Comparación del uso del espectro no licenciado - EsLaRed
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<strong>Comparación</strong> <strong>del</strong> <strong>uso</strong> <strong>del</strong><br />
<strong>espectro</strong> <strong>no</strong> <strong>licenciado</strong><br />
Materiales de apoyo para entrenadores en<br />
redes inalámbricas<br />
Esta clase de 40 minutos es sobre el <strong>espectro</strong> <strong>no</strong> <strong>licenciado</strong>, específicamente<br />
las bandas ISM de 2.4 GHz y 5.8 GHz.<br />
Version 1.0 by Erman<strong>no</strong>, @2010-06-16<br />
Version 1.5 by Rob, @2010-06-17
Metas<br />
‣ Examinar los asuntos relacionados con el <strong>uso</strong> de un<br />
medio compartido como el <strong>espectro</strong> de radio <strong>no</strong><br />
<strong>licenciado</strong> (específicamente la banda ISM de 2.4 GHz)<br />
‣ Identificar las fuentes más comunes de interferencia<br />
cuando se opera una red WiFi<br />
‣ Presentar herramientas de software y hardware que<br />
puedan ayudar a identificar las fuentes de interferencia.<br />
2
Compartiendo el aire<br />
Estas consideraciones son importantes de recordar cuando<br />
se usan instrumentos que se operan utilizando <strong>espectro</strong> <strong>no</strong><br />
<strong>licenciado</strong>.<br />
‣ Todos los dispositivos deben compartir el ancho de<br />
banda de radio disponible.<br />
‣ Los dispositivos que usan protocolos diferentes <strong>no</strong> se<br />
reco<strong>no</strong>cen entre sí<br />
‣ Esta competencia resulta en contiendas, re-inicios,<br />
ruido, pérdida de paquetes, retrasos, o estática.<br />
‣ El efecto y la cantidad de interferencia depende de cúal<br />
es el <strong>uso</strong> que se le da al <strong>espectro</strong>.<br />
3<br />
Diferentes tipos de dispositivos usan diferentes protocolos que a menudo se<br />
ig<strong>no</strong>ran entre sí. En lugar de tratar de cooperar y “compartir el aire”, los<br />
diferentes dispositivos pueden tratar de transmitir todos a la vez causando<br />
todo tipo de problemas.<br />
Una analogía en este punto es útil: Esta presentación se hace posible porque<br />
todos estamos de acuerdo en un protocolo común: Ustedes están de<br />
acuerdo en “cederme la palabra” para presentar el material de clase. Al final<br />
de la presentación, ustedes pueden plantear preguntas y podemos discutir el<br />
material, pero sólo si estamos de acuerdo en que una sola persona habla<br />
cada vez. Cuando la clase termina, el protocolo se abandona y todos<br />
podemos comenzar a hablar entre <strong>no</strong>sotros a la vez, lo que hace difícil la<br />
comunicación con el grupo total.<br />
En el mundo inalámbrico, podemos tener un AP WiFi que “habla” 802.11.<br />
Puede haber otro dispositivo que hable en su propio protocolo, por ejemplo<br />
“protocolo de teléfo<strong>no</strong> inalámbrico”. Ambos dispositivos están tratando de<br />
usar las mismas frecuencias, pero <strong>no</strong> hablan el mismo protocolo, lo que<br />
resulta en una interferencia <strong>no</strong> deseada.
Espectro Electromagnético<br />
rango Approximate de frecuencias range for WiFi<br />
Esta imagen representa el <strong>espectro</strong> electromagnético completo. Comprende<br />
desde ondas de radio de muy bajas frecuencias, a la izquierda, hasta las<br />
frecuencias muy altas de los rayos X y gamma, a la derecha. En el medio, hay<br />
una región pequeña que representa la luz visible. En la totalidad <strong>del</strong> <strong>espectro</strong><br />
electromagnético, el rango de frecuencias que podemos percibir con<br />
nuestros ojos es muy pequeño. Podemos observar que a cada lado de la luz<br />
visible tenemos la radiación infrarroja y la ultravioleta.<br />
Pero el área que <strong>no</strong>s interesa es el pequeño rango de frecuencias usado por<br />
los equipos WiFi. Es la franja <strong>del</strong>gada en el extremo inferior <strong>del</strong> rango de las<br />
microondas.<br />
El límite entre “radio” y “microondas” <strong>no</strong> está definido claramente, de hecho<br />
es común llamar “radios” a los transceptores de microondas.<br />
4
Canales 802.11<br />
¿Cómo usan los dispositivos 802.11 WiFi el <strong>espectro</strong> de radio disponible?<br />
Los dispositivos WiFi pueden funcionar a frecuencias desde los 2.4 GHz<br />
hasta los 2.48 GHz. El protocolo 802.11 secciona este trozo completo <strong>del</strong><br />
<strong>espectro</strong> en varios canales discretos. Cada canal tiene 22 MHz de ancho, y la<br />
separación entre canales es de 5 MHz. Se puede observar que con este plan<br />
de frecuencias los canales se superponen entre sí. El canal 2 se sobrepone al<br />
canal 1, el canal 3 se sobrepone al 2, etc.<br />
El canal 14 tiene una separación más grande y es legal sólo en Japón.<br />
5
Canales que <strong>no</strong> se solapan: 1, 6, 11<br />
6<br />
Se puede elegir el <strong>uso</strong> de canales que <strong>no</strong> se solapen para nada. Si usted opera<br />
equipos 802.11 en canales que <strong>no</strong> se solapen, estos <strong>no</strong> van a interferirse<br />
entre sí. Por ejemplo, los canales 1, 6 y 11 <strong>no</strong> se solapan entre sí.
Otros canales que <strong>no</strong> se solapan<br />
7<br />
Por supuesto, <strong>no</strong> tenemos que usar solo los canales 1, 6 y 11. Se pueden usar<br />
los canales 2, 7 y 12, ó, los canales 3, 8, y 13. Pero asegúrese de que usted<br />
tiene el derecho para transmitir en un determinado canal antes de<br />
transmitir. El <strong>uso</strong> de los canales superiores <strong>no</strong> está garantizado en todos los<br />
países. Por ejemplo, en los EEUU, los equipos <strong>no</strong> <strong>licenciado</strong>s <strong>no</strong> pueden pasar<br />
<strong>del</strong> canal 11.
Interferencia de canales adyacentes<br />
8<br />
¿Qué pasa si usted <strong>no</strong> puede escoger, y tiene que operar equipos WiFi<br />
802.11 en canales que se solapan?<br />
El área más oscura en el centro representa la zona en donde los canales 6 y<br />
7 se solapan.<br />
Si los canales estñan siendo usados por dispositivos que <strong>no</strong> son 802.11<br />
(como teléfo<strong>no</strong>s sin hilos o transmisores de video) es mejor utilizar el<br />
espacio entre los canales ocupados. Sin embargo, si los tres canales que <strong>no</strong> se<br />
solapan están siendo usados por dispositivos 802.11 y Ud. debe añadir otro<br />
AP, es mejor utilizar EXACTAMENTE la misma frecuencia central de u<strong>no</strong> de<br />
los canales ocupados. El caudal se verá disminuido, pero el mecanismo de<br />
acceso al medio forzará a u<strong>no</strong> de los AP a cederle el campo al que ya está<br />
transmitiendo con lo que habrá me<strong>no</strong>s reintentos de transmisión. Si en<br />
cambio se escoge un canal intermedio, hay más riesgo que el mecanismo de<br />
diferimiento de transmisión cuando se detecta el canal como ocupado <strong>no</strong><br />
funcione adecuadamente resultando en más reintentos y por ende me<strong>no</strong>r<br />
caudal efectivo.
Interferencia de canales <strong>no</strong> adyacentes<br />
Si usted escoge canales que estén muy separados, por ejemplo, separados<br />
por cuatro canales, se puede observar que el rango de frecuencias que se<br />
solapan es mucho me<strong>no</strong>r. Esto causa una interferencia mucho me<strong>no</strong>r.<br />
En el mejor de los casos, usted debería escoger sólo canales que <strong>no</strong> se<br />
solapen.<br />
9
Otros dispositivo que operan a 2.4 GHz<br />
¿Qué dispositivos comunes operan a 2.4 GHz?<br />
• Redes 802.11 b/g<br />
Dispositivo Bluetooth<br />
• Teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos<br />
• Video senders<br />
• Monitores de bebés<br />
10<br />
¿Cuáles son los otros dispositivos de 2.4 GHz que podrían interferir con<br />
nuestras redes 802.11? Bue<strong>no</strong>, obviamente hay otras redes 802.11 que<br />
quedan fuera de nuestro control. Puede ser que alguien en un edificio<br />
cerca<strong>no</strong> esté usando una red WiFi que cause interferencia. Los dispositivos<br />
Bluetooth operan en la misma banda. Por ejemplo, cuando un teléfo<strong>no</strong><br />
celular le envía una foto a su laptop, esto podría potencialmente interferir<br />
con su red 802.11. Los teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos son famosos por causar<br />
problemas. Los teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos usan mucha potencia y canales muy<br />
anchos que pueden causar interferencia.<br />
Finalmente, hay dispositivos como transmisores de televisión y monitores de<br />
bebés que usan canales muy anchos a 2.4 GHz. Estos pueden causar gran<br />
cantidad de interferencia en sus redes.<br />
10
Bluetooth: salto de frecuencias<br />
11<br />
Podemos comparar como cada u<strong>no</strong> de estos dispositivos usa de manera<br />
característica el <strong>espectro</strong> disponible para entender mejor como interfieren<br />
entre ellos.<br />
Aquí tenemos los canales para 802.11 de las diapositivas anteriores. Las<br />
formas azules representan cómo se vería una señal Bluetooth en este mismo<br />
conjunto de frecuencias. Bluetooth usa una tec<strong>no</strong>logía que se llama salto de<br />
frecuencia. En lugar de escoger un solo canal discreto, Bluetooth divide el<br />
<strong>espectro</strong> en muchas franjas pequeñas y “salta” entre ellas<br />
muy rápidamente. Solamente necesita usar u<strong>no</strong>s pocos MHz a la vez, pero la<br />
frecuencia puede estar en todo el rango disponible y cambia rápidamente en<br />
el tiempo. Es poco probable que Bluetooth ahogue por completo una red<br />
WiFi, pero puede usar alguna interferencia con muchos canales diferentes a<br />
la vez.
Teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos: canales más<br />
anchos<br />
Luego, tenemos los teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos. Los teléfo<strong>no</strong>s inalámbricos<br />
tienden a usar mucha potencia y en consecuencia su señal se desparrama<br />
por toda la banda de 2.4 GHz y pueden causar interferencia en varios<br />
canales simultáneamente.<br />
Cuando un teléfo<strong>no</strong> inalámbrico esté transmitiendo, puede causar<br />
interferencia en varios canales de 802.11<br />
12
Video senders: máxima interferencia<br />
13<br />
Finalmente, tenemos el video sender, que se parece a los teléfo<strong>no</strong>s<br />
inalámbricos, pero usa canales incl<strong>uso</strong> más anchos y pueden ser más aún<br />
más potentes, con potencias de transmisión de 1 o 2 W. Normalmente se<br />
usan con cámaras de seguridad o monitores de bebés que pueden ser<br />
recibidos en un rango muy amplio. Pero como la señal de video transporta<br />
mucha información, hace <strong>uso</strong> de canales anchos. Y, puesto que están enviando<br />
video, transmiten continuamente, así que son los peores enemigos.<br />
Los video senders pueden fácilmente descalabrar redes WiFi vecinas y causar<br />
interferencia para muchos otros dispositivos de 2.4 GHz.
Otras fuentes de interferencia<br />
Eso es todo sobre los dispositivos de comunicación. Parece que cada año hay<br />
más dispositivos de comunicación que funcionan a 2.4 GHz. Aquí sólo hemos<br />
revisado algu<strong>no</strong>s de los más comunes en el mercado hasta este momento.<br />
Pero, ¿cuáles son las otras fuentes de interferencia a 2.4 GHz que ni siquiera<br />
incluyen dispositivos de comunicación?<br />
14
Hor<strong>no</strong>s de microndas<br />
15<br />
Los hor<strong>no</strong>s de microondas son probablemente la fuente más común de interferencia emanada<br />
de un dispositivo que <strong>no</strong> es de comunicación. Los microondas cocinan alimentos generando<br />
grandes cantidades de energía alrededor de los 2.4 GHz. Esta frecuencia <strong>no</strong> tiene nada que ver<br />
con la “frecuencia de resonancia” <strong>del</strong> agua o <strong>del</strong> alimento. Esta frecuencia fue escogida cuando<br />
el microondas se estaba desarrollando (en la década <strong>del</strong> 1940), principalmente porque <strong>no</strong> había<br />
otros dispositivos que se usaran para comunicaciones a 2.4 GHz, y porque transformar la<br />
corriente casera ordinaria en ondas poderosas de 2.4 GHz, era una tec<strong>no</strong>logía relativamente<br />
fácil.<br />
Por supuesto, ahora estamos, años más tarde, ¡tratando todos de usar el mismo <strong>espectro</strong> para<br />
comunicaciones! Los hor<strong>no</strong>s de microondas tienen un buen blindaje para evitar la filtración de<br />
energía. Obviamente, la gente <strong>no</strong> quiere cocinarse cuando usan un hor<strong>no</strong> de microondas. Pero<br />
estos tienen pequeñas fugas de energía y a pesar de que <strong>no</strong> es <strong>no</strong>civa para los huma<strong>no</strong>s, puede<br />
interferir con las redes WiFi.<br />
Este problema se puede observar mejor en los cafés. Cuando hay un “hotspot” en un café, es<br />
común ver como la gente que está allí sentada, usando sus laptops, de repente se queda sin red<br />
por tres minutos, luego recuperan la conexión. Luego la red se vuelve a caer por cinco minutos<br />
y luego vuelve. Resulta que si en el café se está usando un microondas, y si el AP ha sido<br />
instalado cerca de éste, y el microondas es de tipo industrial que se usa bastante, esto va a<br />
causar interferencia sin lugar a dudas.
Fuentes de alimentación<br />
16<br />
Luego, tenemos fuentes de ruido de banda ancha. Las fuentes de alimentación<br />
pueden generar ruido por todo el <strong>espectro</strong> electromagnético. Las fuentes de<br />
alimentación de los PC son una fuente de interferencia electromagnética que<br />
puede interferir con las comunicaciones WiFi, especialmente en<br />
computadores viejos.
Estaciones de Radar<br />
17<br />
Las estaciones de radar son otra fuente de interferencia para redes WiFi y<br />
viceversa. Las estaciones de radar que operan a 5 GHz son mucho más<br />
comunes que las de 2.4 GHz, lo que significa que si usted va a usar<br />
tec<strong>no</strong>logías 802.11a, o 802.11n puede haber interferencia. Los radares de<br />
costa de alrededor de 5 GHz son bastante comunes. ¡Debe asegurarse<br />
perfectamente de su derecho a operar equipo inalámbrico en estas<br />
frecuencias antes de transmitir!<br />
Recuerde que cualquier señal tendrá componentes armónicos a frecuencias<br />
que son múltiplos de las frecuencias portadoras especificadas. A pesar de que<br />
<strong>no</strong>rmalmente los transmisores van a tener filtros para limitar las<br />
irradiaciones fuera de banda, si la señal es muy fuerte, los armónicos van a<br />
causar una interferencia considerable. Así que averigüe cuál es la frecuencia<br />
de operación de los transmisores en su sitio y compruebe si sus múltiplos<br />
caen en el rango de los 2.4 a 2.48 GHz.
Otras radios de alta potencia<br />
18<br />
Finalmente, los armónicos y las interacciones de campo cerca<strong>no</strong> con otras<br />
fuentes de radio de alta potencia pueden causar interferencia. Los<br />
transmisores de radio de alta potencia, como antenas de transmisión de<br />
radio o televisión pueden interferir con equipo WiFi, aunque <strong>no</strong> trabajan a<br />
2.4 GHz.<br />
Si usted instala su equipo muy cerca de una antena de transmisión de alta<br />
potencia, seguro va a encontrar interferencia. Aunque que es posible atenuar<br />
esta interferencia usando filtros caros, una mejor idea es reubicar su equipo<br />
alejado de esta fuente de alta potencia.<br />
Cuando esté colocando un sistema WiFi en una torre que alberga una<br />
estación FM, es posible que la estación FM que transmite a u<strong>no</strong>s 100 MHz<br />
pueda causar interferencia. Esto ocurre porque los datos se transmiten al<br />
WiFi por medio de un cable UTP que transporta señales Ethernet en el<br />
mismo rango de frecuencia. Si encuentra este tipo de interferencia podría<br />
tratar de usar cables STP (Shielded Twisted Pair) o FTP (Foil Twisted Pair)<br />
con su adecuada puesta a tierra para reducir la interferencia de banda base.
Observando el ruido<br />
19<br />
¿Cómo se pueden detectar y atenuar estas fuentes de ruido?<br />
Desafortunadamente, es muy difícil detectar el ruido directamente usando<br />
sólo equipo WiFi. La única indicación que usted va a tener de interferencia es<br />
que la red <strong>no</strong> funciona, o que está lenta y poco confiable.<br />
En lugar de usar equipos WiFi para detectar interferencia, necesita usar una<br />
herramienta que puede medir directamente la energía. La mejor herramienta<br />
para este trabajo es el analizador de <strong>espectro</strong>.
El analizador de <strong>espectro</strong>s Wi-Spy<br />
http://www.metageek.net/<br />
Un analizador de <strong>espectro</strong> barato es el Wi-Spy. Es un dispositivo USB de 2.4<br />
GHz que está diseñado para mostrar información acerca de la banda de<br />
frecuencia WiFi de 2.4 GHz. Esto lo hace sintonizando un canal estrecho en<br />
la banda de 2.4 GHz y midiendo la energía, luego cambiando a otro canal, y<br />
así por el estilo, a través de la banda lo más rápido que puede. En este<br />
sentido, es un poco como un radio de salto de frecuencia en recepción.<br />
Cuando plasma esta información en un gráfico, se puede obtener una idea<br />
clara de cómo los distintos dispositivos en su área están usando el <strong>espectro</strong><br />
2.4 GHz .<br />
Otras versiones <strong>del</strong> Wi-Spy pueden detectar también señales de 900 MHz y<br />
5 GHz. Hay varios programas gratuitos que funcionan con este dispositivo.<br />
20
Chanalyzer<br />
21<br />
El vendedor suministra un software muy bue<strong>no</strong> llamado Chanalyzer que sólo<br />
funciona en Windows de Microsoft.
Spectools<br />
http://www.kismetwireless.net/spectools/<br />
22<br />
El proyecto inalámbrico Kismet suministra un paquete llamado Spectools que<br />
trabaja con Linux, OS X, y Windows.
EaKiu<br />
http://www.eakiu.com/<br />
Hay un paquete muy bue<strong>no</strong> para Mac OS X llamado EaKiu. Además de la<br />
presentación estándar que suministran Chanalyzer y Spectools, EaKiu<br />
proporciona gráficas 3D en tiempo real de todo lo que está pasando en el<br />
tiempo en un rango determinado de frecuencias.<br />
23
Ubiquiti AirView<br />
http://www.ubnt.com/<br />
24<br />
Otro analizador de <strong>espectro</strong> USB es el AirView de Ubiquiti. Tiene<br />
características semejantes al Wi-Spy, y es considerablemente más barato. El<br />
software Air View está basado en Java y corre en Windows, Mac OS X, y<br />
Linux. El AirView viene en mo<strong>del</strong>os de 2.4 GHz y 900 GHz, con o sin<br />
conector para antena externa.<br />
Los radios Ubiquiti de la serie M (que implementan el protocolo de acceso al<br />
medio AirMax basado en TDM además <strong>del</strong> WiFi), tienen un analizador de<br />
<strong>espectro</strong> ya incluido en la banda de 5GHz que utiliza el mismo software<br />
AirView.
Analizadores de <strong>espectro</strong>s<br />
Un buen analizador de <strong>espectro</strong> es a menudo el mejor (y más costoso)<br />
instrumento para detectar fuentes de interferencia<br />
Si tiene algu<strong>no</strong> disponible, un analizador de <strong>espectro</strong> convencional le<br />
mostrará estas fuentes de ruido. Desafortunadamente, el analizador de<br />
<strong>espectro</strong> tiende a ser caro. Un buen analizador de <strong>espectro</strong> que opera a 2.4<br />
GHz puede costar desde cientos a miles de dólares.<br />
25
Usando un analizador de <strong>espectro</strong>s<br />
26<br />
Los analizadores de <strong>espectro</strong> son herramientas complejas, pero la interfaz principal es fácil de leer.<br />
El eje Y muestra el nivel de potencia recibida (típicamente en dBm), y el eje X muestra la<br />
frecuencia. El analizador muestrea la energía de radio en fragmentos muy pequeños (el ancho de<br />
banda muestreado) y sintoniza cada conjunto de frecuencias mostradas especificadas por el<br />
“span” Luego traza una línea que muestra el nivel de la potencia recibida para todo el intervalo. La<br />
línea puede ser trazada las veces que se quiera para mostrar le lectura instantánea (clear/write),<br />
un promedio, o la lectura máxima recibida (max hold). Un marcador (marker) puede<br />
insertarse en cualquier punto de la línea para ver información detallada sobre la muestra que <strong>no</strong>s<br />
interesa. En el ejemplo, el marcador muestra el pico de una señal a 2.463 GHz, recibida a -1.6 dBm.<br />
La forma particular de una señal de un transmisor que se muestra en un analizador de <strong>espectro</strong> se<br />
usa para verificar cumplimiento con la máscara espectral. Este ejemplo muestra el <strong>espectro</strong> de un<br />
radio de 200mW (23dBm) 802.11b. Para este tipo de radio la máscara espectral necesita que a<br />
frecuencias entre 11 y 22 MHz a ambos lados de la frecuencia central <strong>del</strong> canal, la componente de<br />
la señal esté 30 dB por debajo de los valores máximos. Para frecuencias más distanciadas, el valor<br />
máximo admitido de las componentes es de 50 dB por debajo <strong>del</strong> valor en el centro <strong>del</strong> canal.<br />
Ahora veremos algu<strong>no</strong>s ejemplos de cómo usar estos dispositivos para detectar interferencia en<br />
sus redes WiFi.<br />
COMIENCE LA DEMOSTRACIÓN
Gracias por su atención<br />
Para más detalles sobre los tópicos<br />
presentados en esta charla, vaya al libro<br />
Redes Inalámbricas en los Países en<br />
Desarrollo, de descarga gratuita en varios<br />
idiomas en:<br />
http://wndw.net/<br />
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