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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MISANTLA
INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
COMPUTO MÓVIL
8 SEMESTRE
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
PRESENTADO POR: FRANCISCO JAVIER ORTEGA VILLEGAS
DOCENTE: IRAHAN OTONIEL JOSE GUZMAN
MISANTLA VER. 29 ENERO DE 2014
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ÍNDICE
Redes InaláMbricas De Area Personal (Wpan)…..........................................3
Redes InaláMbricas De Area Local (Wlans)…................................................6
Redes InaláMbricas Metropolitanas (Wman)…..............................................9
Redes InaláMbricas De áRea Amplia (Wwan)…............................................11
Banda Ultra Ancha (Uwb)…...................................................... ….....................12
Voz Sobre Ip…...................................................... ….............................................14
Nfc …......................................................…...............................................................18
Zigbee…......................................................…..........................................................20
Bibliografía...............................................................................................................23
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REDES INALÁMBRICAS DE AREA PERSONAL (WPAN)
Las redes inalámbricas de área personal WPAN por sus siglas en inglés Wireless
Personal Area Network son redes que comúnmente cubren distancias de 10 metros
como máximo, normalmente utilizadas para conectar varios dispositivos portátiles
personales sin la necesidad de utilizar cables. Esta comunicación de dispositivos
peer-to-peer normalmente no requiere de altos índices de transmisión de datos. El
bajo consumo de energía hace a la tecnología WPAN adecuada para el uso con
dispositivos móviles pequeños, que funcionan con baterías, tales como teléfonos
celulares o cámaras digitales (Fig 1).
Figura 1. Dispositivos conectados entre si mediante una red de área personal.
Tradicionalmente se han utilizado cables de propósito específico para interconectar
aparatos personales. Por lo que fue indispensable el desarrollo de soluciones para
la interconexión de aparatos de forma inalámbrica. Es así como nació la necesidad
de crear una forma eficiente, rápida y confiable de hacer transiciones de información
de forma inalámbrica. Dichas soluciones se basan en el concepto de WPAN.
La característica principal de este tipo de redes es que enfocan sus sistemas de
comunicaciones a un área típica de 10 metros a la redonda que envuelve a una
persona o a algún dispositivo ya sea que esté en movimiento o no.
ESTÁNDARES
Estándar IEEE 802.15: se han definido 4 clases de redes WPAN, las cuales se
diferencian de acuerdo a su tasa de transferencias de datos, consumo de energía y
calidad de servicio (QoS).
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Los grupos de trabajo creados alrededor de IEEE 802.15 son:
a) 802.15.1: Se adoptó Bluetooth como base del estándar y se continuó con su
evolución.
b) 802.15.2: Definición de modelos de coexistencia entre redes WPAN y WLAN.
c) 802.15.3: Estándar WPAN de alta velocidad que implique servicios de multimedia.
d) 802.15.4: Estándar WPAN de baja velocidad, baja complejidad y bajo costo.
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TECNOLOGÍAS
Se han desarrollado 2 tecnologías principalmente:
1) Bluetooth: Es una tecnología creada por la compañía Ericsson para la
comunicación inalámbrica entre dispositivos a corta distancia y en la banda libre
2.4GHz (ISM). Se utiliza en diversos productos tales como teléfonos celulares,
laptops, vehículos, cámaras, impresoras entre otros.
2) ZigBee [p. ]
Bluetooth – Evolución
Bluetooth v1.1, versión inicial de la tecnología.
Bluetooth v1.2, usa la técnica "Adaptive Frequency Hopping (AFH)" para mejorar la
eficiencia en la transmisión. Además se mejora la seguridad (encriptación).
Bluetooth v2.0, incorpora la técnica "Enhanced Data Rate" (EDR), la cual permite
incrementar tasa de transferencia hasta 3Mbps.
Bluetooth v2.1, se reduce el consumo de energía (5 veces menor) y se simplifica el
proceso de conexión de los dispositivos (emparejamiento).
Bluetooth v3.0, define una mayor tasa de transferencia.
Bluetooth v4.0: define tres tipos de conexión – clásica, rápida y de bajo consumo de
energía.
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REDES INALÁMBRICAS DE AREA LOCAL (WLANs)
Este tipo de redes se construyen como extensión de las redes cableadas para
proporcionar acceso inalámbrico y movilidad en un área de tamaño reducido
(distancias máximas típicas de decenas de metros, dependiendo del entorno) y
ofrecer conectividad en lugares en las que resulta muy complicado o costoso
instalar infraestructuras de cable o en escenarios de trabajo u ocio temporales.
Estas redes se caracterizan por su facilidad de instalación, costes reducidos,
escalabilidad y flexibilidad para adaptarse a entornos cambiantes.
Figura 2. Ejemplo de una red WLAN.
TIPOS DE REDES
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Figura 3. Ad-hoc
Figura 4. Infraestructura
Ad-hoc
Colección de terminales o nodos inalámbricos que dinámicamente pueden
conectarse entre sí, en cualquier lugar y en cualquier instante de tiempo, sin
necesidad de utilizar la infraestructura de red existente en la zona.
Características: par-a-par (P2P), topología dinámica, funcionamiento distribuido,
capacidad de enlace variable, dispositivos móviles ligeros.
Aplicaciones: militares, hogares, entornos organizacionales temporales, zonas de
catástrofes, sitios sin infraestructura de red permanente.
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Infraestructura
Figura 5. Red en Infraestructura.
ESTÁNDARES
En 1989 se crea el 802.11 Working Group(Wireless Local Area Network -WLAN)
liderado por la IEEE.
Entre las tareas del Grupo están definir:
La especificación de la interfaz de aire.
La Capa Física y la sub-Capa MAC (Medium Access Control).
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REDES INALÁMBRICAS METROPOLITANAS (WMAN)
Las redes inalámbricas WMAN (Wireless Metropolitan Acces Network) ofrecen una
gran ventaja sobre los canales que que se pueden adquirir a través de un proveedor
de servicios ya que este enlace es totalmente gratuito una vez que el cliente ha
realizado la inversión y además ofrece velocidades muy superiores (Fig 3).
Entre las ventajas mas sobresalientes encontramos:
• Frecuencia de 2.4 Ghz ,5.7 Ghz y 5.8 Ghz
• Fácil y bajo costo de mantenimiento
• Rápida instalación
• Rápido retorno sobre la inversión
• Excelente velocidad de transmisión (72 Mbps.)
Figura 6. Ejemplo de red inalámbrica metropolitana.
ESTÁNDARES
IEEE 802.16x:
Conexión Inalámbrica de Banda Ancha (1Mpbs x usuario)
Rango de cobertura: hasta 50-70 km
Soporte a punto-a-multipunto y Redes Mesh (enmalladas).
Espectro de operación: con o sin licenciamiento.
Servicios: Internet, voz, video.
TECNOLOGÍAS
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A nivel de los fabricantes se han desarrollado 3 tecnologías principalmente:
1) WiMAX: tecnología desarrollada a partir del estándar IEEE 802.16 y de la cual ya
hay productos comerciales e implementaciones a nivel mundial (p.ej. Colombia).
Actualmente cuenta con un versión del estándar que soporta la movilidad (IEEE
802.16e).
2) WiBro: tecnología desarrollada en Korea por un grupo de fabricantes liderados
por Samsung. Actualmente, solo está en uso en Korea (KT), aunque se han
realizado pruebas en Italia mediante un acuerdo de Telecom Italia y Samsung para
ofrecer el servicio de Internet Móvil.
3) ETSI HyperMAN: tecnología desarrollada en Europa a partir del estándar IEEE
802.16ª (2003). Opera en el rango de frecuencias de 2 GHz - 11 GHz.
Soportaconexiones punto-multipunto y mesh.
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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA AMPLIA (WWAN)
WWAN se aprovecha de la infraestructura de red de los teléfonos móviles para
proporcionar roaming de conexión de red inalámbrica. Gracias a la WWAN, el
usuario puede mantener la conexión de red incluso si está en movimiento.
Con la WWAN, la conectividad es perfecta y ubicua, ya que el usuario se puede
mover por distintas zonas, e incluso cambiar automáticamente de un punto de
acceso a otro, manteniendo una conexión sin interrupciones. Al contrario que la
WLAN, que está asociada a los estándares Wi-Fi 802.11, la WWAN ofrece una
cobertura más amplia y se aprovecha de diversos tipos de tecnologías. Entre las
tecnologías que ofrecen WWAN, las generaciones más importantes son las
siguientes:
2.5G – GPRS (General Packet Radio Services).
2.75G – EDGE (Enhanced Data GSM Environment o entorno GSM de datos
mejorados) .
3G – UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service o sistema universal de
telecomunicaciones móviles).
3.5G – HSDPA (High Speed Downlink Packet Access o el acceso a descarga de
paquetes de alta velocidad).
Figura 7. Evolución de los datos móviles.
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BANDA ANCHA ULTRA (UWB)
La transición hacia la banda ultra ancha (UWB, por sus siglas en inglés)(Fig. 8) en
todo tipo de aplicaciones en el hogar y la oficina anuncia el fin de la era alámbrica.
En el hogar digitalizado de un futuro muy próximo, la gente compartirá fotografías,
música, video, datos y voz entre los aparatos electrónicos, PC y dispositivos móviles
conectados en red en toda la casa y aun de manera remota. Por ejemplo, los
usuarios podrán enviar, sin utilizar cables, secuencias de contenido de video de su
PC o aparato electrónico doméstico -como una videocámara, reproductor de dvd o
grabadora de video personal- a una pantalla plana de HDTV (televisión de alta
definición).
Un candidato principal para hacer realidad esta posibilidad es la UWB, tecnología
inalámbrica diseñada para las redes de área personales de corto alcance. Este año
la UWB realizará la transición de los laboratorios a la estandarización, paso
importante hacia el desarrollo de productos del mundo real.
Los recientes logros del sector en el campo de la UWB van desde los investigadores
que presentan demostraciones para probar el concepto hasta la formación de
grupos de trabajo en el sector que definirán la capa física de la UWB, así como las
aplicaciones que funcionarán sobre la plataforma de radio. En Estados Unidos, la
Comisión Federal de Comunicaciones ha emitido un mandato para que la
transmisión de radio de UWB pueda operar de manera legal en la gama de 3.1 a
10.6 GHz. Los organismos reguladores japoneses han emitido la primera licencia
experimental de UQWB, que permite la operación de un transmisor de banda ultra
ancha en Japón.
En aplicaciones comerciales, la forma de trabajar de los dispositivos UWB es muy
similar a la de los dispositivos Bluetooth, es decir, cada dispositivo es capaz de
detectar y comunicarse de forma segura con cualquier otro dispositivo de su
entorno.
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Figura 8. Ejemplo de un sistema de banda ancha ultra.
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VOZ SOBRE PROTOCOLO DE INTERNETT (VoIP)
La Voz sobre IP, también conocida como VoIP (Fig. 9), Telefonía IP o telefonía de
Internet. Se trata de la tecnología que permite la conexión de conversaciones de voz
sobre Internet o red de ordenadores. Se pueden realizar llamadas telefónicas a
cualquier lugar del mundo, tanto a números VoIP como a personas con números
telefónicos fijos o móviles. Para realizar llamadas a través de VoIP, el usuario
necesita de un software telefónico SIP, basado en aplicaciones web o un teléfono
VoIP basado en hardware.
Las nuevas tecnologías VoIP son la alternativa más demandada en los últimos años
debido a los avanzados servicios que pueden ofrecer. Características tales como
recepción de mensajes de voz en tu cuenta de correo (voicemail), el inicio llamadas
de conferencias protegidas por contraseña para llamar, identificar llamadas
entrantes y transferirlas a los usuarios apropiados, etc. son servicios básicos.
Puesto que estas características son módulos de software que funcionan sobre un
servidor estándar, básicamente no hay limitaciones a desarrollar nuevas funciones y
características. La telefonía tradicional puede ofrecer tales posibilidades pero a
precios elevados, mientras que los proveedores de VoIP lo ofrecen como un servicio
básico.
VoIP hace posible que llamar sea gratis
Con VoIP no sólo tiene la oportunidad de obtener tarifas muy diversas y
económicas, sino que también puede reducir a CERO los gastos de las llamadas
que realice a clientes, amigos y familiares, ya que si ellos también utilizan VoIP,
todas las llamadas internas serán completamente GRATUITAS sin restricciones. Por
ejemplo, una empresa que tenga sucursales en 3 lugares diferentes, siempre tiene
mucha cantidad de llamadas internas y a su vez también producen muchos gastos
telefónicos. Pero si utiliza inteligentemente la red VoIP, estos gastos puede
ahorrárselos completamente.
Movilidad
Los números fijos de la red telefónica tradicional están siempre ligados con su
domicilio geográfico. Con VoIP esta limitación desaparece. Ahora puede desviar sus
llamadas SIN gastos adicionales. Por ejemplo, las llamadas que reciba desde un
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número fijo de Madrid pueden ser desviadas a su teléfono VoIP en Japón o
cualquier otro lugar del mundo. Los usuarios finales podrán acogerse a las ventajas
de servicios VoIP en cualquier lugar siempre que tenga acceso a:
• Conexión a Internet propia: Puesto que su teléfono VoIP no siempre tiene que
estar instalado fijo en ningún lugar geográfico, a diferencia de una conexión clásica
de teléfono, usted puede conectarlo hoy en su oficina y mañana en su casa. Las
llamadas las recibe en el lugar en que se encuentre el teléfono VoIP, así como si
mañana lo conecta en Italia, con VoIP no tendrá ningún gasto adicional.
• Otros accesos de conexión a Internet WIFI / GPRS / 3G / UMTS.
• Configuración del software telefónico para que apunte a la dirección IP pública del
servidor.
• El software PBX es necesarios para la autentificación de datos (usuario y
contraseña).
Figura 9. Ejemplo de un sistema VoIP.
Portabilidad
VoIP permite a los usuarios finales la portabilidad y atender su actual número
telefónico fijo cuando:
Se cambian desde un teléfono tradicional al sistema VoIP
Se cambian entre diferentes cuentas VoIP (carriers).
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Se cambian al uso profesional para desvíos y transferencias avanzadas de
llamadas VoIP
La telefonía tradicional está obsoleta. A su favor, VoIP está construido sobre una
serie de programas de código fuente libre. Esto significa que a la hora de comprar
un producto VoIP no tendrá problemas de compatibilidad con cualquier fabricante de
sistema VoIP y sin problemas de interferencias. Cuando dos usuarios hablan el uno
al otro con VoIP, no importa la marca de fábrica del equipo que utilicen o el tipo de
dispositivo. Por ejemplo, un llamador podría utilizar un teléfono IP y el otro un
teléfono tradicional con un adaptador de VoIP.
Calidad de la Voz
La calidad de las transmisiones de voz a través de redes IP depende de varios
factores controlables:
El codec de salida (es el algoritmo que convierte la señal de voz análoga en
datos digitales para la transmisión de una llamada, interpretado luego por el
aparato receptor).
End-to-end (la latencia), retraso sufrido por la transmisión entre usuarios, y
las variaciones de la latencia
Control de la calidad del servicio (QoS), un requisito básico para los sistemas
de VoIP.
Para resolver la demanda de la comunicación por voz en tiempo real, las
redes IP deben ofrecer la prioridad al tráfico VoIP para asegurar las
transmisiones de voz, ya que, podrán darse cortes de llamadas, déficit de
señal u otros inconvenientes fácilmente superables.
Seguridad
VoIP no es invulnerable a las amenazas de seguridad en la red. Las amenazas
existen y son reales. Sin embargo, los riesgos implicados sobre una infraestructura
de VoIP en funcionamiento no superan los de una conexión a Internet. VoIP trata
comunicaciones de voz como comunicaciones de datos. Por lo tanto, las
configuraciones de seguridad básicas que afectan VoIP son las mismas que las que
afectan a comunicaciones de datos sobre las redes IP. El primer paso para asegurar
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las comunicaciones de VoIP es usar los mecanismos de defensa tales como
cortafuegos, cifrados, etc.
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COMUNICACIONES EN CAMPO CERCANO (NFC)
Con NFC (Comunicación de campo cercano), puedes transferir información entre tu
teléfono y otros dispositivos NFC, como teléfonos, etiquetas NFC y otros
dispositivos de pago. Por ejemplo, puedes compartir direcciones web, contactos,
números de teléfono, pistas de música, videos o fotografías.
Las etiquetas NFC son pequeñas áreas de información programadas que se pueden
insertar en pósters, en carteleras publicitarias o a un lado de productos en tiendas
minoristas. Tocar una etiqueta te puede dar información adicional, como mapas,
direcciones web y avances de películas.
NFC se activa al juntar dos dispositivos NFC. La distancia máxima de lectura es de
un centímetro aproximadamente, esto ayuda a evitar las comunicaciones no
autorizadas (Fig 10).
El estándar internacional NFC define una nueva tecnología inalámbrica basada en
radiofrecuencia que funciona en un radio de cobertura pequeño.
La tecnología NFC se basa en RFID (Radio-frequency identification), una tecnología
inalámbrica que está en desarrollo desde hace casi cuatro décadas. NFC es una
tecnología estandarizada que tiene como propósito ser usada para facilitar la
interconexión de dispositivos y el intercambio de datos en un entorno acotado. En
conjunto con la creación del estándar NFC, en 2004 surge el NFC Forum que,
basándose en dicho estándar, ha creado una serie de protocolos que normalizan la
forma en que NFC debe usarse para garantizar la interoperabilidad de dispositivos
de distintos fabricantes.
NFC es una tecnología de comunicaciones inalámbrica de corto alcance y alta
frecuencia que permite el intercambio de datos entre dos dispositivos cercanos.
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Figura 10. Funcionamiento de NFC.
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ZigBee
ZigBee es una nueva tecnología de inalámbrica de corto alcance y bajo consumo
originaria de la antigua alianza HomeRF y que se definió como una solución
inalámbrica de baja capacidad para aplicaciones en el hogar como la seguridad y la
automatización.
Entre las aplicaciones que puede tener están:
Domótica.
Automatización industrial.
Reconocimiento remoto.
Juguetes interactivos.
Medicina.
El objetivo de esta tecnología no es obtener velocidades muy altas, ya que solo
puede alcanzar una tasa de 20 a 250Kbps en un rango de 10 a 75 metros, si no que
es obtener sensores cuyos transceptores tengan un muy bajo consumo energético.
De hecho, algunos dispositivos alimentados con dos pilas AA puedan aguantar 2
años sin el cambio de baterías. Por tanto, dichos dispositivos pasan la mayor parte
del tiempo en un estado latente, es decir, durmiendo para consumir mucho menos.
Figura 11. Clasificación de redes inalámbricas
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ZigBee es un estándar que define un conjunto de protocolos para el armado de
redes inalámbricas de corta distancia y baja velocidad de datos.
El estándar ZigBee fue diseñado con las siguientes especificaciones:
Ultra bajo consumo que permita usar equipos a batería
Bajo costo de dispositivos y de instalación y mantenimiento de ellos.
Alcance corto (típico menor a 50 metros).
Optimizado para ciclo efectivo de transmisión menor a 0.1 %
Velocidad de transmisión menor que 250 kbps. Típica: menor que 20 kbps
APLICACIONES DE ZigBee
Automatización en el hogar
Es una de las aplicaciones más usadas de ZigBee ya que es muy fácil la instalación
de dispositivos y la modificación de posición de los mismos. Los usos típicos son:
Seguridad
Sensores de movimiento, de rotura de cristales, apertura de puertas y ventanas. A
pesar de su baja velocidad también se usa para transmitir imágenes de cámara de
seguridad de baja calidad.
Lectura de instrumentos de servicios
Los medidores de consumo de agua, gas y energía eléctrica deben leerse en forma
regular a efecto de facturar los servicios. Es posible crear una red tipo malla para
que la información de los medidores llegue directamente a la empresa de servicio.
También los medidores ZigBee podrían comunicarse con los artefactos dentro de la
casa. Por ejemplo ante un pico de consumo eléctrico se podría desconectar algún
equipo de alto consumo. ZigBee ayuda a la creación de medidores inteligentes; en
algunos países el valor de los servicios se factura en función de la hora en que se
produce. En una hora pico se factura la energía a un precio más alto.
Sistema de riego automático
El uso de un medidor de humedad de suelo permite mejorar la eficiencia del
consumo de agua. Se puede distribuir una red de sensores de humedad en un
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parque de modo que solo se riegue las zonas secas y controlar el tiempo de regado.
Una red inalámbrica de sensores facilita enormemente la instalación y el
mantenimiento.
Control de iluminación
Para poder controlar el encendido de una lámpara se necesita un cableado a una
llave interruptora en una caja de una pared. ZigBee simplifica la instalación de
nuevas lámparas ó controles en lugares donde no está la cañería para pasar un
cable.
Si bien el costo de la conexión inalámbrica es más elevado que el convencional
cableado, brinda otras ventajas además de la facilidad de instalación. Es posible
conectar un controlador inteligente que encienda/apague luces de acuerdo a una
programación, la detección de presencia de personas ó algún otro criterio.
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BIBLIOGRAFÍA
1.“Wireless Sensor Networks: An Information Processing Approach”, Feng Zhao,
Leonidas J. Guibas, Morgan Kaufmann, 2004.
2.“Developing Practical Wireless Applications”, Dean A. Gratton,Digital Press, 2007
3.“Getting Started with Bluetooth”, Madhushree Ganguli, Thomson Course
Technology, 2002.
4) WiBro – Wireless Broadband
http://www.wibro.or.kr/new/overview02.jsp
5) How WiMAX Works:
http://computer.howstuffworks.com/wimax1.htm
6) "Wireless Internet Applications & Architecture". Mark Beaulieu. Addison Wesley.
2002
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