Redes inalámbricas de área personal -  WPAN

Definición de una Red de Área Personal Inalámbrica

La característica principal de una Red de Área Personal Inalámbrica 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. “A diferencia de las redes de área local (WLAN), una conexión echa a través de una WPAN involucra a muy poca o nula infraestructura o conexiones directas hacia el mundo exterior”. Este tipo de tecnología también procura hacer un uso eficiente de recursos, por lo que se han diseñado protocolos simples y lo más óptimos para cada necesidad de comunicación y aplicación.

Interconectar dispositivos personales es diferente a conectar dispositivos computacionales. Las soluciones típicas de conexión para dispositivos computacionales (por ejemplo, una conexión WLAN para una computadora portatil notebook) asocian al usuario del dispositivo con servicios de datos disponibles. Dicha situación es contrastante con la naturaleza personal e íntima de una conexión inalámbrica para los dispositivos asociados a usuarios particulares. El usuario es relacionado con los dispositivos electrónicos de su posesión, o en su vecindad en vez de a un lugar geométrico en particular o en alguna localidad de la red. El termino red de área personal (PAN) se concibió para describir estos diferentes tipos de conexión en red. Una WPAN puede verse como una burbuja personal de comunicación alrededor de una persona. Dentro de dicha burbuja, que se mueve en la misma forma en que lo hace una persona, los dispositivos personales se pueden conectar entre ellos.

Grupos de trabajo

Existen principalmente cuatro grupos de trabajo para la tecnología WPAN, cada uno de ellos con características e intereses específicos que generan estándares que satisfacen necesidades específicas de comunicación.

• El grupo de trabajo 802.15.1 ha realizado un estándar basado en las especificaciones de la fundación Bluetooth. Este grupo de trabajo publicó el estándar IEEE 802.15.1 el 14 junio de 2002.

• El grupo de trabajo 802.15.2 está desarrollando un modelo de coexistencia entre las WLAN y WPAN, así como de los aparatos que las envuelven.

• El grupo de trabajo 802.15.3. Está trabajando para establecer los estatus y publicar un estándar nuevo (publicado en junio de 2003) de alta velocidad (20 Mbits/s o mayores) para WPANs. Además de ofrecer una alta velocidad de transmisión, este nuevo estándar se está diseñando para consumir poca energía y ofrecer soluciones a bajos costos así como aplicaciones multimedia.

• El grupo de trabajo T4 para el desarrollo IEEE 802.15.4, investiga y desarrolla soluciones que requieren una baja transmisión de datos y con ello una duración en las baterías de meses e incluso de años así como una complejidad relativamente baja. Dicho grupo de trabajo ha publicado el estándar que lleva su nombre; IEEE 802.15.4.

Tipos de WPAN

El grupo de trabajo IEEE 802.15 ha definido tres clases de WPANs que se diferencian por su rango de datos, consumo de energía y calidad de servicio (QoS).

• Las WPANs con un rango de velocidad elevada (802.15.3) diseñado para aplicaciones multimedia que requieren altos niveles de QoS.

• WPANs de rango medio (802.15.1/Bluetooth) que manejarán una cantidad de tareas que van de teléfonos celulares hasta comunicación entre PDAs y tienen QoS apropiado para aplicaciones de voz.

• La última clase de aplicaciones son las LR-WPAN (baja transmisión, low rate) (802.15.4).

Componentes de una WPAN.

“El fin último de los protocolos de comunicación es el permitir aplicaciones en diferentes dispositivos para que interactúen entre ellos. Para alcanzar esta interactividad, se necesita que los dispositivos corran comunicaciones de pila (communication stacks) compatibles. Esto implica que no solo el protocolo de comunicación de pila que corre en cada dispositivo sea compatible y funcionable, sino que también las aplicaciones que corren sobre dichas pilas sean compatibles”.

Bluetooth

Bluetooth es un tipo de tecnología que permite que varios productos electrónicos como son los teléfonos móviles, los ordenadores y los organizadores Personal Digital Assistants (PDA) puedan conectarse entre ellos utilizando una conexión de corto alcance sin utilizar cable. Esta conexión sin cable se establece utilizando un enlace de radio de baja frecuencia. El principal beneficio de esta tecnología es la eliminación de los cables que se necesitan actualmente para la transferencia de información.

Básicamente Bluetooth trabaja teniendo un dispositivo que tiene instalado un microchip especial que, básicamente, actúa como un walkie-talkie de corto alcance. Este microchip de 9 x 9 mm. que permite al dispositivo mandar señales de radio de corto alcance que buscan otros dispositivos con tecnología Bluetooth. Cuando se encuentra otro dispositivo, entonces empiezan a  comunicarse y se puede intercambiar información. Bluetooth lucha por hacerse con el espectro electromagnético situado en la banda de los 2.4 Ghz, más concretamente entre los 2,402 y 2,480 Ghz.

La cobertura no debe sobre pasar los 10 m. razón por la cual a los dispositivos interconectados con esta tecnología se le denomina WPAN (Wireless Personal Area Network) la máxima velocidad de esta conexión inalámbrica es de 1 Mbps, pero en la práctica se sitúa en 725 kbps. El chip está fabricado con tecnología CMOS de 0,25 micras y modula la señal del dispositivo. Como la transmisión necesita un protocolo para ser más efectiva, cada dispositivo dispone de una dirección MAC que identifica a cada elemento en esta red inalámbrica.

Aunque tanto IrDA como Bluetooth no necesitan cables para poder comunicarse e intercambiar información, IrDA necesita que los dispositivos estén en línea de visión para poder mantener la comunicación. Ya que Bluetooth esta basado en transmisiones de radio, Bluetooth permite a los dispositivos no estar en línea de vista. Los instrumentos que se comunican utilizando Bluetooth pueden hacerlo desde mas distancia que los que usan IrDA incluso si hay obstáculos por el medio que dificulten la comunicación.

Topologías de Bluetooth

Piconet:

Las unidades Bluetooth pueden estar dentro del rango de alcance unas con otras, pudiendo configurar conexiones punto-punto, punto-multipunto, o ad hoc. Las unidades se conectan y desconectan a la red en forma dinámica. Dos o más unidades Bluetooth que comparten un canal forman una piconet. En una piconet habrá siempre un master y los demás serán esclavos (Véase figura 1).

Figura 1 - Piconets con operación p-t-p, p-t-mp

Tiene como características:

• Topología en estrella
   

  • 1 Master, hasta 7 esclavos (slaves) activos compartiendo un canal asíncrono.

  • Ilimitado numero de esclavos aparcados (parked slaves), hasta 255 esclavos conectados virtualmente (un dispositivo puede participar cada 2 ms.)

  • Un dispositivo puede se Maestro (Master) ó esclavo (slave) indistintamente

• Master es el dispositivo que, dentro de una piconet, marca cual será la frecuencia que será utilizada para sincronizar todas las unidades esclavas de la piconet

  • Determina hopping esquema y timing
     
  • Administra piconet (polling)

• Canales lógicos

  • Asincronos, packet oriented (ACL)
     
  • Sincronos, connection-oriented (voz, reserva de slot) (SCO)

• Velocidad

  • Capacidad de 1 Mbits/s total

Scatternet:

Los dispositivos esclavos pueden participar en diferentes piconets y un master de una piconet puede ser esclavo de otro, resultando una scatternet. El límite de una scatternet es de hasta 10 piconets (Véase figura 2).

Algunas piconets pueden ser establecidas y enlazadas juntas en redes ad hoc scatternets, para permitir la comunicación y el intercambio de datos en configuraciones flexibles. Si algunas otras piconets están dentro del alcance trabajaran independientemente y tendrán acceso al ancho de banda total. Cada piconet tiene un esquema de salto de frecuencia diferente. Todos los usuarios que participan en la misma piconet están sincronizados a su esquema de salto de frecuencias

Figura 2 – Scatternet

 Documento de trabajo extraído de:

1. Valle Islas L.F 2005-Coexistencia de Redes WLAN & WPAN-tesis de licenciatura-Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones, Departamento de Ingeniería Electrónica, Escuela de Ingeniería-Universidad de las Américas, Puebla –México. Referencia Web: http://140.148.3.250/u_dl_a/servlet/mx.udlap.ict.tales.html.Block?Thesis=lem103582&Type=T
2. Mundo GPS: “Bluetooth: un nuevo aliado en la transmisión de datos”

Página Web: http://www.mundogps.com/formacion/articulos.asp?id_articulo=274

Adaptado para el curso Internacional: “Comunicaciones Fijas Inalámbricas “por el Ing. Alex José Chávez Ramírez.-ajchavez@pucp.edu.pe