En esta ocasión os explicamos al detalle cuáles son los principales protocolos Wifi. Hasta hace unos años solo era posible inter-conectar ordenadores por medio de cables. Este tipo de conexión es bastante popular, pero cuenta con algunas limitaciones, por ejemplo: solo se puede mover el equipo hasta el límite de alcance del cable; entornos con muchos equipos pueden requerir adaptaciones en la estructura del edificio para el paso de los cables; en una casa, puede ser necesario hacer agujeros en la pared para que los cables alcancen otras habitaciones; la manipulación constante o incorrecta puede hacer que el conector del cable se dañe. Afortunadamente, las redes inalámbricas (wireless) Wi-Fi surgieron para eliminar estas limitaciones.
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El uso de este tipo de red se está convirtiendo cada vez en algo más común, no solo en los entornos domésticos y profesionales, sino también en lugares públicos (bares, cafeterías, centros comerciales, librerías, aeropuertos, etcétera) y en instituciones académicas.
Por esta razón, vamos a ver las principales características de la tecnología Wi-Fi y explicar un poco su funcionamiento. Como no podría dejar de ser, también conocerás las diferencias entre los estándares Wi-Fi 802.11b, 802.11g, 802.11n y 802.11ac.
Wi-Fi es un conjunto de especificaciones para las redes de área local inalámbricas (WLAN), basadas en el estándar IEEE 802.11. El nombre de «Wi-Fi» es tenido como una abreviatura del término inglés “Wireless Fidelity”, aunque Wi-Fi Alliance, la entidad responsable principalmente por el licenciamiento de productos basados en la tecnología, nunca haya afirmado tal conclusión. Es común encontrar el nombre Wi-Fi escrito como “wi-fi”, “Wi-fi” o incluso “wifi”. Todas estas denominaciones se refieren a la misma tecnología.
Con la tecnología Wi-Fi, es posible implementar redes que conectan ordenadores y otros dispositivos (smartphones, tablets, consolas de videojuegos, impresoras, etcétera) que están próximos geográficamente.
Estas redes no requieren el uso de cables, ya que efectúan la transmisión de datos por medio de radiofrecuencia. Este esquema ofrece varias ventajas, entre ellas: permite al usuario utilizar la red en cualquier punto dentro de los límites de alcance de la transmisión; posibilita la inserción rápida de otros equipos y dispositivos de la red; evita que las paredes o estructuras de la propiedad inmobiliaria sean de plástico o adaptadas para el paso de cables.
La flexibilidad del Wi-Fi es tan grande que se hizo viable la implementación de redes que hacen uso de esta tecnología en los más variados lugares, principalmente por el hecho de que las ventajas mencionadas en el párrafo anterior muchas veces resultan en disminución de costos.
Así, es común encontrar redes Wi-Fi disponibles en hoteles, aeropuertos, carreteras, bares, restaurantes, centros comerciales, escuelas, universidades, oficinas, hospitales, y muchos más sitios. Para utilizar estas redes, solo es necesario que el usuario tenga un ordenador portátil, smartphone o cualquier dispositivo compatible con Wi-Fi.
La idea de redes inalámbricas, no es nueva. La industria se preocupa por este tema hace tiempo, pero la falta de estandarización de normas y especificaciones se mostró como un obstáculo, después de todo, varios grupos de investigación trabajaban con propuestas diferentes.
Por esta razón, algunas empresas como 3Com, Nokia, Lucent Technologies y Symbol Technologies (adquirida por Motorola) se unieron para crear un grupo para hacer frente a este tema y, así, nació en 1999, la Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), que pasó a llamarse Wi-Fi Alliance en el año 2003.
Así como sucede con otros consorcios de estandarización de tecnologías, el número de empresas que se asocian a la Wi-Fi Alliance aumenta constantemente. La WECA pasó a trabajar con las especificaciones IEEE 802.11 que, en realidad, no son muy diferentes de las especificaciones IEEE 802.3. Este último conjunto es conocido por el nombre de Ethernet y simplemente consiste en la gran mayoría de las tradicionales redes con cable. Esencialmente, lo que cambia de un estándar al otro son sus características de conexión: un tipo funciona con cables, el otro, por radiofrecuencia.
La ventaja de esto es que no fue necesaria la creación de ningún protocolo específico para la comunicación de redes sin cables basada en esta tecnología. Con esto, es posible incluso contar con redes que utilizan ambos estándares.
Pero WECA aún debía lidiar con otra cuestión: un nombre apropiado a la tecnología, que fuera de fácil pronunciación y que permitiera una rápida asociación a su propuesta, esto es, las redes inalámbricas. Para ello, contrató a una empresa especializada en marcas, Interbrand, que acabó no solo creando la denominación Wi-Fi (probablemente con base en tal término «Wileress Fidelity»), sino también el logotipo de la tecnología. La denominación ha tenido tanta aceptación que WECA decidió cambiar su nombre en el 2003 a Wi-Fi Alliance, como se ha informado.
Al llegar a este punto del texto, es natural que te estés preguntando cómo funciona el Wi-Fi. Como ya sabes, la tecnología se basa en el estándar IEEE 802.11. Pero esto no significa que todos los productos que trabajen con estas especificaciones también serán Wi-Fi.
Para que un producto reciba un sello con esta marca, es necesario que sea evaluado y certificado por la Wi-Fi Alliance. Esta es una forma de garantizar al usuario que todos los productos con el sello Wi-Fi Certified siguen normas de funcionalidad que garantizan la inter-operabilidad con otros equipos.
Sin embargo, esto no significa que los dispositivos que no cuentan con un sello no funcionarán con dispositivos que sí lo posean (aún así, siempre es mejor elegir productos certificados para evitar riesgos y problemas).
El estándar 802.11 establece normas para la creación y para el uso de las redes inalámbricas. La transmisión de este tipo de red es hecha por señales de radiofrecuencia, que se propagan por el aire y pueden cubrir áreas en la casa de cientos de metros.
Como hay una gran variedad de servicios que pueden emplear señales de radio, es fundamental que cada uno actúe según las exigencias que establece el gobierno de cada país. Esta es una buena forma de evitar inconvenientes, especialmente interferencias.
Existen, sin embargo, algunos segmentos de frecuencia que pueden ser utilizados sin necesidad de aprobación directa de las entidades apropiadas de cada gobierno: las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical), que pueden funcionar, entre otros, con los siguientes intervalos: 902 MHz – 928 MHz; 2,4 GHz – 2,485 GHz y 5,15 GHz – 5,825 GHz (dependiendo del país, estos límites pueden sufrir variaciones).
Vamos a conocer las versiones más importantes del 802.11, pero antes, para facilitar la comprensión, es conveniente saber que, para una red de este tipo sea establecida, es necesario que los dispositivos (también llamados STA) se conecten a los aparatos que faciliten el acceso. Estos son los genéricamente denominados Access Point (AP). Cuando uno o más de STAs se conectan a un AP, se tiene, por tanto, una red, que es denominada Basic Service Set (BSS).
Por cuestiones de seguridad y por la posibilidad de que haya más de un BSS en un lugar determinado (por ejemplo, dos redes wireless que fueron creadas por diferentes empresas en un área de eventos), es clave que cada uno reciba una identificación llamada Service Set Identifier (SSID), un conjunto de caracteres que, después de definido, se inserta en el encabezado de cada paquete de datos de la red. En otras palabras, el SSID es el nombre dado a cada red inalámbrica.
La primera versión del estándar 802.11 fue lanzada en 1997, después de 7 años de estudios, aproximadamente. Con el surgimiento de nuevas versiones (que serán abordadas más adelante), la versión original pasó a ser conocida como 802.11-1997 o 802.11 legacy.
Por tratarse de una tecnología de transmisión por radiofrecuencia, el IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) determinó que el estándar pudiera operar en el rango de frecuencias de 2,4 GHz y 2.4835 GHz, una de las ya mencionadas bandas ISM.
Su tasa de transmisión de datos es de 1 Mb/s o 2 Mb/s (megabits por segundo), y es posible utilizar las técnicas de transmisión Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) y Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).
Estas técnicas permiten transmisiones utilizando varios canales dentro de una frecuencia, sin embargo, la DSSS crea varios segmentos de la información transmitida y las envía simultáneamente a los canales.
La técnica FHSS, a su vez, utiliza un esquema de «salto de frecuencia», donde la información transmitida utiliza una frecuencia en cierto período y, por el otro, utiliza otra frecuencia.
Esta característica hace que el FHSS tenga una velocidad de transmisión de datos un poco menor, por otro lado, hace que la transmisión sea menos susceptible a interferencias, una vez que la frecuencia utilizada cambia constantemente. El DSSS termina siendo más rápido, pero tiene más posibilidades de sufrir interferencia, una vez que se hace uso de todos los canales al mismo tiempo.
En 1999 se publicó una actualización del estándar 802.11 que recibió el nombre de 802.11b. La principal característica de esta versión es la posibilidad de establecer conexiones en las siguientes velocidades de transmisión: 1 Mb/s, 2 Mb/s, 5,5 Mb/s y 11 Mb/s.
El intervalo de frecuencias es el mismo utilizado por el 802.11 original (entre 2,4 y 2.4835 GHz), pero la técnica de transmisión se limita al espectro ensanchado por secuencia directa, una vez que el FHSS acaba no teniendo en cuenta las normas establecidas por la Federal Communications Commission (FCC) cuando se utiliza en transmisiones con tasas superiores a 2 Mb/s.
Para trabajar de manera efectiva con las velocidades de 5.5 Mb/s y 11 Mb/s, 802.11b también utiliza una técnica llamada Complementary Code Keying (CCK).
El área de cobertura de una transmisión 802.11b puede llegar, en teoría, a 400 metros en entornos abiertos y puede alcanzar una franja de 50 metros en lugares cerrados (tales como oficinas y hogares).
Es importante indicar, sin embargo, que el alcance de la transmisión puede sufrir la influencia de una serie de factores, tales como objetos que causan interferencia o impiden la propagación de la transmisión a partir del punto en que se encuentran.
Es interesante notar que, para mantener la transmisión lo más funcional posible, el estándar 802.11b (y los estándares sucesores) puede hacer que la tasa de transmisión de datos disminuya hasta llegar a su límite mínimo (1 Mb/s) a medida que una estación está más lejos del punto de acceso.
Lo contrario también ocurre: cuanto más cerca del punto de acceso, mayor puede ser la velocidad de transmisión.
El estándar 802.11b fue el primero en ser adoptado en gran escala, siendo, por tanto, uno de los responsables de la popularización de las redes Wi-Fi.
El estándar 802.11a fue lanzado a finales del año de 1999, casi en la misma época que la versión 802.11b.
Su principal característica es la posibilidad de operar con tasas de transmisión de datos en los siguientes valores: 6 Mb/s, 9 Mb/s, 12 Mb/s, 18 Mb/s, 24 Mb/s, 36 Mb/s, 48 Mb/s y 54 Mb/s. El alcance geográfico de su transmisión es de aproximadamente 50 metros. Sin embargo, su frecuencia de operación es diferente del estándar 802.11 original: 5 GHz, con canales de 20 MHz dentro de esta gama.
Por un lado, el uso de esta frecuencia es conveniente por presentar menos posibilidades de interferencia, después de todo, este valor es poco utilizado. Por otro, puede traer ciertos problemas, ya que muchos países no cuentan con reglamento para esa frecuencia. Además, esta característica puede hacer que haya dificultades de comunicación con los dispositivos que operan en los estándares 802.11 y 802.11b.
Un detalle importante es que en vez de utilizar DSSS o FHSS, el estándar 802.11a hace uso de una técnica conocida como Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). En ella, la información a ser transferida se divide en varios pequeños conjuntos de datos que son transmitidos simultáneamente en diferentes frecuencias. Estos son utilizados de forma que una interfiera con la otra, haciendo que la técnica OFDM funcione de manera bastante satisfactoria.
A pesar de ofrecer tasas de transmisión mayores, el estándar 802.11a no llegó a ser tan popular como el estándar 802.11b.
El estándar 802.11g fue lanzado en 2003 y es conocido como el sucesor natural de la versión 802.11b, ya que es totalmente compatible con este.
Esto significa que un dispositivo que opera con 802.11g puede comunicarse con otro que trabaja con 802.11b sin ningún problema, excepto el hecho de que la tasa de transmisión de datos, obviamente, limita el máximo admitido por este último.
El principal atractivo del estándar 802.11g es poder trabajar con tasas de transmisión de hasta 54 Mb/s, así como sucede con el estándar 802.11a.
Sin embargo, a diferencia de esta versión, el 802.11g opera con frecuencias en la banda de 2,4 GHz (canales de 20 MHz) y tiene casi el mismo poder de cobertura de su predecesor, el estándar 802.11b.
La técnica de transmisión utilizada en esta versión también es OFDM, sin embargo, cuando se realiza la comunicación con un dispositivo 802.11b, la técnica de transmisión pasa a ser la DSSS.
El desarrollo de la especificación 802.11n se inició en 2004 y finalizó en septiembre de 2009. Durante este período, se han lanzado varios dispositivos compatibles con la versión no terminada del estándar.
El protocolo 802.11n tiene como principal característica el uso de un esquema llamado Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), capaz de aumentar considerablemente las tasas de transferencia de datos por medio de la combinación de varias vías de transmisión (antenas). Con esto, es posible, por ejemplo, el uso de dos, tres o cuatro emisores y receptores para el funcionamiento de la red.
Una de las configuraciones más comunes en este caso es el uso de puntos de acceso que utilizan tres antenas (tres vías de transmisión) y de STAs con la misma cantidad de receptores. Sumando esta característica de combinación con el perfeccionamiento de sus especificaciones, el protocolo 802.11n es capaz de hacer transmisiones en el rango de 300 Mb/s y, teóricamente, puede alcanzar velocidades de hasta 600 Mb/s. En el modo de transmisión más simple, con una vía de transmisión, el 802.11n puede llegar a los 150 Mb/s.
En relación a su frecuencia, el estándar 802.11n puede trabajar con las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz, lo que lo hace compatible con los estándares anteriores, incluso con el 802.11a. Cada canal dentro de esas pistas tiene, por defecto, ancho de 40 MHz.
Su técnica de transmisión estándar es la OFDM, pero con ciertas modificaciones, debido al uso del esquema MIMO, siendo, por eso, muchas veces llamado MIMO-OFDM. Algunos estudios apuntan a que su área de cobertura puede pasar de 400 metros.
El sucesor del 802.11n es el estándar 802.11ac, cuyas especificaciones se han desarrollado casi totalmente entre los años 2011 y 2013, con la aprobación final de sus características por parte de la IEEE en 2014.
La principal ventaja del 802.11ac está en su velocidad, estimada en hasta 433 Mb/s en el modo más simple. Pero, en teoría, es posible hacer que la red supere los 6 Gb/s en un modo más avanzado que utiliza múltiples vías de transmisión (antenas), con un máximo de ocho. La tendencia es que la industria priorice equipos con el uso de hasta tres antenas, haciendo que la velocidad máxima sea de alrededor 1,3 Gb/s.
También llamado WiFi 5G, el 802.11ac trabaja en la frecuencia de 5 GHz, siendo que, dentro de esta gama, cada canal puede tener, por defecto, el ancho de 80 MHz (160 MHz opcional).
El protocolo 802.11ac también cuenta con las técnicas más avanzadas de modulación. Más precisamente, trabaja con el esquema MU-MUMO (Multi-User MIMO), que permite la transmisión y recepción de la señal de varios terminales, como si estos trabajaran de manera colaborativa, en la misma frecuencia.
Se destaca también el uso de un método de transmisión llamado Beamforming (también conocido como TxBF), que en el estándar 802.11n es opcional: se trata de una tecnología que permite al aparato transmisor (como un router) evaluar la comunicación con un dispositivo cliente para optimizar la transmisión en su dirección.
El estándar IEEE 802.11 ha tenido (y tendrá) otras versiones además de las mencionadas anteriormente, que no se han hecho populares por diversos motivos.
Uno de ellos es el estándar 802.11d, que se aplica solo en algunos países en los que, por algún motivo, no es posible utilizar algunos de los otros estándares establecidos. Otro ejemplo es el estándar 802.11e, cuyo foco principal es el QoS (Quality of Service) de las transmisiones, esto es, la calidad del servicio. Esto hace que este modelo sea interesante para las aplicaciones que están severamente afectadas por el ruido (interferencias), tales como las comunicaciones por VoIP.
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También merece ser destacado el estándar 802.11h. En realidad, este no es más que una versión del 802.11a que cuenta con recursos de modificación de la frecuencia y la señal de control. Esto, porque la frecuencia de 5 GHz (usada por el 802.11a) es aplicada en una variedad de sistemas en Europa.
Hay varias otras características, pero a no ser por motivos específicos, es conveniente trabajar con las versiones más populares, preferentemente con la más reciente.
En este artículo se hizo una presentación básica de las principales características que implican el Wi-Fi. Sus explicaciones pueden ayudar a cualquiera que desee entender un poco más del funcionamiento de las redes inalámbricas que se basan en esta tecnología y que puede servir de introducción para aquellos que quieran profundizar más en el tema.
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