Características del Enlace Inalámbrico

Los enlaces inalámbricos difieren fundamentalmente de los cableados: las señales se atenúan con la distancia, sufren interferencias y trayectos múltiples, y tienen tasas de error que varían en el tiempo y el espacio, lo que obliga a los protocolos inalámbricos a comportarse de manera muy diferente a sus contrapartes cableadas.

Definition

Las características del enlace inalámbrico son las propiedades físicas y de canal de la comunicación por radio —atenuación, interferencia, desvanecimiento multitrayecto y una tasa de error de bit variable, a menudo alta— que distinguen los enlaces inalámbricos de los enlaces cableados y dan forma a cómo se diseñan los protocolos inalámbricos.

Scope

Este tema cubre las propiedades físicas y lógicas distintivas de los enlaces inalámbricos y sus consecuencias para las redes. Trata la atenuación de la señal y la pérdida de trayectoria, la interferencia de otras fuentes y el espectro compartido, la propagación multitrayecto y el desvanecimiento, la relación señal/ruido y su vínculo con la tasa alcanzable, las tasas de error de bit variables y altas resultantes, y los problemas de terminal oculto y terminal expuesto que surgen porque un nodo no puede escuchar a todos los demás. Excluye las tecnologías de acceso específicas (Wi-Fi, celular) que hacen frente a estas características.

Core questions

• ¿Por qué las señales inalámbricas se debilitan y varían tanto en comparación con las señales cableadas?
• ¿Cómo degradan la interferencia, el multitrayecto y el desvanecimiento un enlace inalámbrico?
• ¿Cómo se relaciona la relación señal/ruido con la tasa de datos alcanzable?
• ¿Cuáles son los problemas del terminal oculto y el terminal expuesto?
• ¿Por qué las técnicas cableadas como la detección de colisiones no se pueden reutilizar directamente en la tecnología inalámbrica?

Key concepts

• atenuación de la señal y pérdida de trayectoria
• interferencia
• propagación multitrayecto
• desvanecimiento
• relación señal/ruido (SNR)
• tasa de error de bit
• problema del terminal oculto
• problema del terminal expuesto
• modulación y codificación adaptativas

Key theories

Deterioros del canal y desvanecimiento

Las señales de radio pierden potencia con la distancia (pérdida de trayectoria), se reflejan en los objetos para llegar a través de múltiples trayectorias (multitrayecto) y se desvanecen a medida que esas trayectorias interfieren, produciendo una tasa de error que varía en el tiempo y la ubicación y que los enlaces cableados no presentan.

Capacidad y relación señal/ruido

La teoría de la información vincula la tasa máxima de datos confiable de un canal con su ancho de banda y relación señal/ruido, por lo que la tasa inalámbrica disminuye a medida que empeoran la interferencia y la atenuación, lo que motiva la modulación y codificación adaptativas.

Problemas de terminal oculto y expuesto

Debido a que cada nodo solo escucha a los transmisores cercanos, dos emisores fuera del alcance entre sí pueden colisionar en un receptor compartido (terminal oculto) o aplazar innecesariamente cuando podrían transmitir (terminal expuesto), problemas específicos de los medios inalámbricos compartidos.

Clinical relevance

Estas características explican por qué las redes inalámbricas se comportan de la manera en que los usuarios las experimentan: tasas que disminuyen con la distancia y los obstáculos, puntos muertos por desvanecimiento y ralentizaciones por interferencia en el espectro congestionado. Impulsan las decisiones de diseño en todos los sistemas inalámbricos: evitación de colisiones en lugar de detección, retransmisión en la capa de enlace, tasas adaptativas y una planificación cuidadosa del espectro y los puntos de acceso en hogares, oficinas y redes celulares.

History

La comprensión de los canales inalámbricos se basa en la teoría de la capacidad de Shannon de 1948 y décadas de investigación sobre la propagación de radio. A medida que las redes de datos se trasladaron a la radio con experimentos de radio por paquetes y luego con LAN inalámbricas y datos celulares, la comunidad de redes se enfrentó al problema del terminal oculto y a las tasas de error variables en el tiempo, lo que llevó a métodos de acceso y mecanismos de capa de enlace diseñados específicamente para el canal inalámbrico.

Key figures

• Claude Shannon
• Andrew S. Tanenbaum

Seminal works

• kurose2021
• shannon1948

Frequently asked questions

¿Por qué el Wi-Fi es más lento y menos fiable que una conexión por cable?

Las señales inalámbricas se atenúan con la distancia y los obstáculos, sufren interferencias de otros dispositivos que comparten el espectro y se desvanecen debido al multitrayecto. Esto provoca tasas de error más altas y variables que un cable, por lo que el enlace se adapta a tasas de datos más bajas y retransmite más, lo que reduce el rendimiento y la consistencia.

¿Qué es el problema del terminal oculto?

Ocurre cuando dos nodos pueden alcanzar un receptor común pero no pueden escucharse entre sí. Debido a que ninguno detecta la transmisión del otro, pueden transmitir al mismo tiempo y colisionar en el receptor. La detección de portadora por sí sola no puede evitar esto, por lo que los protocolos inalámbricos añaden mecanismos como los handshakes RTS/CTS.