Comparacin del uso del espectro no licenciado

Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalmbricas

Esta clase de 40 minutos es sobre el espectro no licenciado, especficamente las bandas ISM de 2.4 GHz y 5.8 GHz.Version 1.0 by Ermanno, @2010-06-16Version 1.5 by Rob, @2010-06-17

Metas

Examinar los asuntos relacionados con el uso de un medio compartido como el espectro de radio no licenciado (especficamente la banda ISM de 2.4 GHz)

Identificar las fuentes ms comunes de interferencia cuando se opera una red WiFi

Presentar herramientas de software y hardware que puedan ayudar a identificar las fuentes de interferencia.

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Estas consideraciones son importantes de recordar cuando se usan instrumentos que se operan utilizando espectro no licenciado.

Compartiendo el aire

Todos los dispositivos deben compartir el ancho de banda de radio disponible.

Los dispositivos que usan protocolos diferentes no se reconocen entre s

Esta competencia resulta en contiendas, re-inicios, ruido, prdida de paquetes, retrasos, o esttica.

El efecto y la cantidad de interferencia depende de cal es el uso que se le da al espectro.

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Diferentes tipos de dispositivos usan diferentes protocolos que a menudo se ignoran entre s. En lugar de tratar de cooperar y compartir el aire, los diferentes dispositivos pueden tratar de transmitir todos a la vez causando todo tipo de problemas.Una analoga en este punto es til: Esta presentacin se hace posible porque todos estamos de acuerdo en un protocolo comn: Ustedes estn de acuerdo en cederme la palabra para presentar el material de clase. Al final de la presentacin, ustedes pueden plantear preguntas y podemos discutir el material, pero slo si estamos de acuerdo en que una sola persona habla cada vez. Cuando la clase termina, el protocolo se abandona y todos podemos comenzar a hablar entre nosotros a la vez, lo que hace difcil la comunicacin con el grupo total. En el mundo inalmbrico, podemos tener un AP WiFi que habla 802.11. Puede haber otro dispositivo que hable en su propio protocolo, por ejemplo protocolo de telfono inalmbrico. Ambos dispositivos estn tratando de usar las mismas frecuencias, pero no hablan el mismo protocolo, lo que resulta en una interferencia no deseada.

Espectro Electromagntico

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Approximate range for WiFirango de frecuencias WiFi

Esta imagen representa el espectro electromagntico completo. Comprende desde ondas de radio de muy bajas frecuencias, a la izquierda, hasta las frecuencias muy altas de los rayos X y gamma, a la derecha. En el medio, hay una regin pequea que representa la luz visible. En la totalidad del espectro electromagntico, el rango de frecuencias que podemos percibir con nuestros ojos es muy pequeo. Podemos observar que a cada lado de la luz visible tenemos la radiacin infrarroja y la ultravioleta.Pero el rea que nos interesa es el pequeo rango de frecuencias usado por los equipos WiFi. Es la franja delgada en el extremo inferior del rango de las microondas.El lmite entre radio y microondas no est definido claramente, de hecho es comn llamar radios a los transceptores de microondas.

Canales 802.11

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Cmo usan los dispositivos 802.11 WiFi el espectro de radio disponible? Los dispositivos WiFi pueden funcionar a frecuencias desde los 2.4 GHz hasta los 2.48 GHz. El protocolo 802.11 secciona este trozo completo del espectro en varios canales discretos. Cada canal tiene 22 MHz de ancho, y la separacin entre canales es de 5 MHz. Se puede observar que con este plan de frecuencias los canales se superponen entre s. El canal 2 se sobrepone al canal 1, el canal 3 se sobrepone al 2, etc. El canal 14 tiene una separacin ms grande y es legal slo en Japn.

Canales que no se solapan: 1, 6, 11

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Se puede elegir el uso de canales que no se solapen para nada. Si usted opera equipos 802.11 en canales que no se solapen, estos no van a interferirse entre s. Por ejemplo, los canales 1, 6 y 11 no se solapan entre s.

Otros canales que no se solapan

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Por supuesto, no tenemos que usar solo los canales 1, 6 y 11. Se pueden usar los canales 2, 7 y 12, , los canales 3, 8, y 13. Pero asegrese de que usted tiene el derecho para transmitir en un determinado canal antes de transmitir. El uso de los canales superiores no est garantizado en todos los pases. Por ejemplo, en los EEUU, los equipos no licenciados no pueden pasar del canal 11.

Interferencia de canales adyacentes

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Qu pasa si usted no puede escoger, y tiene que operar equipos WiFi 802.11 en canales que se solapan?El rea ms oscura en el centro representa la zona en donde los canales 6 y 7 se solapan.Si los canales estan siendo usados por dispositivos que no son 802.11 (como telfonos sin hilos o transmisores de video) es mejor utilizar el espacio entre los canales ocupados. Sin embargo, si los tres canales que no se solapan estn siendo usados por dispositivos 802.11 y Ud. debe aadir otro AP, es mejor utilizar EXACTAMENTE la misma frecuencia central de uno de los canales ocupados. El caudal se ver disminuido, pero el mecanismo de acceso al medio forzar a uno de los AP a cederle el campo al que ya est transmitiendo con lo que habr menos reintentos de transmisin. Si en cambio se escoge un canal intermedio, hay ms riesgo que el mecanismo de diferimiento de transmisin cuando se detecta el canal como ocupado no funcione adecuadamente resultando en ms reintentos y por ende menor caudal efectivo.

Interferencia de canales no adyacentes

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Si usted escoge canales que estn muy separados, por ejemplo, separados por cuatro canales, se puede observar que el rango de frecuencias que se solapan es mucho menor. Esto causa una interferencia mucho menor. En el mejor de los casos, usted debera escoger slo canales que no se solapen.

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Redes 802.11 b/g Dispositivo Bluetooth

Telfonos inalmbricos

Video senders

Monitores de bebs

Qu dispositivos comunes operan a 2.4 GHz?

Otros dispositivo que operan a 2.4 GHz

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Cules son los otros dispositivos de 2.4 GHz que podran interferir con nuestras redes 802.11? Bueno, obviamente hay otras redes 802.11 que quedan fuera de nuestro control. Puede ser que alguien en un edificio cercano est usando una red WiFi que cause interferencia. Los dispositivos Bluetooth operan en la misma banda. Por ejemplo, cuando un telfono celular le enva una foto a su laptop, esto podra potencialmente interferir con su red 802.11. Los telfonos inalmbricos son famosos por causar problemas. Los telfonos inalmbricos usan mucha potencia y canales muy anchos que pueden causar interferencia. Finalmente, hay dispositivos como transmisores de televisin y monitores de bebs que usan canales muy anchos a 2.4 GHz. Estos pueden causar gran cantidad de interferencia en sus redes.

Bluetooth: salto de frecuencias

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Podemos comparar como cada uno de estos dispositivos usa de manera caracterstica el espectro disponible para entender mejor como interfieren entre ellos.Aqu tenemos los canales para 802.11 de las diapositivas anteriores. Las formas azules representan cmo se vera una seal Bluetooth en este mismo conjunto de frecuencias. Bluetooth usa una tecnologa que se llama salto de frecuencia. En lugar de escoger un solo canal discreto, Bluetooth divide el espectro en muchas franjas pequeas y salta entre ellas muy rpidamente. Solamente necesita usar unos pocos MHz a la vez, pero la frecuencia puede estar en todo el rango disponible y cambia rpidamente en el tiempo. Es poco probable que Bluetooth ahogue por completo una red WiFi, pero puede usar alguna interferencia con muchos canales diferentes a la vez.

Telfonos inalmbricos: canales ms anchos

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Luego, tenemos los telfonos inalmbricos. Los telfonos inalmbricos tienden a usar mucha potencia y en consecuencia su seal se desparrama por toda la banda de 2.4 GHz y pueden causar interferencia en varios canales simultneamente. Cuando un telfono inalmbrico est transmitiendo, puede causar interferencia en varios canales de 802.11

Video senders: mxima interferencia

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Finalmente, tenemos el video sender, que se parece a los telfonos inalmbricos, pero usa canales incluso ms anchos y pueden ser ms an ms potentes, con potencias de transmisin de 1 o 2 W. Normalmente se usan con cmaras de seguridad o monitores de bebs que pueden ser recibidos en un rango muy amplio. Pero como la seal de video transporta mucha informacin, hace uso de canales anchos. Y, puesto que estn enviando video, transmiten continuamente, as que son los peores enemigos.Los video senders pueden fcilmente descalabrar redes WiFi vecinas y causar interferencia para muchos otros dispositivos de 2.4 GHz.

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Otras fuentes de interferencia

Eso es todo sobre los dispositivos de comunicacin. Parece que cada ao hay ms dispositivos de comunicacin que funcionan a 2.4 GHz. Aqu slo hemos revisado algunos de los ms comunes en el mercado hasta este momento.Pero, cules son las otras fuentes de interferencia a 2.4 GHz que ni siquiera incluyen dispositivos de comunicacin?

Hornos de microndas

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Los hornos de microondas son probablemente la fuente ms comn de interferencia emanada de un dispositivo que no es de comunicacin. Los microondas cocinan alimentos generando grandes cantidades de energa alrededor de los 2.4 GHz. Esta frecuencia no tiene nada que ver con la frecuencia de resonancia del agua o del alimento. Esta frecuencia fue escogida cuando el microondas se estaba desarrollando (en la dcada del 1940), principalmente porque no haba otros dispositivos que se usaran para comunicaciones a 2.4 GHz, y porque transformar la corriente casera ordinaria en ondas poderosas de 2.4 GHz, era una tecnologa relativamente fcil. Por supuesto, ahora estamos, aos ms tarde, tratando todos de usar el mismo espectro para comunicaciones! Los hornos de microondas tienen un buen blindaje para evitar la filtracin de energa. Obviamente, la gente no quiere cocinarse cuando usan un horno de microondas. Pero estos tienen pequeas fugas de energa y a pesar de que no es nociva para los humanos, puede interferir con las redes WiFi.Este problema se puede observar mejor en los cafs. Cuando hay un hotspot en un caf, es comn ver como la gente que est all sentada, usando sus laptops, de repente se queda sin red por tres minutos, luego recuperan la conexin. Luego la red se vuelve a caer por cinco minutos y luego vuelve. Resulta que si en el caf se est usando un microondas, y si el AP ha sido instalado cerca de ste, y el microondas es de tipo industrial que se usa bastante, esto va a causar interferencia sin lugar a dudas.

Fuentes de alimentacin

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Luego, tenemos fuentes de ruido de banda ancha. Las fuentes de alimentacin pueden generar ruido por todo el espectro electromagntico. Las fuentes de alimentacin de los PC son una fuente de interferencia electromagntica que puede interferir con las comunicaciones WiFi, especialmente en computadores viejos.

Estaciones de Radar

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Las estaciones de radar son otra fuente de interferencia para redes WiFi y viceversa. Las estaciones de radar que operan a 5 GHz son mucho ms comunes que las de 2.4 GHz, lo que significa que si usted va a usar tecnologas 802.11a, o 802.11n puede haber interferencia. Los radares de costa de alrededor de 5 GHz son bastante comunes. Debe asegurarse perfectamente de su derecho a operar equipo inalmbrico en estas frecuencias antes de transmitir!Recuerde que cualquier seal tendr componentes armnicos a frecuencias que son mltiplos de las frecuencias portadoras especificadas. A pesar de que normalmente los transmisores van a tener filtros para limitar las irradiaciones fuera de banda, si la seal es muy fuerte, los armnicos van a causar una interferencia considerable. As que averige cul es la frecuencia de operacin de los transmisores en su sitio y compruebe si sus mltiplos caen en el rango de los 2.4 a 2.48 GHz.

Otras radios de alta potencia

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Finalmente, los armnicos y las interacciones de campo cercano con otras fuentes de radio de alta potencia pueden causar interferencia. Los transmisores de radio de alta potencia, como antenas de transmisin de radio o televisin pueden interferir con equipo WiFi, aunque no trabajan a 2.4 GHz.Si usted instala su equipo muy cerca de una antena de transmisin de alta potencia, seguro va a encontrar interferencia. Aunque que es posible atenuar esta interferencia usando filtros caros, una mejor idea es reubicar su equipo alejado de esta fuente de alta potencia.Cuando est colocando un sistema WiFi en una torre que alberga una estacin FM, es posible que la estacin FM que transmite a unos 100 MHz pueda causar interferencia. Esto ocurre porque los datos se transmiten al WiFi por medio de un cable UTP que transporta seales Ethernet en el mismo rango de frecuencia. Si encuentra este tipo de interferencia podra tratar de usar cables STP (Shielded Twisted Pair) o FTP (Foil Twisted Pair) con su adecuada puesta a tierra para reducir la interferencia de banda base.

Observando el ruido

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Cmo se pueden detectar y atenuar estas fuentes de ruido? Desafortunadamente, es muy difcil detectar el ruido directamente usando slo equipo WiFi. La nica indicacin que usted va a tener de interferencia es que la red no funciona, o que est lenta y poco confiable.En lugar de usar equipos WiFi para detectar interferencia, necesita usar una herramienta que puede medir directamente la energa. La mejor herramienta para este trabajo es el analizador de espectro.

http://www.metageek.net/

El analizador de espectros Wi-Spy

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Un analizador de espectro barato es el Wi-Spy. Es un dispositivo USB de 2.4 GHz que est diseado para mostrar informacin acerca de la banda de frecuencia WiFi de 2.4 GHz. Esto lo hace sintonizando un canal estrecho en la banda de 2.4 GHz y midiendo la energa, luego cambiando a otro canal, y as por el estilo, a travs de la banda lo ms rpido que puede. En este sentido, es un poco como un radio de salto de frecuencia en recepcin. Cuando plasma esta informacin en un grfico, se puede obtener una idea clara de cmo los distintos dispositivos en su rea estn usando el espectro 2.4 GHz .Otras versiones del Wi-Spy pueden detectar tambin seales de 900 MHz y 5 GHz. Hay varios programas gratuitos que funcionan con este dispositivo.

Chanalyzer

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El vendedor suministra un software muy bueno llamado Chanalyzer que slo funciona en Windows de Microsoft.

Spectools

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http://www.kismetwireless.net/spectools/

El proyecto inalmbrico Kismet suministra un paquete llamado Spectools que trabaja con Linux, OS X, y Windows.

EaKiu

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http://www.eakiu.com/

Hay un paquete muy bueno para Mac OS X llamado EaKiu. Adems de la presentacin estndar que suministran Chanalyzer y Spectools, EaKiu proporciona grficas 3D en tiempo real de todo lo que est pasando en el tiempo en un rango determinado de frecuencias.

http://www.ubnt.com/

Ubiquiti AirView

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Otro analizador de espectro USB es el AirView de Ubiquiti. Tiene caractersticas semejantes al Wi-Spy, y es considerablemente ms barato. El software Air View est basado en Java y corre en Windows, Mac OS X, y Linux. El AirView viene en modelos de 2.4 GHz y 900 GHz, con o sin conector para antena externa.Los radios Ubiquiti de la serie M (que implementan el protocolo de acceso al medio AirMax basado en TDM adems del WiFi), tienen un analizador de espectro ya incluido en la banda de 5GHz que utiliza el mismo software AirView.

Analizadores de espectrosUn buen analizador de espectro es a menudo el mejor (y ms costoso) instrumento para detectar fuentes de interferencia

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Si tiene alguno disponible, un analizador de espectro convencional le mostrar estas fuentes de ruido. Desafortunadamente, el analizador de espectro tiende a ser caro. Un buen analizador de espectro que opera a 2.4 GHz puede costar desde cientos a miles de dlares.

Usando un analizador de espectros

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Los analizadores de espectro son herramientas complejas, pero la interfaz principal es fcil de leer. El eje Y muestra el nivel de potencia recibida (tpicamente en dBm), y el eje X muestra la frecuencia. El analizador muestrea la energa de radio en fragmentos muy pequeos (el ancho de banda muestreado) y sintoniza cada conjunto de frecuencias mostradas especificadas por el span Luego traza una lnea que muestra el nivel de la potencia recibida para todo el intervalo. La lnea puede ser trazada las veces que se quiera para mostrar le lectura instantnea (clear/write), un promedio, o la lectura mxima recibida (max hold). Un marcador (marker) puede insertarse en cualquier punto de la lnea para ver informacin detallada sobre la muestra que nos interesa. En el ejemplo, el marcador muestra el pico de una seal a 2.463 GHz, recibida a -1.6 dBm. La forma particular de una seal de un transmisor que se muestra en un analizador de espectro se usa para verificar cumplimiento con la mscara espectral. Este ejemplo muestra el espectro de un radio de 200mW (23dBm) 802.11b. Para este tipo de radio la mscara espectral necesita que a frecuencias entre 11 y 22 MHz a ambos lados de la frecuencia central del canal, la componente de la seal est 30 dB por debajo de los valores mximos. Para frecuencias ms distanciadas, el valor mximo admitido de las componentes es de 50 dB por debajo del valor en el centro del canal. Ahora veremos algunos ejemplos de cmo usar estos dispositivos para detectar interferencia en sus redes WiFi.COMIENCE LA DEMOSTRACIN

Para ms detalles sobre los tpicos presentados en esta charla, vaya al libro Redes Inalmbricas en los Pases en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en:

http://wndw.net/

Gracias por su atencin

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