un espectro menos concurrido que el de la banda de 2.4 GHz, al paso del tiempo los 12 canales no fueron suficientes y comenzó la sobre utilización de estos canales. Los regulatory bodies cómo la FCC en conjunto con la IEEE y el estándar 802.11h permitieron la utilización de canales adicionales.

Como se define en el estándar los dispositivos a requieren soportar los rates 6, 12, 24 y 54. OFDM permite soportar los siguientes rates.

6, 9, 12, 18, 24, 36 y 54.

Es importante mencionar que los dispositivos 802.11a no pueden comunicarse con dispositivos 802.11b y 802.11g por dos razones:

  • La primera es que la tecnología de RF que utiliza 802.11a no es compatible con los dispositivos 802.11b.
  • La segunda es que los dispositivos 802.11a opera en la banda de 5GHz, mientras que los equipos 802.11g solo pueden transmitir en la banda de 2.4GHz.

802.11g-2003.

Los nuevos radios 802.11g utilizan una nueva tecnología llamada Extended Rate Physical (ERP) sin embargo, solo puede transmitir en la banda de 2.4GHz en un rango de 2.4GHz a 2.4835GHz. El objetivo principal del grupo de trabajo (TGg) era alcanzar un data rate mayor al proporciona por el estándar b.

Dos tecnologías son utilizadas de forma mandatoria en la capa física:

ERP-OFDM

ERP-DSSS/CCK

Para alcanzar data rates mas altos 802.11g utiliza ERP-OFDM con los cuales alcanza los valores de 6, 9, 12, 18, 24, 36 y 54.

Mientras que para proporcionar compatibilidad con dispositivos 802.11b emplea ERP-DSSS/CCK. Con este método es capaz de utilizar data rates 1, 2, 5.5 y 11.

802.11g también utiliza dos métodos de capa física opcionales los cuales son ERP-PBCC y DSSS-OFDM, estos no se encuentran dentro del scoope del curso CWNA.

Cómo se ha mencionado con anterioridad las diferentes tecnologías de tipo Spread Spectrum no pueden comunicarse entre sí, pero la coexistencia entre ellas si es posible.

802.11d-2001.

El estándar 802.11d agrega requerimientos y definiciones necesarias para permitir que equipos inalámbricos puedan operar en países en donde originalmente no fue enfocado el estándar 802.11.

Ls información de “Country Code” es entregada por medio de dos frames que se utilizan en la comunicación inalámbrica; Beacons y Probe Response. 802.11d también se encarga de compartir información acerca de los patrones de salto de la tecnología FHSS.

802.11h-2003.

Define mecanismos para la Selección de Frecuencia Dinámica (DFS) y el Control de Potencia de Transmisión (TPC). Originalmente se propuso para satisfacer los requisitos reglamentarios para el funcionamiento en la banda de 5 GHz en Europa y detectar y evitar la interferencia de los sistemas de satélites y de radares en la banda de 5 GHz. Estos mismos requisitos regulatorios también han sido adoptados por la FCC en los Estados Unidos.

El propósito principal de DFS y TPC es proporcionar servicios en los que las transmisiones de radio 802.11 de 5 GHz no causen interferencia con transmisiones satelitales y de radar. Adicionalmente este estándar permitió la apertura de una nueva sub-banda llamada U-NII Extended la cual permitió la utilización de 11 canales adicionales.

TPC se usa para regular los niveles de potencia utilizados por las tarjetas de radio OFDM en las bandas de frecuencia de 5 GHz.

802.11i-2004.

Los tres componentes de seguridad de cualquier red inalámbrica son:

  • Privacidad de los datos (cifrado).
  • Integridad de los datos (protección para evitar la modificación).
  • Autenticación (verificación de identidad).

Durante 7 años el único método disponible para llevar acabo el cifrado de datos fue un método estático llamado Wired Equivalent Privacy (WEP-64Bits).

El estándar 802.11 original definía dos métodos de autenticación, el primero Open System Authentication el cual permitía el acceso a la red sin importar la identidad del usuario. El otro método era Shared Key Authentication. Con la llegada de 802.11i nuevos proceso de cifrado se encuentran disponibles una característica de 802.11i es algo llamado Robust Security Network (RSN) el cual tenia cómo objetivo global mejorar la seguridad en la red inalámbrica en los siguientes aspectos:

  1. Privacidad de datos: Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP) el cual utiliza el algoritmo Advanced Encryption Standard (AES) Este método de cifrado es conocido cómo CCMP/AES.

    Otro método de cifrado también puede ser utilizado, el cual se conoce como Temporal Key Integrity Protocol (TKIP)

  2. Integridad de los Datos: Todos los métodos de cifrado definidos por la IEEE emplean mecanismos de integridad de datos para garantizar que los datos cifrados no hayan sido modificados. WEP utiliza un método de integridad de datos denominado Valor de Comprobación de Inicialización (ICV). TKIP utiliza un método conocido como Comprobación de Integridad de Mensaje (MIC). CCMP utiliza un MIC mucho más fuerte. Finalmente, en el trailer de todas las tramas 802.11 hay una CRC de 32 bits conocido como Secuencia de Verificación de Trama (FCS) que protege todo el cuerpo de la trama 802.11.
  3. Autenticación: 802.11i define dos métodos de autenticación utilizando un marco de autorización IEEE 802.1X o claves previamente compartidas (Pre Shared Key). Una solución 802.1X requiere el uso de un Protocolo de Autenticación Extensible (EAP), aunque 802.11i no especifica qué método EAP usar.

Wi-Fi Alliance también tiene una certificación conocida como Wi-Fi Protected Access 2 (WPA2), que es un espejo de la enmienda de seguridad IEEE 802.11i. La versión 1 de WPA se consideró una version previa de 802.11i, mientras que la versión 2 de WPA es totalmente compatible con 802.11i.

802.11j-2004.

El objetivo principal establecido por el Grupo de Tarea IEEE j (TGj) era obtener mejoras en la subcapa 802.11 MAC y en el estándar 802.11a PHY para operar adicionalmente en bandas japonesas de 4.9 GHz y 5 GHz. Las tarjetas de radio 802.11a usan tecnología OFDM y son necesarias para admitir el espacio de canales de 20 MHz.

Cuando se usa un espaciado de canal de 20 MHz, es posibles obtener velocidades de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54. Japón también tiene la opción de usar espaciado de canal OFDM de 10 MHz, lo que da como resultado velocidades de datos de ancho de banda disponibles de 3, 4.5, 6, 9, 12, 18, 24 y 27 Mbps. Las velocidades de datos de 3, 6 y 12 Mbps son obligatorias cuando se utiliza un espaciado de canal de 10 MHz.

802.11e-2005.

El estándar original 802.11 no define algún método de calidad de servicio (QoS) adecuado para el uso de aplicación sensibles al tiempo. El protocolo original define dos métodos de acceso al medio. Uno de ellos Distributed Coordinate Function (DCF) y el otro Point Coordinate Function (PCF) dónde el AP toma de forma breve el control del medio al acceso inalámbrico.

802.11e define dos métodos de acceso al medio los cuales presentan ciertas mejoras con respecto a los procesos originales. El primero de ellos se llama Hybrid Coordination Function (HCF), HCF cuenta con dos mecanismos para proveer QoS.

El primero llamado Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) el cual es una extensión de DCF, esté proporciona la priorización de paquetes basada en protocolos de capa superior.

El segundo es Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access (HCCA) el cual es una extensión de PCF. HCCA permite al Access Point priorizar a las estaciones, es decir, le dará la posibilidad a ciertos cliente a enviar antes que otros su tráfico inalámbrico.

802.11r-2008.

Es conocido cómo Fast Basic Service Set Transition (FT) o mas popularmente cómoFast Secure Roaming Existen 4 tipo principales de métodos de fast roaming, los cuales son:

  • Cisco Centralized Key Management (CCKM)
  • Proactive Key Cache (PKC)
  • Opportunistic Key Cache (OKC)
  • Fast Session Resumption.

El roaming puede ser especialmente delicado cuando se utiliza WPA-Entreprise o WPA2-Entreprise cómo método de autenticación el cual puede tomar hasta 700 ms para autenticar a un cliente, mientras que aplicaciones como VoWIFI requieren de un delay menor a 100 ms. Con 802.11r una estación es capaz de estables parámetros de QoS y asegurar la asociación con un nuevo AP de forma eficiente permitiendo el bypass del proceso de autenticación.

802.11k.

Este estándar permite la recopilación de información de los clientes inalámbricos y esta es procesada por los Access Point o por el Wireless Lan Controller. En algunas ocaciones el cliente inalámbrico puede solicitar esta información al Access Point. Los siguientes puntos lista la información que es obtenida por 802.11k.

Transmit Power Control: El estándar 802.11h define el uso de TPC para la banda de 5 GHz con el propósito de reducir la interferencia. Con 802.11k TPC también es utilizado en otras frecuencias in en áreas reguladas por diferentes agencias regulatorias.

Client Statics: Información de la capa física como SNR, fuerza de la señal y data rates, son reportados al AP o al WLC. Información de la subcapa MAC tales cómo; retransmisión de frames o errores también son reportados al AP o WLC.

Channel Statics: Los clientes inalámbricos pueden obtener información acerca de los niveles de piso de ruido basados en la energía en el background del canal. La carga o utilización del canal también es obtenida y enviada al AP o WLC.

Neighbor Reports: 802.11k proporciona la posibilidad a los clientes inalámbricos de aprender a través de los AP acerca de otros APs con los cuales puede en un futuro hacer roaming.

Es decir, 802.11k permite a los clientes inalámbricos solicitar al AP o WLC con el cual tiene una conexión activa información acerca de los AP vecinos. El AP o WLC procesan dicha solicitud y generan un “neighbor report” detallando los APs disponibles desde el mejor hasta el peor.

802.11y- 2008.

Aunque la mayoría de dispositivos 802.11 operan en banda unlicensed también es posible que operen en bandas licenciadas. El objetivo de 802.11y es estandarizar mecanismos que permitan la operación de dispositivos 802.11 con dispositivos non 802.11 en la banda licenciada de los 3.650 MHz - 3700 MHz en los Estados Unidos.

802.11w-2009.

Un tipo de ataque común en las redes inalámbricas es Dos Attack. El estándar 802.11w provee un método de protección para los frames de management ya sean unicast, broadcast o multicast. 80211w es conocido cómo Robust Management Frame.

Para el tráfico de tipo unicast utiliza CCMP

Para el tráfico de broadcast y multicast utiliza Broadcast/Multicast Integrity Protocol(BIP).

802.11n.

El objetivo específico del estándar 802.11n-2009 era aumentar el rendimiento en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz. La enmienda 802.11n-2009 define una nueva operación conocida como High Throughput (HT), que proporciona mejoras PHY y MAC para admitir velocidades de datos de hasta 600 Mbps y, por lo tanto, un rendimiento total superior a 100 Mbps.

Los radios n cláusula 20 usan tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) MIMO utiliza múltiples antenas de recepción y transmisión y, en realidad, aprovecha los efectos de la propagación múltiple en lugar de compensarlos o eliminarlos. Las consecuencias beneficiosas del uso de MIMO son un mayor rendimiento y un rango aún mayor. Las radios 802.11n también son compatibles con las antiguas radios 802.11a/b/g

802.11p.

La misión del 802.11 Task Group p (TGp) es mejorar el estándar 802.11 para admitir aplicaciones de Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS).

El intercambio de datos entre vehículos de alta velocidad es posible en la banda ITS de 5.9 GHz. Además, las comunicaciones entre los vehículos y la infraestructura de la carretera se admiten en las bandas de 5 GHz, específicamente la banda de 5,850 GHz a 5,925 GHz dentro de América del Norte.

802.11p es conocido cómo Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE).

802.11p también será aplicable a las comunicaciones marítimas y ferroviarias.

802.11z-2010.

El objetivo del grupo (TGz) era establecer y estandarizar un mecanismo de configuración de enlace directo (DLS) para permitir el funcionamiento con puntos de acceso que no sean compatibles con DLS. En la mayoría de los entornos WLAN, el intercambio de frames entre las estaciones que están asociados al mismo punto de acceso deben pasar por el AP. DLS permite a las estaciones cliente eludir el punto de acceso y comunicarse con intercambios directos de frames.

802.11u-2011.

El objetivo principal del grupo 802.11u (TGu) era abordar los problemas de inter-funcionamiento entre una red de acceso IEEE 802.11 y cualquier red externa a la que esté conectado. 802.11u también se conoce como Wireless Interworking with External Networks (WIEN).

802.11v-2011.

Si bien 802.11k define métodos para obtener información de los clientes, 802.11v proporciona un intercambio de información que puede facilitar la configuración inalámbrica de las estaciones cliente desde un punto central de administración. 802.11v-2011 define Wireless Network Management (WNM), que brinda a los clientes inalámbricos la capacidad de intercambiar información con el fin de mejorar el rendimiento general de la red inalámbrica.

Además de proporcionar información sobre las condiciones de la red, el protocolo WNM definen los mecanismos en los que los dispositivos WLAN pueden intercambiar información de ubicación, brindar soporte para la capacidad BSSID múltiple y ofrecer un nuevo modo WNM-Sleep en el que una estación cliente puede dormir por mucho tiempo.

802.11s-2011.

La estándar 802.11s define el uso de AP en modo Mesh. Un Mesh Point (MP) es capaz de utilizar un mesh protocol de enrutamiento obligatorio denominado Protocolo híbrido de malla inalámbrica Hybrid Wireless Mesh Protocol(HWMP) que utiliza una métrica de selección de ruta predeterminada. Cada fabricante puedes utilizar su protocolo de enrolamiento propietario.

Post-2012 Ratified Amendments

802.11ae-2012

El estándar 80211ae especifica una mejora en la administración de QoS. Un frame de Management de Quality of service (MQS) puede ser habilitado, permitiendo que algunos frames de management sean transmitidos utilizando una de las categorías de QoS, nunca utilizando la categoría de Voz.

802.11aa-2012

El estándar 802.11aa especifica mejoras de QoS para el 802.11 Media Access Control (MAC) para una transmisión de audio y video sólida para aplicaciones de consumo y empresariales.

802.11ad-2012

El estándar 802.11ad define mejoras de muy alto Rendimiento (VHT) usando la banda de frecuencia no licenciada de 60 GHz. El rango de frecuencia más alto es lo suficientemente grande como para admitir velocidades de datos de hasta 7 Gbps. La desventaja es que 60 GHz tendrá un alcance significativamente menor que una señal de 5 GHz y se limitará a las comunicaciones de línea de visión, ya que la señal de alta frecuencia tendrá paredes difíciles de penetrar.

Actualmente hay un debate sobre si se usará o no Wi-Fi de 60 GHz en despliegues de alta densidad con un respaldo de 5 GHz.

Esta tecnología VHT también requiere la adopción de un nuevo mecanismo de encriptación. Existe la preocupación de que los métodos actuales de encriptación CCMP pudieran no ser capaces de procesar adecuadamente las velocidades de datos.

802.11ac-2012

El estándar 802.11ac-2013 define mejoras(VHT) por debajo de los 6 GHz. La tecnología solo se utilizará en las bandas de frecuencia de 5 GHz donde ya funcionan 802.11a / n radios. 802.11ac aprovecha el mayor espacio de espectro que pueden proporcionar las bandas U-NII. La banda ISM de 2,4 GHz no puede proporcionar el espacio de frecuencia necesario para aprovechar al máximo la tecnología 802.11ac.

Wider Channels: 802.11n introdujo la capacidad de canales de 40 MHz, lo que duplicó efectivamente las velocidades de datos. 802.11ac nos brinda la capacidad de canales de 80 MHz y 160 MHz. Esta es la razón principal por la que las radios 802.11ac empresariales operan a 5 GHz en comparación con la banda ISM de 2,4 GHz.

New Modulation: 802.11ac proporciona la capacidad de utilizar la modulación 256-QAM, que tiene el potencial de proporcionar un aumento del 30 por ciento en la velocidad. La modulación 256-QAM requerirá una relación señal-ruido (SNR) muy alta para ser efectiva.

More Spatial Streams: 802.11ac puede utilizar hasta ocho flujos espaciales. En realidad, las primeras generaciones de conjuntos de chips 802.11ac utilizarán de uno a cuatro flujos espaciales.

Improved MIMO and Beamforming: Mientras que 802.11n definió el uso de radios MIMO de un solo usuario, (VHT) introduce el uso de la tecnología MIMO multi usuario (MU-MIMO). Un punto de acceso con capacidad MU-MIMO podría transmitir una señal a múltiples estaciones del cliente en el mismo canal simultáneamente.

802.11ah

La borrador 802.11ah define el uso de Wi-Fi en frecuencias inferiores a 1 GHz. Las frecuencias más bajas significarán velocidades de datos más bajas pero distancias más largas.

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Muchos componentes contribuyen a la transmisión correcta y recepción de una señal de RF. La siguiente imagen muestra los componentes básicos.

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FUNDAMENTOS DE RADIO FRECUENCIA.

Los siguientes elementos o características definidas por las leyes de la física están presentes en cada senal RF.

  • Wavelength.
  • Frequency.
  • Amplitude.
  • Phase.
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ENTENDIENDO LAS SEÑALES PORTADORAS. (CARRIER SIGNALS)

Los datos sin importar el medio de transmisión al final son bits y estos necesitan ser transmitidos y poder ser identificados (0,1) y diferenciados por el transmisor y el receptor . Una corriente alterna (AC) o corriente directa (DC) por si mismos no brindan un mecanismo para identificar los bits, sin embargo si la señal fluctúa o es modificada aunque sea de forma ligera la señal puede ser identificada y los datos se pueden enviar propiamente. Esta señal modificada ahora es capaz de distinguir entre 0 y 1 y se conoce cómo señal portadora o carrier signal. El método de ajustar, modificar o fluctuar la señal es conocido cómo modulación.

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