Redes wireless

Tema 7

Redes Inalámbricas y
Movilidad

Sumario
• LANs inalámbricas: IEEE 802.11 y
802.15
• Redes de telefonía celular: GSM, GPRS,
UMTS
• IP móvil

LANs Inalámbricas
• Comparación tecnologías, historia y
Modelo de Referencia
• Nivel físico
• Nivel MAC
• Ejemplos de aplicación
• Puentes inalámbricos
• Bluetooth (IEEE 802.15)

Comparación tecnologías inalámbricas móviles
Tipo de red WWAN WLAN WPAN (Wireless
(Wireless WAN) (Wireless LAN) Personal Area
Network)
Estándar GSM/GPRS/UMTS IEEE 802.11 IEEE 802.15
(Bluetooth)
Velocidad 9,6/170/2000 Kb/s 1-2-11-54 Mb/s(*) 721 Kb/s
Frecuencia 0,9/1,8/2,1 GHz 2,4 y 5 GHz 2,4 GHz
Infrarrojos
Rango 35 Km 70 - 150 m 10 m
Técnica radio Varias FHSS, DSSS, OFDM FHSS
Itinerancia (roaming) Sí Sí No
Equivalente a: Conexión telef. LAN Cables de conexión
(módem)
(*)
Las velocidades bajas (1-2 Mb/s) corresponden a la norma 802.11 antigua

Alcance de las ondas de radio
en función de la frecuencia
Enlace punto a multipunto
Enlace punto a punto (antena omnidireccional)
(antena direccional)

Alcance (Km) Alcance (Km)

Historia de las WLAN (Wireless LANs)
Fecha Evento
1986 Primeras WLANs. 900 MHz (860 Kb/s). No
disponible en Europa.
1993 WLANs de 1 y 2 Mb/s en banda de 2,4 GHz.
Primeras disponibles en Europa
7/1997 IEEE aprueba 802.11. 1 y 2 Mb/s. Banda de 2,4 GHz
e infrarrojos.
1998 Primeros sistemas de11 Mb/s a 2,4 GHz.
Preestándar 802.11b.
9/1999 IEEE aprueba 802.11b (hasta 11 Mb/s, 2,4 GHz) y
802.11a (hasta 54 Mb/s, 5 GHz, no disp. en Europa)
12/2001 Primeros productos comerciales 802.11a
12/2001 Borrador 802.11e (QoS en WLANs)
2003 IEEE aprueba 802.11g (hasta 54 Mb/s, 2,4 GHz)

Modelo de Referencia de 802.11

Subcapa LLC

Subcapa MAC:
Acceso al medio (CSMA/CA)
Capa de enlace Acuses de recibo
Fragmentación
Confidencialidad (WEP)

PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

Capa física
PMD (Physical Media Dependent)

Infrarrojos FHSS DSSS OFDM

Nivel físico en 802.11
• Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma
habitación
• Radio:
– FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo
rendimiento, poco utilizado actualmente.
– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y
alcance. El más utilizado hoy en día.
– OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usa banda
de 5 GHz (menor alcance que 2,4 GHz). Solo permitida en EEUU y
Japón.
• Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden
interoperar entre sí. No hay equipos ‘multisistema’ (la etapa
de radio es diferente en cada caso).

Medios del nivel físico en 802.11
Medio físico Infrarrojos FHSS DSSS OFDM
Banda 850 – 950 nm 2,4 GHz 2,4 GHz 5 GHz
Velocidades* 1 y 2 (802.11) 1 y 2 (802.11) 1, 2 (802.11) 6, 9, 12, 18, 24,
(Mb/s) 5.5, 11 (802.11b) 36, 48 y 54
(802.11a)
6, 9, 12, 18, 22,
24, 33, 36, 48 y
54 (802.11g)

Alcance 20 m 150 m 30 m 5m
(a vel. Max.) (802.11b)
Utilización Muy rara Poca. Mucha Poca
A extinguir
Características No atraviesa Interferencias Buen Solo en EEUU
paredes Bluetooth y rendimiento y y Japón
hornos alcance
microondas

*
Las velocidades en negrita son obligatorias, las demás son opcionales

Velocidad en función del alcance para 802.11
60

50
Velocidad (Mb/s)

40
DSSS (2,4 GHz)
OFDM (5 GHz)

30

20

10

0
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76
Alcance (m)
•Valores medios para interior en ambientes de oficina.
•En exteriores los alcances pueden ser hasta cinco veces mayores.
•El alcance real depende del entorno.
•Los equipos se adaptan automáticamente a la máxima velocidad posible en cada
caso

Espectro electromagnético
• La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada por la
ITU-R y se requiere licencia para emitir
• La ITU-R divide el mundo en tres regiones, Europa es la región
1. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (
http://www.itu.int/brfreqalloc/). Algunos países tienen
normativas propias más restrictivas (ver p. ej. http://
www.setsi.mcyt.es).
• Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el
IEEE decidió asignar para esto algunas de las bandas ISM
(designadas para aplicaciones de tipo industrial-cientifico-
médico, Industrial-Scientific-Medical).
• Las frecuencias exactas de la banda ISM difieren para cada
región, e incluso para algunos países.

Bandas designadas por la ITU para
aplicaciones ISM
Banda Anchura Uso en WLAN
13 553 – 13 567 kHz 14 kHz No
26 957 – 27 283 kHz 326 kHz No
40.66 – 40.7 MHz 40 kHz No
902 – 928 MHz* 26 MHz Sistemas propietarios antiguos
(solo en EEUU y Canadá)
2 400 – 2 500 MHz 100 MHz 802.11, 802.11b, 802.11 g
5 725 – 5 875 MHz 150 MHz 802.11 a
24 – 24.25 GHz 250 MHz No

* Solo autorizada en región 2 (EEUU y Canadá)

Espectro Disperso
• Para reducir la interferencia en la banda de 2,4
GHz las emisiones de más de 1 mW se han de
hacer en espectro disperso
• Hay dos formas de hacer una emisión de espectro
disperso:
– Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va
cambiando continuamente de canal. El receptor ha de
seguirlo.
– Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea
un canal muy ancho. La potencia de emisión es similar
al caso anterior, pero al repartirse en una banda mucho
mas ancha la señal es de baja intensidad (poca potencia
por Hz).

Frequency Hopping vs Direct
Sequence
2,4835 GHz C. 78 2,4835 GHz
C. 73 Canal 13

Frecuencia
Frecuencia

C. 58

C. 45
20 ms Canal 7 Interferencia
Interferencia
C. 20
1 MHz C. 9 22 MHz Canal 1

2,4 GHz 2,4 GHz
Tiempo Tiempo
Frequency Hopping Direct Sequence

•El emisor cambia de canal continuamente •El canal es muy ancho; la señal contiene
(unas 50 veces por segundo) mucha información redundante
•Cuando el canal coincide con la •Aunque haya interferencia el receptor
interferencia la señal no se recibe; la trama puede extraer los datos de la señal
se retransmite en el siguiente salto

Sequence

Sequence
1 MHz

100

Potencia (mW/Hz)
Potencia (mW/Hz)

22 MHz

5

Frecuencia (MHz) Frecuencia (MHz)
Frequency Hopping Direct Sequence
Señal concentrada, gran intensidad Señal dispersa, baja intensidad
Elevada relación S/R Reducida relación S/R
Área bajo la curva: 100 mW Área bajo la curva: 100 mW

Canales 802.11b DSSS a 2,4 GHz
Canal Frecuencia Región ITU-R o país
central (MHz)
América EMEA Japón Israel China

1 2412 X X X - X
2 2417 X X X - X
3 2422 X X X X X
4 2427 X X X X X
5 2432 X X X X X
6 2437 X X X X X
7 2442 X X X X X
8 2447 X X X X X
9 2452 X X X X X
10 2457 X X X - X
11 2462 X X X - X
12 2467 - X X - -
13 2472 - X X - -
14 2484 - - X - -
Anchura de canal: 22 MHz EMEA: Europa, Medio Oriente y África

Reparto de canales DSSS a 2,4GHz

Canal → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

5 10
4 9
2,4000 GHz 3 8 13 2,4835 GHz
2 7 12
1 6 11 14

1 7 13
Europa (canales 1 a 13)

1 6 11
EEUU y Canadá (canales 1 a 11)

22 MHz

Canales DSSS simultáneos
• Si se quiere utilizar más de un canal en una misma
zona hay que elegir frecuencias que no se solapen.
El máximo es de tres canales:
– EEUU y Canadá: canales 1, 6 y 11
– Europa: canales 1, 7 y 13
– Japón: solo se puede utilizar el canal 14
• Francia y España tenían hasta hace poco (2001)
normativas más restrictivas en frecuencias, que no
permitían más que un canal no solapado
• Con diferentes canales se pueden constituir LANs
inalámbricas independientes en una misma zona

Banda de 5 GHz (802.11a)
• Para 802.11a el IEEE ha elegido la banda de 5 GHz, que
permite canales de mayor ancho de banda
• Un equipo 802.11a no puede interoperar con uno 802.11b.
La parte de radio es completamente diferente
• En EEUU la FCC ha asignado esta banda para 802.11a
• En Europa esta banda se asignó hace tiempo a
HIPERLAN/2, WLAN de alta velocidad estandarizada por
ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
poco utilizada en la práctica.
• La aprobación de 802.11a en Europa está pendiente de
realizar modificaciones que le permitan coexistir con
HIPERLAN/2

Canales 802.11a a 5 GHz
Canal Frecuencia Región ITU-R o país
central (MHz)
América Japón Singapur Taiwan

34 5170 - I - -
36 5180 I - I -
38 5190 - I - -
40 5200 I - I -
42 5210 - I - -
44 5220 I - I -
I: Uso interiores
46 5230 - I - - E: Uso exteriores
48 5240 I - I -
52 5260 I/E - - I
56 5280 I/E - - I
60 5300 I/E - - I Anchura
64 5320 I/E - - I de canal:
20 MHz
149 5745 - - - -
153 5765 - - - -
157 5785 - - - -
161 5805 - - - -

Interferencias
• Externas:
– Bluetooth interfiere con FHSS (usan la misma banda). Interfiere
menos con DSSS.
– Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con
FHSS. También hay reportadas interferencias entre hornos de
microondas y 802.11 FHSS(misma banda). A DSSS no le afectan.
– Otros dispositivos que funciona en 2,4 GHz (teléfonos inalámbricos,
mandos a distancia de puertas de garage, etc.) tienen una potencia
demasiado baja para interferir con las WLANs
– En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisión
• Internas (de la propia señal):
– Debidas a multitrayectoria (rebotes)

Interferencia debida a la multitrayectoria

•Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal
que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos.
•La señal puede llegar a anularse por completo si el retraso de la onda
reflejada coincide con media longitud de onda. En estos casos un leve
movimiento de la antena resuelve el problema.
•FHSS es más resistente a la interferencia multitrayectoria que DSSS.
Pero hoy en día este problema se resuelve con antenas diversidad

Antenas diversidad
• El equipo (normalmente un punto de acceso)
tiene dos antenas. El proceso es el siguiente:
– El equipo recibe la señal por las dos antenas y compara,
eligiendo la que le da mejor calidad de señal. El
proceso se realiza de forma independiente para cada
trama recibida, utilizando el preámbulo (128 bits en
DSSS) para hacer la medida
– Para emitir a esa estación se usa la antena que dió
mejor señal en recepción la última vez
– Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la
otra antena y reintenta
• Las dos antenas cubren la misma zona
• Al resolver el problema de la interferencia multitrayectoria
de DSSS el uso de FHSS ha caído en desuso

LANs Inalámbricas
• Comparación tecnologías, historia y
Modelo de referencia
• Nivel físico
• Nivel MAC

Red ‘ad hoc’ o BSS (Basic Service Set)

PC portátil
Para que los portátiles
puedan salir a Internet este 147.156.2.2/24
PC puede actuar de router

PC de
sobremesa
147.156.2.1/24
Tarjeta PCI

147.156.1.15/24 PC portátil
147.156.2.3/24

Tarjeta PCMCIA

Las tramas se transmiten
Internet directamente de emisor a
PC portátil receptor
147.156.2.4/24

Protocolo MAC de 802.11
• El protocolo MAC utiliza una variante de
Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense
Multiple Access/Colision Avoidance)
• No puede usarse CSMA/CD porque el
emisor de radio una vez empieza a
transmitir no puede detectar si hay otras
emisiones en marcha (no puede distinguir
otras emisiones de la suya propia)

Protocolo CSMA/CA
• Cuando una estación quiere enviar una trama escucha
primero para ver si alguien está transmitiendo.
• Si el canal está libre la estación transmite
• Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba
su ACK, después se espera un tiempo aleatorio (siempre
superior a un mínimo prefijado) y transmite. El tiempo en
espera se mide por intervalos de duración constante
• Al terminar espera a que el receptor le envíe una
confirmación (ACK). Si esta no se produce dentro de un
tiempo prefijado considera que se ha producido una
colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio

Algoritmo de retroceso de CSMA/CA
DIFS (50ms) SIFS (10ms)

Emisor (A) Trama de Datos

Receptor (B) ACK

DIFS

Segundo emisor (C) Trama de Datos

Tiempo de retención Tiempo aleatorio
(Carrier Sense)
DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame Space
SIFS: Short Inter Frame Space

Espaciado entre tramas en 802.11

Colisiones
• Pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan
el mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio)
para transmitir después de la emisión en curso.
• En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el
rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a
Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión,
infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK
esperado
• También se produce una colisión cuando dos estaciones
deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo
es mínimo. Para una distancia entre estaciones de 70m el
tiempo que tarda en llegar la señal es de 0,23 µs

Fragmentación
• En el nivel MAC de 802.11 se prevé la posibilidad de que
el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más
pequeños
• Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en
caso necesario es retransmitido por separado.
• Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien
puede decidir fragmentar las tramas grandes para que
tengan mas probabilidad de llegar al receptor
• La fragmentación permite enviar datos en entornos con
mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead
• Todas las estaciones están obligadas a soportar la
fragmentación en recepción, pero no en transmisión

Envío de una trama fragmentada
La separación entre ‘Frag n’ y ACK es de 10 ms (SIFS).
De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el envío.

El problema de la estación oculta
Alcance de B
Alcance de A Alcance de C

1 2
A B C
Tr. Tr.
3

70 m 70 m

1: A quiere transmitir 3. Se produce una 2: Mientras A está
una trama a B. Detecta colisión en la transmitiendo C quiere enviar
el medio libre y intersección por lo que una trama a B. Detecta el
transmite B no recibe ninguna de medio libre (pues no capta la
las dos tramas emisión de A) y transmite

Solución al problema de la estación oculta
1: RTS: Quiero enviar a 2: CTS: de acuerdo A, 3: Debo estar
B una trama de 500 envíame esa trama de callado durante los
bytes 500 bytes que dices próximos 500 bytes

A B C
RTS CTS CTS

Tr.
4

1: Antes de transmitir la trama A 2: B responde al RTS 3. C no capta el RTS, pero sí el
envía un mensaje RTS (Request To con un CTS (Clear To CTS. Sabe que no debe transmitir
Send) Send) durante el tiempo equivalente a
4. A envía su trama seguro de no 500 bytes
colisionar con otras estaciones

RTS/CTS
• El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual
Carrier Sense
• Permite a una estación reservar el medio durante una trama
para su uso exclusivo
• Si todas las estaciones se ‘escuchan’ directamente entre sí
el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead
importante, sobre todo en tramas pequeñas
• No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Lo que
lo soportan permiten indicar en un parámetro de
configuración a partir de que tamaño de trama se quiere
utilizar RTS/CTS. También se puede deshabilitar por
completo su uso, cosa bastante habitual

Detección virtual de portadora por medio
de RTS/CTS

RTS Datos
Emisor: A

CTS ACK
Receptor: B

No disponible
C

No disponible
D
Tiempo:

C y B están en el área de cobertura
de A, pero D no. En cambio D está
en el área de cobertura de B. C A B D

Red con un punto de acceso
La comunicación entre
dos estaciones siempre se
hace a través del punto de
acceso, que actúa como
PC táctil un puente PC portátil
147.156.1.22/24 147.156.1.23/24
Punto de
acceso (AP)

PC de sobremesa PDA
147.156.1.21/24 147.156.1.24/24

147.156.1.1/24

PC portátil Internet PC de sobremesa
147.156.1.20/24 147.156.1.25/24

Puntos de acceso
• Con puntos de acceso (AP) cada trama requiere
dos emisiones de radio (salvo que el destino esté
en la LAN y no en la WLAN).
• Aunque haya estaciones ocultas la comunicación
siempre es posible, pues se hace a través del AP
que siempre está accesible para todos
• Los AP son dispositivos fijos de la red. Por tanto:
– Sus antenas pueden situarse en lugares estratégicos, y
pueden ser de alta ganancia.
– Se pueden dotar de antenas diversidad (para evitar los
problemas de multitrayectoria)
– No tienen requerimientos de bajo consumo (no usan
baterías)

Topología de un ESS (Extended Service Set)
Canal 1 Canal 6

Sistema de
distribución (DS)

El DS es el medio de comunicación entre los AP.
Internet Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN

Formato de trama 802.11
Bytes 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4

Contro Dura- Direcció Direcció Direcció Seq. Direcció Dato Check
l ción n n n n s -
Trama 1 2 3 4 sum

Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

Vers. Tipo Subtipo Hacia Desde MF Reint Pwr Mas W O
DS DS .

MF: Indica que siguen más fragmentos
Reint.: Indica que esta trama es un reenvío
Pwr: Para ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estación
Mas: Advierte que el emisor tiene más tramas para enviar
W: La trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy)
Duración: Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta trama
Dirección n: Dirección de origen y destino. Dirección de est. base origen y destino.

Red con un AP cableado y un repetidor
Canal 1 Canal 1

Internet

Asociación de APs con estaciones
• Cuando una estación se enciende busca un AP en
su celda. Si recibe respuesta de varios atiende al
que le envía una señal más potente.
• La estación se registra con el AP elegido. Como
consecuencia de esto el AP le incluye en su tabla
MAC
• El AP se comporta para las estaciones de su celda
como un hub inalámbrico. En la conexión entre su
celda y el sistema de distribución el AP actúa
como un puente

Itinerancia (‘Handover’)
• Los AP envían regularmente (10 veces por segundo)
mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las
estaciones que se encuentran en su zona
• Si una estación se mueve y cambia de celda detectará otro
AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la
itinerancia (‘handover’) sin que las conexiones se corten.
• Los estándares 802.11 no detallan como debe realizarse la
itinerancia, por lo que la interoperablidad en este aspecto
no siempre es posible
• Para corregirlo varios fabricantes han desarrollado el IAPP
(Inter-Access Point Protocol)

Tres Access Point superpuestos
Las estaciones se sintonizan a
cualquiera de los tres canales

Cada canal dispone
de 11 Mb/s de
capacidad

En este caso es
imprescindible
utilizar canales no
solapados

Canal 13
Canal 7 Los APs se pueden
Canal 1 conectar a puertos de un
conmutador y asignar a
diferentes VLANs

Internet

Ahorro de energía
• Importante en WLANs ya que muchos dispositivos
funcionan con baterías
• Muchos equipos contemplan un modo de funcionamiento
latente o ‘standby’ de bajo consumo en el que no pueden
recibir tramas
• Antes de ‘echarse a dormir’ las estaciones deben avisar a
su AP, para que retenga las tramas que se les envíen
durante ese tiempo.
• Periódicamente las estaciones dormidas han de
‘despertarse’ y escuchar si el AP tiene algo para ellos
• El AP descarta las tramas retenidas cuando ha pasado un
tiempo sin que sean solicitadas

Rendimiento
• El rendimiento real suele ser el 50-60% de la velocidad nominal.
Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor
de los casos.
• El overhead se debe a:
– Mensajes de ACK (uno por trama)
– Mensajes RTS/CTS (si se usan)
– Fragmentación (si se produce)
– Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos
entre tramas)
– Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de
antena, etc.) e información de control, que indica entre otras
cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que
se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y
DSSS, 6 Mb/s en OFDM). Solo por esto el rendimiento de
DSSS a 11 Mb/s nunca puede ser mayor del 85% (9,35
Mb/s)

Seguridad
• Los clientes y el punto de acceso se asocian
mediante un SSID (System Set Identifier) común.
• El SSID sirve para la identificación de los clientes
ante el punto de acceso, y permite crear grupos
‘lógicos’ independientes en la misma zona
(parecido a las VLANs)
• Esto no es en sí mismo una medida de seguridad,
sino un mecanismo para organizar y gestionar una
WLAN en zonas donde tengan que coexistir varias
en el mismo canal

Seguridad
• Se dispone de mecanismos de autentificación y de encriptación.
• La encriptación permite mantener la confidencialidad aun en
caso de que la emisión sea capturada por un extraño. El
mecanismo es opcional y se denomina WEP (Wireless
Equivalent Privacy). Se basa en encriptación de 40 o de 128
bits. También se usa en Bluetooth
• Recientemente se han detectado fallos en WEP que lo hacen
vulnerable (ver http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html). En
casos donde la seguridad sea importante se recomienda usar
túneles IPSec.
• Ver también: http://www.cisco.com/warp/public/779/smbiz/
wireless/wlan_security.shtml/

Salud
• La radiación electromagnética de 2,4 GHz es absorbida por el
agua y la calienta (hornos de microondas). Por tanto un emisor
WLAN podría calentar el tejido humano
• Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 mW máximo)
que el efecto es despreciable. Es mayor la influencia de un horno
de microondas en funcionamiento.
• Un terminal GSM transmite con hasta 600 mW y se tiene mucho
más cerca del cuerpo normalmente (aunque GSM no emite en la
banda de 2,4 GHz).
• Los equipos WLAN solo emiten cuando transmiten datos. Un
teléfono GSM emite mientras está encendido.
• Ver también: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc
/ao340ap/prodlit/rfhr_wi.htm

LANs Inalámbricas
• Comparación tecnologías inalámbricas
móviles, historia y Modelo de Referencia
• Nivel físico
• Nivel MAC
• Bluetooth (IEEE 802.15)

LAN inalámbrica en un almacén (caso 1)
•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP
•Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5,2 dBi)

Canal 1 Canal 13 Canal 7

260 m


600 m

LAN inalámbrica en un almacén (caso 2)
•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén
•Antenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi)

Canal 1

Canal 13

Canal 7

260 m

Canal 13

Canal 7

Canal 1

600 m

LAN inalámbrica en un campus
•Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi) montadas en pared
para el patio

Aula 1 Aula 2 Aula 3 Aula 4
Canal 6

Canal 11 Canal 1

260 m Pasillo

Aula 5 Aula 6 Aula 7 Aula 8


Edificio Patio
600 m

Ejemplos de antenas
Antena dipolo diversidad para contrarrestar Antena de parche para montaje
efectos multitrayectoria (2,14 dBi) en pared interior o exterior (8,5 dBi)
Alcance: 3 Km a 2 Mb/s, 1 Km a 11 Mb/s

Radiación horizontal

Relación antena-potencia
• Las normativas fijan una Ganancia (dBi) Pot. Máx. (mW)
potencia máxima de
emisión y una densidad de 0 100
potencia. Por tanto con una 2,2 50
antena de mucha ganancia
es preciso reducir la 5,2 30
potencia. 6 30
• Los límites varían según el 8,5 5
‘dominio regulatorio’. Por
12 5
ejemplo en el caso de
EMEA (Europa, Medio 13,5 5
Oriente y África) los 21 1
límites son los de la tabla
adjunta.

Puentes inalámbricos entre LANs
• Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs
inalámbricas pueden aprovecharse para unir LANs
entre sí
• Esto permite en ocasiones un ahorro considerable
de costos en alquiler de circuitos telefónicos
• Los dispositivos que se utilizan son puentes
inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso
• Como los puntos a unir no son móviles se pueden
usar antenas muy direccionales, con lo que el
alcance puede ser considerable

Configuración punto a punto

Hasta 10 Km
Visión directa

Cable coaxial de 50 Ω
de baja atenuación lo
más corto posible (30
m max.)
Ethernet Ethernet

Restricciones ETSI: Ganancia máxima: 20 dBi (antena parabólica)
Potencia máxima: 100 mW
Alcance máximo: 10 Km (visión directa)
Calculadora de alcances en función de potencias, ganancias, etc.:
http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/index.shtml

Antenas de largo alcance
Antena Yagi exterior (13,5 dBi) Antena Parabólica exterior (20 dBi)
Alcance: 6 Km a 2 Mb/s, 2 Km a 11 Mb/s Alcance: 10 Km a 2 Mb/s, 5 Km a 11 Mb/s

¿Qué se entiende por visión directa?
•No basta con ver la otra antena, es preciso tener una visión ‘amplia’
•En realidad se requiere una elipse libre de obstáculos entre antenas
•La vegetación puede crecer y obstaculizar la visión en alguna época del año

d + 2λ/2
d + λ/2

d
Primera zona Fresnel
Segunda zona Fresnel

Anchura zona Fresnel para 2,4 GHz:
Distancia 100 500 2 Km 10
m m Km
1ª Zona 3,5 m 8m 16 m 36 m
Fresnel
2ª Zona 5m 12 m 22 m 50 m
Fresnel

Técnicas para aumentar el alcance
Canal 10 Canal 11

Hasta Hasta
10 Km 10 Km

Hasta 11 Mb/s para cada enlace

Edificio A Canal 10 Edificio B Canal 10 Edificio C

Hasta Hasta
10 Km 10 Km

Hasta 11 Mb/s, compartidos entre ambos enlaces
Posible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS

Técnicas para aumentar la capacidad

Canal 1

Canal 7

Canal 13

Hasta 33 Mb/s

Imprescindible utilizar canales no solapados

Configuración multipunto
Antena omnidireccional o de
parche (o varias parabólicas)
Antena direccional
(parche, yagi o parabólica)

•Capacidad compartida por todos los
enlaces
•Posible problema de estación oculta.
Conveniente utilizar RTS/CTS

Precios productos 802.11b
(orientativos)
Equipos
Tarjeta PCMCIA $ 170
Tarjeta PCI $ 300
Punto de acceso $ 800
Puente $ 1300

Antenas
Dipolo estándar (2,14 dBi) $ 20
Omnidireccional alta ganancia (5,2 dBi) $ 160
Dipolo Diversidad (2,14 dBi) $ 190
Parche (9 dBi) $ 240
Yagi (13,5 dBi) $ 370
Parabólica (21 dBi) $ 1000

Bluetooth (IEEE 802.15)
• Objetivo: reemplazar cables de conexión entre
periféricos
• Esta tecnología se creó en el seno de un Grupo de
Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo
adoptó el IEEE como el comité 802.15
• Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X
unificó Dinamarca y Noruega
• Estándar aprobado por el IEEE en junio de 2002.

Nivel físico en Bluetooth
• Tecnología muy similar a 802.11 FHSS:
– Misma banda (2,4 GHz)
– Misma tecnología de radio (Frequency Hoping)
• Pero:
– Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles,
como PDAs, con baterías de baja capacidad)
– Alcance mucho menor (10 m)
– Velocidad más reducida (721 Kb/s)
– Cambio de frecuencias mucho más frecuente que en 802.11 (1600
en vez de 50 veces por segundo)
• Existe probabilidad de interferencia entre:
– Dos redes Bluetooth próximas
– Una red Bluetooth y una 802.11 a 2,4 GHz (sobre todo FHSS)
– Una red Bluetooth y un horno de microondas

Arquitectura y protocolo MAC de
Bluetooth
• Arquitectura:
– No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs
portátiles, PDAs, impresoras, etc.)
– Uno de los dispositivos de la red actúa como maestro y
el resto (máximo 7) como esclavos.
– El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y da las
señales de reloj para que el resto de dispositivos se
sincronicen con él.
• Protocolo MAC:
– El maestro se encarga de dar ‘turno de palabra’ a los
esclavos

Topología de una red Bluetooth

Dos ‘picoredes’ se pueden unir para formar una ‘scatternet’

Arquitectura de Bluetooth

Aplicaciones / Perfiles
Capa de aplicación

Audio Otros RFcomm Telefonía Descubrimiento Control
de Servicios Capa intermedia
(‘middleware’)
LLC

Protocolo de adaptación de LLC

Link Manager Capa de enlace

Banda Base

Nivel físico de radiofrecuencia Capa física

Formato de una trama Bluetooth
Bits 72 54 0-2744

Código de Cabecera Datos
acceso

Bits 3 4 1 1 1 8

Direcc. Tipo F A S Checksum Esta cabecera (18 bits) se envía
tres veces por seguridad

Access Code: identifica al maestro (puede haber más de uno accesible para el esclavo)

Addr: Dirección (máximo 8 estaciones)
Type: Tipo de trama, corrección de errores y longitud
F: Control de flujo
A: Acknowledgment
S: Num. Secuencia (protocolo de parada y espera)

Sumario
• LANs inalámbricas: IEEE 802.11 y 802.15
• Redes de telefonía celular: GSM, GPRS,
UMTS
• IP móvil

Historia
• Años 70: los laboratorios Bell prueban la telefonía celular
analógica (telefonía de 1ª generación, 1G). No estandarizada.
• Años 80: se comercializa la 1G, sobre todo en Norte de Europa.
Aparecen incompatibilidades entre países. En España, aparece
MoviLine.
• 1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea
el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefonía 2G
• 1989: La estandarización de GSM se traslada de CEPT a ETSI
• 1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz)
• 1993: Existen 36 redes GSM en 22 países diferentes
• 2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G).
Solución provisional para datos mientras llega UMTS (3G)

Objetivos de GSM
• Uso mas eficiente del espectro que la telefonía analógica,
utilizando técnicas de multiplexación en tiempo y
frecuencia.
• Incluir roaming internacional
• Terminales y sistema de bajo coste
• Buena calidad de voz (comparable a la telefonía fija)
• Ampliación de servicios
• Baja potencia de transmisión: reutilización de canales, al
no saturar canales de células vecinas
• Privacidad en las comunicaciones

Tipos de servicio

• Teleservicios: voz, SMS (Short Message
Service) de 160 bytes, fax, etc...
• Servicios portadores (datos)
• Servicios complementarios (llamadas en
espera, multiconferencias, identificación de
llamadas, etc...)

Radiofrecuencia (1/2)
• GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz
de anchura:
– 890-915 Mhz, desde la estación móvil a la estación
base (ascendente)
– 935-960 Mhz, desde la estación base a la estación
móvil (descendente)
• Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de
anchura cada uno.
• El primer canal está reservado, por lo que hay disponibles
124.
• También se han definido servicios en bandas de 1800 MHz
(denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado
PCS 1900, usado en América).

Asignación de frecuencias en telefonía
celular digital en el mundo

Asignación de frecuencias en telefonía
celular digital en Europa

DECT
GSM GSM DCS 1800 DCS 1800 UMTS UMTS
asc. desc. asc. desc. (FDD-TDD-MSS) (FDD-MSS)

890 935 1710 1785 1880 2025 2110 2200
915 960 1805 1900

MHz

Radiofrecuencia (2/2)
• Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access,
Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o ‘slots’
que dan servicio a otros tantos usuarios:

7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4

• La ranura asignada a una comunicación se cambia (en tiempo y
frecuencia) a razón de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency
hopping y se hace para evitar interferencias.
• Cada ranura transporta 22,8 Kb/s de información digital ‘en bruto’;
por ella se puede enviar voz (13,2 Kb/s) o datos (9,6 Kb/s).
• La combinación de una ranura de subida y una de bajada permite una
comunicación full dúplex. El número máximo de comunicaciones
simultáneas es teóricamente de 124*8=992. Sin embargo muchos
canales no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas.

Uso de frecuencias en GSM
Trama TDM

959,8 MHz 124
.
. Desc.
. (Base a
935,4 MHz 2 Móvil)
935,2 MHz 1

914,8 MHz 124
.
. Asc.
. (Móvil a
890,4 MHz 2 Base)
890,2 MHz 1

Tiempo
Canal
Frecuencia

Codificación de voz en GSM
• Una conversación telefónica normal ocupa en formato
digital 64 Kb/s ( 8.000 muestras de un byte por segundo)
• En GSM la voz se comprime según un algoritmo llamado
RPE-LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive
Coder) que da una calidad casi equivalente usando sólo
13,2 Kb/s
• Además en GSM solo se transmite cuando la persona habla
(transmisión discontinua o supresión de silencios). Esto
supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de
batería del emisor.
• Para evitar que el receptor crea que la conexión se ha
cortado la transmisión discontinua se acompaña de ruido
de confort.

Terminales GSM
• Los terminales puedes ser de tres tipos según su potencia:
– Fijos (en vehículos): 20 W (vatios)
– Portables (de maletín): 5 y 8 W
– De mano: 2 y 0,8 W
• El alcance máximo (independientemente de la potencia) es de 35
Km. Esto se debe al retardo máximo en la propagación de la
señal que requiere el uso de TDMA.
• Los terminales siempre operan a la mínima potencia posible
para que haya comunicación con la estación base. De esta forma
se minimiza la interferencia en las celdas vecinas.
• El BER se ha de mantener entre 10-6 y 10-8 . Si el BER es mayor
se aumenta la potencia (hasta llegar al máximo). Si el BER es
menor se disminuye, hasta llegar al mínimo, que es de 20 mW.

Celdas GSM
• El área atendida por una estación base (BTS) se denomina
celda.
• Todos los usuarios de una misma celda comparten los
canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de
una celda mas riesgo hay de que se produzca saturación.
• En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades)
se tiende a crear celdas pequeñas. En zonas rurales, con
densidad pequeña, se prefiere crear celdas grandes.
• Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un
cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar
interferencias.
• Cada cluster está formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, según
la topología del terreno y las circunstancias concretas de la
zona.

Arquitectura de una red GSM (1/2)

MSC MSC MSC NSS: Network
Switching Subsystem

MSC: Mobile Services switching Center

BSC BSC BSC
BSC: Base Station Controller

BTS BTS BTS BTS: Base Transceiver Station

BSS: Base Station Subsystem
Celda

MS: Mobile Station
MS MS MS
SIM: Subscriber Identity Module

Arquitectura de una red GSM (2/2)

BSC HLR VLR

BTS RTC
MSC (Red telefónica
BSC conmutada)
MS BTS
Estación Interfaz EIR AuC
Móvil Abis

Interfaz BSS (Subsistema Interfaz
Um de la estación base) A NSS (Subsistema de
conmutación de red)

HLR: Home Location Register
SIM: Subscriber Identity Module VLR: Visitor Location Register
MS: Mobile Station MSC: Mobile Services switching Center
BTS: Base Transceiver Station EIR: Equipment Identity Register
BSC: Base Station Controller AuC: Authentication Center
BSS: Base Station Subsystem NSS: Network Switching Subsystem

Mobile Station (MS)

• Mobile Station (MS) con potencia de 0,8 hasta 20
W (coches). Posee un número de serie o IMEI
International Mobile Equipment Identity (de 15
dígitos)
• Posee un módulo SIM (Subscriber Identity
Module) protegido con PIN (Personal
Identificacion Number)
• El módulo SIM contiene el International Mobile
Subscriber Identity IMSI, que es utilizado para
identificación del usuario.

Base Station Subsystem (BSS)

Se compone de dos partes:
• BTS: Base Transceiver Station, que incluye
transceptor y antenas (laminares o dipolos). Cada
BTS define una celda.
• BSC: Base Station Controller, se encarga de
handovers, saltos de frecuencia (frequency
hopping del CDMA). Actúa como concentrador de
tráfico.

NSS: Network Switching Subsystem (1/3)

Esta formada por ocho componentes:
1. MSC (Mobile Services Switching Center): Es el
componente central del NSS y se encarga de realizar las
labores de conmutación dentro de la red, así como de
proporcionar conexión con otras redes.
2. GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): es
un dispositivo traductor (puede ser software o hardware)
que se encarga de interconectar dos redes haciendo que
los protocolos de comunicaciones que existen an ambas
redes se entiendan, por ejemplo con la telefonía fija.

3. AuC (Authentication Center): se encarga de la
autentificación de los usuarios (utilizando el IMSI del
módulo SIM).
4. EIR (Equipment Identity Register): proporciona
seguridad a nivel de equipos válidos. Contiene una base
de datos con los IMEI de todas las MS autorizadas en la
red. Si una MS cuyo IMEI no está en el EIR trata de
hacer uso de la red se le rechaza.
5. GIWU (GSM Interworking Unit): sirve como interfaz de
comunicación entre diferentes redes para comunicación
de datos.
6. OSS (Operation Support Subsystem): controla y
monitoriza la red GSM


7. Home Location Register (HLR): base de datos
distribuida (única por red GSM) que contiene
información sobre localización y características de los
usuarios conectados a cada MSC.
8. Visitor Location Register (VLR): contiene toda la
información sobre un usuario de otra red necesaria para
que dicho usuario acceda a los servicios de red
(información extraída del HLR y MSC).

Roaming

• Se produce cuando tratamos de identificarnos y el
terminal no es capaz de encontrar la red.
• Permite que un usuario haga uso de una red
foránea (si el operador tiene acuerdo y el roaming
está habilitado)
• La red foránea obtiene el HLR del usuario y lo
incorpora en su VLR.
• El usuario visitante corre a cargo con el costo
extra cuando recibe una llamada.

Handover
• Al menos una vez por segundo el terminal GSM evalúa las
posibles alternativas a la estación base actual
• El terminal intenta cambiar a otra estación base cuando:
– La señal actual no cumple un nivel de calidad mínimo, o
– Otra estación base ofrece una señal de mayor calidad
• El cambio de estación se denomina handover o handoff. Tipos
de handover:
– De canales en la misma celda,
– De celdas (BTS) dentro de la misma BSC
– De celdas de BSCs diferentes pero que dependen del mismo
MSC
– De celdas que dependen de diferente MSC

GPRS (General Packet Radio Service)
• Es una nueva tecnología para la transmisión de datos en
redes móviles GSM. Conexión de ‘alta’ velocidad.
• Utiliza misma infraestructura radio que GSM.
• Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red
convencional GSM.
• Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más
eficiente del espectro
• Los usuarios están “permanentemente conectados”
• Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para
acceder a Internet.

Conmutación de paquetes vs circuitos

Conmutación de circuitos: Conmutación de paquetes:

• Necesidad de establecimiento de • Sin establecimiento de conexión
conexión • Canal compartido (1:N / N:M)
• Canal dedicado (1:1) • Facturación basada en información
transmitida
• Facturación basada en tiempo de
• Sólo permite aplicaciones en near
conexión real time
• Posibilidad de aplicaciones en • Una sobrecarga en el sistema resulta
tiempo real en una disminución de la velocidad
• Una sobrecarga en el sistema
resulta en una señal de ocupado

Características de GPRS
• La facturación se realiza por cantidad de datos transmitidos,
no por tiempo.
• El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que
sólo se factura por tráfico
• Los canales son compartidos por varios usuarios
• Se puede recibir simultáneamente voz y datos (terminales
clase A)
• Alcanza velocidades de hasta 171,2 Kb/s
• Incorpora un backbone para transmisión de datos en modo
paquete, paralelo al de modo circuito
• Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a
multipunto (p.ej. información de tiempo, tráfico, noticias, ...)

Arquitectura GPRS (1/4)
Los 2 elementos fundamentales de la arquitectura GPRS son SGSN y GGSN:
• SGSN (Serving GPRS Support Node)
– Es el elemento que gestiona todas las funciones de movilidad, autenticación y
registro en la red de las estaciones móviles.
– Está conectado al BSC y es el punto de acceso a la red GPRS cuando un
terminal solicita este servicio.
– Cuando una estación quiere enviar/recibir datos hacia o desde redes externas, el
SGSN intercambia los datos con el pertinente GGSN. Encapsula los paquetes.
• GGSN (Gateway GPRS Support Node)
– Se conecta a redes externas como Internet o X.25.
– Es un dispositivo de encaminamiento hacia una subred ya que hace que la
infraestructura de la red GPRS sea transparente vista desde fuera.
– Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico, comprueba si la
dirección está activa, y en caso afirmativo, envía los datos al SGSN.
– Encamina hacia la red correspondiente los datos que origina el móvil.

GSM GPRS
Red GSM INTERNET
INTERNET
HL
R
MSC GGSN

BSC PCU
SGSN

DATOS

VOZ

El GGSN se comporta como un router, de forma que “camufla” las
características especiales de la red GPRS desde el punto de vista de la
red externa
Red IP 155.222.31.0/24
GGSN
Red Red IP 131.44.15.0/24
Host móvil 155.222.31.55 GSM/GPRS
Red
Corporación 2
Host 191.200.44.21
Internet

Red Host 131.44.15.69
Corporación 1

Red IP 191.200.44.0/24
Routers

La red GPRS es una nueva red de Conmutación de Paquetes que se
superpone y convive con la actual estructura de Conmutación de
Circuitos propia de GSM
GSM BSS HLR
MSC/VLR RTB/RDSI

BTS GSM
BSC Conmutac
ión de Cir Otras redes
cuítos
GMSC

Internet
GP
Conmutac RS
ión de Paq
SGSN uetes
Intranet
GGSN

Tráfico de datos en GPRS
• GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con
cuatro posibles esquemas de codificación:

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4
9,05 Kb/s 13,4 Kb/s 15,6 Kb/s 21,4 Kb/s

• Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una
misma comunicación. La velocidad máxima teórica es de
21,4 * 8 = 171,2 Kb/s
• El número de ranuras y la codificación empleadas son
negociados entre la red y el usuario
• Se distingue entre la información real y la útil transmitida

Asignación de slots en GPRS
• Los slots se asignan dinámicamente según necesidades.
• Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo
establecer conexiones asimétricas.
• Ejemplos de asignación de slots en tramas TDMA:

Enlace Ascendente 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
1:1 { Enlace Descendente 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1



Velocidad en GPRS
Cada canal de radio: 8 ranuras 0 1 2 3 4 5 6 7

GSM: 1 conexión 1 ranura
1 conexión para datos 9.6 Kb/s

GPRS emplea hasta 8 ranuras (un canal
completo):
Esquema de Tasa por conexión Veloc. Max. Teórica
codif. (Kb/s) (Kb/s)
CS-1 9,05 72,4
CS-2 13,4 107,2
CS-3 15,6 124,8
CS-4 21,4 171,2
2 tipos de conexiones en GPRS:
•Estáticas: se usan única y exclusivamente para datos.
•Dinámicas: se usan para voz o datos. La voz tiene prioridad.

Direccionamiento en GPRS
El direccionamiento se realiza por medio de direcciones IP
• Según la naturaleza de estas direcciones tendremos:
– Direcciones IP Privadas: accesibles sólo dentro de un
entorno determinado dentro de la red
– Direcciones IP Públicas: accesibles desde cualquier
punto de Internet
• Según la asignación de estas direcciones tendremos:
– Direcciones IP Estáticas: estas direcciones irán
asociadas de forma estática vía el HLR
– Direcciones IP Dinámicas: estas direcciones se
obtienen de unos pools de direcciones gestionados
bien por el Operador de la red bien por una Entidad
Externa (como un servidor DHCP).

Clases de terminales móviles GPRS
(1/2)
CLASE C
El terminal sólo puede usarse para datos o para voz (pero no ambos) en función
de la configuración elegida. Se esperan en forma de tarjeta para introducir en PC
portátil
Útiles en servicios de telemetría, telecontrol, etc ...
CLASE B
Se pueden realizar y recibir llamadas en voz o en datos de manera secuencial.
Son los terminales disponibles actualmente (año 2002)

Datos Llamada voz
Siguen datos
establecida
Retenida
Fin llamada

Clases de terminales móviles GPRS
(2/2)
CLASE A
Soportan tráfico simultáneo. El usuario puede hacer y recibir llamadas en
los 2 tipos de servicio sin interrupción de ninguno de ellos

Datos
Llamada voz
establecida
Siguen datos

Estos terminales aún no están disponibles
Existen dudas sobre la viabilidad de su comercialización

UMTS (Universal Mobile Telecom System)
• Nueva tecnología radio, red de 3ª generación (3G)
• Red con mayor capacidad, completamente basada en conmutación de
paquetes
• Mayores velocidades de datos: hasta 2 Mbps en condiciones estáticas
(a menos de 10 km/h) y hasta 384 kbit/s con movilidad (en espacios
abiertos)
• Nuevos terminales (más potentes, con posibilidad de ser sistemas
abiertos y de ejecutar un sistema operativo).
• Nueva tarjeta SIM.
• Basado en la tecnología de WCDMA (Wideband Code Division
Multiple Access) que emplea espectro disperso. Permite enmascarar
señales con cadenas pseudoaleatorias para compartir mismo medio
• Utiliza IPv6 sobre backbone de ATM
• Pretende introducir VozIP (VoIP)

UMTS vs GPRS
Problemas de UMTS:
• Dudosa interoperabilidad de equipos de red (p.ej entre Europa,
EEUU y Japón)
• Dudosa disponibilidad de terminales (problemas de consumo)
• Cobertura sólo en ciudades de más de 250.000 habitantes
• Poca madurez y dudosa comercialización
Ventajas de GPRS:
• Desarrollo de Aplicaciones novedosas que serán utilizables en
UMTS
• Estímulo de los usuarios (especialmente empresas) en el uso de
aplicaciones de transmisión de datos en un entorno celular
• Aprendizaje del operador en este nuevo mercado y en la nueva
tecnología de datos

Movilidad y Portabilidad
• Movilidad: El host se traslada de una red origen a
una red destino. Se requiere que la conexión se
mantenga en todo momento mientras el host se
mueve.
• Portabilidad: Se requiere conexión en la red
origen y en la red destino, pero la conexión puede
perderse durante el cambio de una red a otra.
• En ambos casos se requiere una cierta
transparencia del usuario respecto al cambio de
ubicación

¿Qué es IP móvil?
• Mecanismo a nivel de red diseñado para permitir la
movilidad de un host en Internet de forma que se mantenga
en todo momento su dirección IP original, así como las
conexiones o sesiones que tuviera establecidas
• El cambio de router se produce dinámicamente y de forma
transparente a los niveles superiores. Las sesiones se
mantienen incluso durante el cambio de router, siempre y
cuando la comunicación se mantenga en todo momento,
aunque la velocidad de movimiento puede influir en este
factor
• IP móvil está diseñado para resolver el problema de la
‘macro’ movilidad, o sea entre redes diferentes. La ‘micro’
movilidad (entre células en una red inalámbrica) se
resuelve mejor con mecanismos a nivel de enlace.

Movilidad en IP: el problema
A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.0.0/16 por A
Red 147.156.0.0/16 A 152.48.0.0/16 por D
A 152.48.0.0/16 por D
Y X
147.156.135.22
A B C

Internet Ping 147.156.135.22
D

Red 152.48.0.0/16

A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.0.0/16 por A
A 152.48.0.0/16 por D
A 152.48.0.0/16 por D
Red 147.156.0.0/16

? X
A B C

Internet
Ping 147.156.135.22
Y D
147.156.135.22
¡Host Y queda inaccesible al cambiar de LAN!
Red 152.48.0.0/16

Solución DHCP + DNS dinámico
A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.0.0/16 por A A 152.48.0.0/16 por D
A 152.48.0.0/16 por D
Red 147.156.0.0/16

? X
A B C

Internet
Ping 147.156.135.22
Y D
147.156.135.22
Host queda inaccesible al cambiar de LAN
152.48.15.37 Red 152.48.0.0/16

•El host recibe una nueva dirección en la red visitada
•No requiere cambios de software en el host ni en los routers
•No se consigue transparencia, y las sesiones se interrumpen
•A pesar de eso es una solución aceptable (y recomendable) en la
mayoría de los casos (si solo se requiere portabilidad)

Solución LAM (Local Area Mobility)
Propietaria Cisco
A 147.156.0.0/16 por A A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.135.22/32 por B A 152.48.0.0/16 por D A 152.48.0.0/16 por D
A 147.156.135.22/32 por D
Red 147.156.0.0/16
X
A B C
Internet
Ping 147.156.135.22
Y D
147.156.135.22 A 147.156.135.22/32 por E0

Red 152.48.0.0/16

•Ofrece transparencia y portabilidad, pero no movilidad. No mantiene sesiones
•No requiere cambios de software en los hosts, solo en los routers
•Requiere propagar rutas host por toda la red
•Convergencia lenta
•Difícil realizar agregación de rutas
•Problemas de escalabilidad

Solución IP móvil
Túnel IP de A hacia D

A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.0.0/16 por A A 152.48.0.0/16 por D
Red 147.156.0.0/16 A 152.48.0.0/16 por D
X
A B C
Internet
Ping 147.156.135.22
Y D
147.156.135.22
Paquetes encapsulados

Red 152.48.0.0/16

•Se construye un túnel entre el router habitual (A) y el router ‘visitado’ (D).
•Ofrece completa transparencia y movilidad
•Requiere cambios de software en el host y en los routers
•La ruta resultante no es en general óptima

Terminología de IP móvil

Home network (HN): 147.156.0.0/16 Home Agent (HA)

X
Mobile Node (MN) A B C
Internet
Foreign network (FN):
Y D
152.48.0.0/16
Correspondent Node (CN)

Foreign Agent (FA)
Home Address (HAd):
147.156.135.22 Care of Address (CoA)

La ‘Care of Address’ es la dirección IP donde se termina el
túnel (en este caso la de la interfaz ethernet del router D)

Ventajas de IP móvil
• Sólo el HA (Home Agent) y el FA (Foreign Agent) necesitan
saber la ubicación del host móvil. Los demás routers realizan
encaminamiento de paquetes de la manera normal.
• Solo los routers y los hosts móviles necesitan nuevo software.
Transparente al resto de la red
• Escalable. Solo el HA y el FA almacenan información de estado
• El host móvil siempre está accesible en la misma dirección IP.
• Se produce ineficiencia por:
– Encapsulado (cabecera IP adicional)
– Ruta no óptima (problema de triangulación) como
consecuencia del túnel (sólo en el sentido CN→MN)

Funcionamiento de IP móvil
• Para el funcionamiento de IP móvil es fundamental que el MN localice
a su FA. Esto se hace por medio de extensiones al mecanismo de
Router Discovery (RFC 1256) que usa mensajes ICMP (Agent
Solicitation y Agent Advertisement)
• El MN emite a intervalos regulares mensajes de búsqueda de agentes
(Agent Solicitation). Si recibe respuesta del HA deduce que está ‘en su
casa’ (su HN) y no usa los servicios de IP móvil
• Si el MN recibe respuesta de un FA inspecciona el prefijo de red; si se
trata de una red extraña pide la CoA y envía un mensaje de registro a
su HA para que construya el túnel
• Por otro lado los agentes (HA y FA) se anuncian periódicamente en el
ámbito de su LAN (TTL = 1) e indican cuales son sus posibilidades
(actuar como HA, como FA o como ambos)
• Si el MN recibe un Agent Advertisement de un FA nuevo deduce que
ha cambiado de zona (quizá se está moviendo); entonces pide una
nueva CoA y se reregistra en su HA.

Proceso de IP móvil (simplificado)
lista de desplazados
(mobility binding)
HN: 147.156.0.0/16 MN CoA
147.156.135.22 152.48.0.1
147.156.0.1
HA CN
A B Internet C

CoA: 152.48.0.1 5
4
3

3
1 1: El MN busca y descubre al FA (Agent Solicitation)
147.156.135.22 MN D
HA: 147.156.0.1 2 FA 2: El FA le indica al MN la CoA
3: El MN se registra en el HA a través del FA
4: El HA construye el túnel y encapsula
Lista de vistantes paquetes del CN hacia el MN
FN: 152.48.0.0/16
MN HA 5: En sentido contrario el FA enruta paquetes
147.156.135.22 147.156.0.1 (sin pasar por el túnel) del MN hacia el CN

Si el MN se mueve y se conecta a través de otro FA el proceso se repite.
La nueva entrada del MN en la tabla del HA (con otra CoA) borra la anterior.
Esto permite el cambio de FA (‘roaming’) sin perder la comunicación.

Funcionamiento de IP móvil:
resumen
Proceso Mecanismo
Descubrimiento de Paquetes ICMP. Mensajes Agent
agentes (FA y/o HA) Solicitation y Agent Advertisement
Registro del MN en el HA Datagramas UDP.
vía el FA Mensajes Registration Request y
Registration Reply
Creación del túnel Opciones:
HA→FA •IP-en-IP
•Encapsulado mínimo
•GRE (Generic routing
encapsulation)

Seguridad en IP móvil
• La autentificación de los mensajes de registro
entre el MN y el HA es fundamental. De lo
contrario un impostor podría suplantar al MN
• Los mensajes de registro tienen una extensión de
autentificación basada en una clave hash MD5 y
un timestamp, para evitar los ‘replay attacks’.
• La autentificación es obligatoria para el registro
del MN en el HA y opcional en los demás casos

Comunicación de hosts de la HN con el MN
ARP Request:
HN: 147.156.0.0/16 ¿quién es 147.156.135.22? 1: Un datagrama de MN a X (que
está en la HN) llega sin problemas
usando las rutas estándar (D-B-A).

X HA 2: Pero un datagrama de X a MN no
A B llega: X lanza una ARP Request
(buscando la MAC de MN) que no es
respondida. X no sabe que MN está
MN D fuera de su red.
147.156.135.22
FA
3: Para evitarlo se utiliza el ‘Proxy
ARP’: el HA ‘suplanta’ al MN y
FN: 152.48.0.0/16 responde en su lugar a la ARP
Request, anunciando su propia
MAC para la IP del MN.
4: Para asegurar la rápida actualización de las
ARP caches, cuando el MN se va de la HN el HA
manda un mensaje ARP anunciando su
dirección MAC para la IP del MN, sin esperar
ningún ARP Request.
Esto se conoce como ‘Gratuitous ARP’.

Características de IP móvil
• El MN y el FA deben tener comunicación a nivel
de enlace, sin routers intermedios.
• El túnel es unidireccional, los datagramas de
vuelta (desde el MN al CN) siguen la ruta normal
estándar, sin túneles (salvo que el CN sea también
un MN).
• Pero si los routers tienen filtros rechazarán
datagramas que vengan de la FN (Foreign
Network) con dirección de origen HA (Home
Address); en ese caso hay que hacer el túnel
bidireccional (camino de vuelta a través del HA).

Problema de IP móvil en routers
con filtros

Red 147.156.0.0/16
CN
A B C
Internet

MN D
147.156.135.22
No aceptar paquetes permit ip 152.48.0.0 0.0.255.255 any
con IP origen ∉ deny ip any any
Red 152.48.0.0/16
152.48.0.0/16

1: El MN envía un datagrama 2: El router B revisa la dirección de origen
hacia el CN siguiendo la ruta del datagrama y lo rechaza pues no cumple
normal (D-B-C). la condición impuesta para esa interfaz

Túnel bidireccional: Solución al
problema de routers con filtros
4: A desencapsula el datagrama y lo
envía a CN por la ruta normal

Red 147.156.0.0/16
CN
Túnel bidireccional A 4 B C
3
Internet
2
MN D
147.156.135.22 1
No aceptar paquetes permit ip 152.48.0.0 0.0.255.255 any
Red 152.48.0.0/16 con IP origen ∉ deny ip any any
152.48.0.0/16

1: MN envía a D un datagrama para CN 3: B revisa el datagrama y lo acepta
pues la dirección de origen es D. Lo
envía por tanto hacia A
2: D encapsula el datagrama y lo
envía hacia A a través del túnel

IP móvil sin ‘Foreign Agent’
A 147.156.0.0/16 por A
A 147.156.0.0/16 por A A 152.48.0.0/16 por D
Red 147.156.0.0/16 Tú A 152.48.0.0/16 por D
el n
HA CN
IP
de
HA
ha A B C
147.156.135.22
MN
c ia
Internet
Ping 147.156.135.22
MN D

Paquetes encapsulados
Red 152.48.0.0/16
152.48.11.12 (CoA)

•Al MN se le asigna una IP de la red visitada (por DHCP u otro mecanismo)
•Esta IP actúa como Care of Address (‘co-located Care of Address’)
•El túnel va directamente desde el Home Agent hacia el Mobile Node
•Evita establecer un FA en cada red, pero requiere disponer en la red visitada de
un rango de direcciones reservado para CoA y el software del host es más
complejo

Encapsulado de IP Móvil
Cabecera IP Cabecera IP
túnel original
Ida:
HA FA(CoA) CN MN TCP/UDP Datos
Túnel HA → FA:

HA MN(CoA) CN MN TCP/UDP Datos
Túnel HA → MN:

Vuelta:
FA(CoA) HA MN CN TCP/UDP Datos
Túnel FA → HA:

MN(CoA) HA MN CN TCP/UDP
Túnel MN → HA:

IP origen

IP destino Datagrama original

Documentos sobre IP Móvil (IETF)
• RFCs (IPv4):
– IP Móvil:
• RFC 2002 (10/96)
• RFC 3220 (1/02)
• RFC 3344 (8/02)
– Encapsulado: RFC 2003, RFC 2004, RFC 1701
– Aplicabilidad de IP Móvil: RFC 2005
– MIBs de IP Móvil: RFC 2006
• Grupo de trabajo de IP Móvil (desarrollos en
curso):
– http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html

Desarrollos en curso
• Optimización de ruta: <draft-ietf-mobileip-optim-
11.txt>
– Intenta evitar el problema de la ineficiencia debida a la
triangulación
– El HA informa al CN de la CoA asociada con el MN
para que éste cree su propio túnel directo, sin hacer uso
del HA
– El HA informa al CN de la nueva CoA del MN cada
vez que ésta cambia
• Otros desarrollos:
– Seguridad y autentificación
– Calidad de Servicio

IP móvil e IPv6
• Aún no está estandarizado para IPv6. El borrador está en
<draft-ietf-mobileip-ipv6-15.txt>
• Principales diferencias:
– En vez de túneles se utiliza la cabecera de routing (de
IPv6). El CN envía directamente los datagramas al MN.
Esto conlleva automáticamente la optimización de ruta
– La cabecera de routing resuelve también el problema de
los routers con filtros sin recurrir al uso de túneles
inversos
– No existen ‘Foreign Agents’ (pero si ‘Home Agents’)
– No se requiere el uso de Proxy ARP y Gratuitous ARP.
En su lugar se emplea el protocolo ‘Neighbour
Discovery’ de IPv6 (RFC 2461)
• Los protocolos son más sencillos, robustos y eficientes

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