2 Tecnologías inalámbricas
2.1 Redes inalámbricas de área personal (WPAN)

Las redes inalámbricas de área personal se basan en el estándar IEEE 802.15 [3-4]. Las redes inalámbricas permiten la comunicación en un rango de distancias muy corto, unos 10 metros. A diferencia de otras redes inalámbricas, una conexión realizada a través de una WPAN implica, por lo general, poca o ninguna infraestructura o conectividad directa fuera del enlace establecido. Esto permite soluciones pequeñas, eficientes en energía y de bajo coste que pueden ser implementadas en una amplia gama de dispositivos, como por ejemplo teléfonos inteligentes, PDAs, entre otros.

Este tipo de redes se caracterizan por su bajo consumo de energía y también una baja velocidad de transmisión. Se basan en tecnologías como Bluetooth, IrDA, ZigBee o UWB. Desde un punto de vista de aplicación, Bluetooth está destinado a un ratón, un teclado, un manos libres; IrDA está pensado para enlaces punto a punto entre dos dispositivos para la transferencia de datos simples y sincronización de archivos; ZigBee está diseñado para redes inalámbricas fiables para el seguimiento y control de procesos, mientras que UWB está orientado a enlaces multimedia de gran ancho de banda.

La velocidad de transmisión (bit rate del inglés) es el número de bits transferidos o recibidos por unidad de tiempo (Unidades: bps o bit/s)

Un Módem es un dispositivo que permite a un ordenador transmitir y recibir datos

Bluetooth

Bluetooth pertenece al estándar IEEE 802.15.1. Originalmente Bluetooth fue diseñado para comunicaciones omnidireccionales (punto a multipunto), de bajo consumo de energía, corto alcance y con dispositivos baratos, reemplazando el uso de cables y conectando los dispositivos a través de una conexión ad hoc por radio. Hoy en día los desarrolladores están diseñando componentes y sistemas habilitados para Bluetooth para una gama de aplicaciones adicionales. Los dispositivos que incorporan esta tecnología se clasifican en tres grupos diferentes según su alcance máximo: Clase 1, Clase 2 y Clase 3, donde el rango es de unos 100 metros, 10 metros y 1 metro, respectivamente. El uso de la banda de 2,4 GHz, permite que dos dispositivos dentro del rango de cobertura de cada uno puedan compartir hasta 720 Kbps de velocidad de transferencia. La clase 2 es la más utilizada.

Una red Bluetooth también se denomina picored (piconet), y se compone de hasta 8 dispositivos activos en una relación maestro-esclavo (master-slave). El primer dispositivo de Bluetooth en la picored es el maestro y todos los demás dispositivos son esclavos que se comunican con el maestro. Una picored típicamente tiene un alcance de 10 metros, aunque se puede llegar a rangos de hasta 100 metros en circunstancias ideales. Para garantizar la seguridad, cada enlace se codifica y protege contra escuchas e interferencias. Dos picoredes pueden conectarse para formar una red dispersa (scatternet). Un dispositivo Bluetooth puede participar en varias picoredes al mismo tiempo, permitiendo así la posibilidad de que la información pudiera fluir más allá de la zona de cobertura de una única picored. En una red dispersa, un dispositivo podría ser un esclavo en varias de las picoredes, pero actuar como maestro en sólo una de ellas.

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Fig. 1.2 Red dispersa Bluetooth formada de dos picoredes. El maestro de la picored A es un esclavo en la picored B.

IrDA

La Asociación de Datos por Infrarrojos (Infrared Data Association - IrDA) especifica un conjunto completo de estándares para comunicaciones por infrarrojos. IrDA se refiere a ese conjunto de normas y se utiliza para proporcionar conectividad inalámbrica a los dispositivos que normalmente utilizan cables para la conectividad. IrDA es un estándar de transmisión de datos ad-hoc de bajo consumo de energía, bajo coste, unidireccional (punto a punto), cono de ángulo estrecho (<30º), diseñado para operar con distancias de hasta 1 metro y a velocidades de 9600 bps a 4 Mbps (actualmente), 16 Mbps (en desarrollo). Algunos de los dispositivos que utilizan IrDA son portátiles, PDAs, impresoras y cámaras.

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Fig. 2 . Comunicación IrDA entre una PDA y una impresora (punto a punto)

ZigBee

ZigBee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 que fue desarrollado como un estándar global abierto para abordar las necesidades de fácil aplicación, alta fiabilidad, bajo costo, bajo consumo y bajas velocidades de transmisión de datos en redes de dispositivos inalámbricos. ZigBee opera en las bandas sin licencia 2.4 GHz, 900 MHz y 868 MHz con una velocidad de transmisión máxima de 250 Kbps, lo suficiente para satisfacer las necesidades de un sensor y de automatización usando redes inalámbricas.

ZigBee también sirve para la creación de redes inalámbricas más grandes que no exijan una gran cantidad de transmisión de datos. En una red ZigBee pueden participar dos tipos diferentes de dispositivos: dispositivos de funcionalidad completa (Full Function Device - FFD) y dispositivos de funcionalidad reducida (Reduced Function Device - RFD). Los FFDs pueden operar en tres modos distintos, como coordinador de la WPAN, coordinador o dispositivo. El RFD se diseñó sólo para aplicaciones muy simples, como la de un interruptor de luz. ZigBee soporta tres topologías de red diferentes: estrella, malla, y árbol, mostradas en la Figura 1.4. En la topología en estrella, la comunicación se establece entre los dispositivos y un controlador central único, denominado coordinador de la WPAN. En la topología de malla, cualquier dispositivo puede comunicarse con cualquier otro dispositivo, siempre y cuando estén uno en el rango del otro. La red en árbol es un caso especial de una red en malla en la que la mayoría de los dispositivos son FFDs y un RFD puede conectarse a la red como un nodo hoja en el extremo de una rama. Cualquiera de los FFD puede actuar como router y proporcionar servicios de sincronización a otros dispositivos y routers. El coordinador de la WPAN será uno de estos routers.

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Figure 1.4 Diagrama de la estructura de una red ZigBee

UWB

Basado en el estándar IEEE 802.15.3, la tecnología UWB ha atraído recientemente mucha atención como una red inalámbrica para comunicaciones de alta velocidad y corto alcance en interiores. UWB sirve a un propósito muy diferente que las otras tecnologías ya mencionadas en este apartado. UWB permite la transmisión de grandes archivos de datos a altas velocidades en distancias cortas. La tecnología UWB ofrece una velocidad de transmisión de datos de más de 110 Mbps hasta 480 Mbps a distancias de hasta unos pocos metros capaz de satisfacer a la mayoría de las aplicaciones multimedia como pueda ser el audio y video en las redes del hogar, y también puede actuar como un sustituto inalámbrico del cable de buses serie de alta velocidad tales como el USB 2.0 y IEEE 1394. En América, las frecuencias para UWB están asignadas en la banda de 3,1 GHz a 10,6 GHz. Sin embargo, en Europa, las frecuencias incluyen dos bandas: de 3,4 GHz a 4,8 GHz y de 6 GHz a 8,5 GHz.

Las comunicaciones UWB transmiten información mediante la emisión de pulsos de muy corta duración y de gran ancho de banda, ver Figura 1.5, lo que permite utilizar modulación por posición o tiempo de pulso. La información también puede ser modulada en señales UWB (pulsos) mediante la codificación de la polaridad del pulso, su amplitud y/o mediante el uso de pulsos ortogonales. Los pulsos de UWB se pueden enviar de forma esporádica a relativamente bajas velocidades de transmisión para soportar la modulación por posición o tiempo de pulso, pero también se pueden enviar a tasas de hasta el inverso del ancho de banda de pulso UWB.

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Figure 1.5 Utilización del ancho de banda frecuencial y consumo de energía por la tecnología UWB.