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Estándares 802.11 Wi-Fi 

 octubre 21, 2020

Por  Felipe Arguello1976

Los estándares 802.11b  y 802.11ac, comprenden una familia de especificaciones que comenzó en la década de 1990 y continúa creciendo hoy. Los estándares 802.11 codifican mejoras que aumentan el rendimiento y el alcance inalámbricos, así como el uso de nuevas frecuencias a medida que estén disponibles. También abordan nuevas tecnologías que reducen el consumo de energía.

¿Qué es Wi-Fi 6? Wi-Fi 5? Wi-Fi 4?

El esquema de nomenclatura IEEE para el estándar es un poco difícil de acostumbrar, y en un esfuerzo por facilitar su comprensión, la Alianza Wi-Fi ha creado algunos nombres más simples .

Según su convención de nomenclatura, la alianza llama 802.11ax Wi-Fi 6. 802.11ac ahora es Wi-Fi 5 y 802.11n es Wi-Fi 4. La idea, según Wi-Fi Alliance, es hacer que el punto final coincida y Las capacidades del enrutador son una cuestión más simple para el usuario de rango y archivo de la tecnología Wi-Fi.

Mientras tanto, es importante saber que la Wi-Fi Alliance no ha creado nombres más simples para todos los estándares 802.11, por lo que es importante estar familiarizado con las designaciones tradicionales. Además, el IEEE, que continúa trabajando en versiones más nuevas de 802.11, no ha adoptado estos nuevos nombres, por lo que tratar de rastrear detalles sobre ellos utilizando los nuevos nombres hará que la tarea sea más complicada.

Los nombres tradicionales de estos estándares crean una gran sopa de letras, lo que los hace aún más confusos porque no están ordenados alfabéticamente. Para ayudar a aclarar la situación, aquí hay una actualización de estos estándares de capa física dentro de 802.11, enumerados en orden cronológico inverso, con los estándares más nuevos en la parte superior y los más antiguos en la parte inferior. Después de eso hay una descripción de los estándares que aún están en proceso.

802.11ah Wi-Fi HaLow

También conocido como Wi-Fi HaLow, 802.11ah define el funcionamiento de redes exentas de licencia en bandas de frecuencia por debajo de 1 GHz (típicamente la banda de 900 MHz), excluyendo las bandas de espacio en blanco de TV . En los Estados Unidos, esto incluye 908-928MHz, con frecuencias variables en otros países. El propósito de 802.11ah es crear redes Wi-Fi de rango extendido que van más allá de las redes típicas en el espacio de 2.4GHz y 5GHz (recuerde, menor frecuencia significa mayor alcance), con velocidades de datos de hasta 347Mbps.

Además, el estándar tiene como objetivo tener un menor consumo de energía, útil para que los dispositivos de Internet de las cosas se comuniquen a través de largos rangos sin usar mucha energía. Pero también podría competir con las tecnologías Bluetooth en el hogar debido a sus menores necesidades de energía. El protocolo fue aprobado en septiembre de 2016 y publicado en mayo de 2017.

Este estándar Wi-Fi es ampliamente reconocido para dispositivos IoT y por brindar conectividad a Internet a sensores de baja potencia.  Este estándar puede producir entre 10-20Mbps usando el rango de espectro sin licencia de 900Mhz.

El rango de frecuencia más bajo permite que el Wi-Fi penetre mejor en las barreras comunes de la casa y la infraestructura, como paredes y techos. El nuevo estándar cuenta con el doble de distancias de cobertura que los estándares 802.11 anteriores. Se prevé que 802.11ah pueda alcanzar distancias de hasta 1 km. Pero, ¿por qué el nuevo estándar admite velocidades más lentas?

Las velocidades más lentas consumen menos energía, por lo que es un compromiso ideal para satisfacer los requisitos de baja potencia de los sensores y conjuntos de chips que se integrarán en los dispositivos de automatización del hogar y otros dispositivos inteligentes de Internet de las cosas (IoT).

Según NetworkComputing , “HaLow todavía está sujeto a interferencias, y 900 MHz tiene su parte de otros dispositivos que ya usan la frecuencia. Los teléfonos inalámbricos, los pasatiempos y los sistemas de radio con licencia, los controles de iluminación y los equipos AV son solo algunos de los otros dispositivos que llaman hogar a 900 Mhz ”.

Tanto Z-Wave como  Bluetooth Clase 1  pueden alcanzar hasta 100 metros. Pero estas distancias se basan en campos abiertos donde los dispositivos se encuentran dentro de la línea de visión entre sí sin barreras de infraestructura. 802.11ah, también conocido como HaLow, operará en la misma frecuencia en que operan otros protocolos como Z-wave y Zigbee. Pero ¿por qué adoptar un nuevo estándar cuando hay otras soluciones como Bluetooth o incluso Z-wave, una automatización del hogar? protocolo que ya se ha establecido durante más de una década con la Alianza Z-Wave?

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Wi-Fi HaLow podría ser más amigable con IoT que Z-Wave

La Wi-Fi Alliance tiene dos motivaciones principales para crear un estándar compatible con IoT. Uno, el Wi-Fi es una tecnología con la que la mayoría de los consumidores ya están familiarizados, y en ese sentido, ya tiene una ventaja en comparación con otros protocolos como Z-wave. Z-Wave es un protocolo que ha tenido que invertir en educar a los clientes sobre el estándar. Otra faceta importante de Wi-Fi HaLow es que el estándar de baja potencia tendrá la capacidad de dar a los dispositivos y sensores IoT sus propias direcciones IPEste es un atributo que incluso el protocolo Z-Wave no admite. Con Z-Wave, los dispositivos se conectan mediante una red de malla y dependen de una puerta de enlace Z-Wave para acceder a Internet. Wi-Fi HaLow promete funcionar sin hardware adicional que no sea un enrutador compatible con 802.11ah.

Pero uno de los principales inconvenientes del nuevo estándar es su baja velocidad de transmisión. Según The Verge , los fabricantes deberían tener técnicamente la opción de personalizar sus dispositivos para lograr transferencias más rápidas, a costa de sacrificar la vida útil de la batería.

Hay una gran cantidad de protocolos de automatización del hogar. Otros protocolos actualmente incluyen Z-Wave, Zigbee, Wi-Fi y Bluetooth.

802.11ad

Aprobado en diciembre de 2012, 802.11ad es muy rápido: puede proporcionar hasta 6,7 ​​Gbps de velocidad de datos a través de la frecuencia de 60 GHz, pero eso tiene un costo de distancia: lo logrará solo si su dispositivo cliente se encuentra a 3,3 metros ( solo 11 pies) del punto de acceso.

Estándares Wi-FI 802.11 y sus frecuencias de Transmisión
Estándares Wi-FI 802.11 y sus frecuencias de Transmisión

802.11ac Wi-Fi 5

Los enrutadores inalámbricos domésticos actuales probablemente cumplan con 802.1ac y operen en el espacio de frecuencia de 5 GHz. Con entrada múltiple, salida múltiple (MIMO) , antenas múltiples en dispositivos de envío y recepción para reducir errores y aumentar la velocidad, este estándar admite velocidades de datos de hasta 3.46 Gbps. Algunos proveedores de enrutadores incluyen tecnologías que admiten la frecuencia de 2.4GHz a través de 802.11n, que brindan soporte para dispositivos de clientes más antiguos que pueden tener radios 802.11b / g / n, pero también proporcionan ancho de banda adicional para velocidades de datos mejoradas.

En esencia, 802.11ac es una versión sobrealimentada de 802.11n. 802.11ac es docenas de veces más rápido y ofrece velocidades que van desde 433 Mbps (megabits por segundo) hasta varios gigabits por segundo. Para lograr ese tipo de rendimiento, 802.11ac funciona exclusivamente en la banda de 5 GHz, utiliza mucho ancho de banda (80 o 160 MHz), opera en hasta ocho transmisiones espaciales (MIMO) y emplea un tipo de tecnología llamada formación de haces que envía la señal directamente a dispositivos cliente

Si actualmente usa un enrutador 802.11n, o un modelo 802.11b / g aún más antiguo, como el favorito Linksys WRT54G, y está pensando en actualizar a 802.11ac, esto es lo que necesita saber.

Cómo funciona 802.11ac

Hace años, 802.11n introdujo algunas tecnologías interesantes que trajeron aumentos de velocidad masivos sobre 802.11by g. 802.11ac hace algo similar en comparación con 802.11n. Por ejemplo, 802.11n admite cuatro transmisiones espaciales (4 × 4 MIMO) y un ancho de canal de 40MHz. Pero 802.11ac puede utilizar ocho transmisiones espaciales y tiene canales de hasta 80MHz de ancho, que luego se pueden combinar para crear canales de 160MHz. Incluso si todo lo demás sigue igual (y no lo hace), esto significa que 802.11ac tiene 8x160MHz de ancho de banda espectral para jugar frente a 4x40MHz, una gran diferencia que permite que 802.11ac exprima grandes cantidades de datos a través de las ondas de radio.

Para aumentar aún más el rendimiento, 802.11ac también introduce la modulación 256-QAM (en comparación con 64-QAM en 802.11n), que comprime 256 señales diferentes sobre la misma frecuencia al cambiar y girar cada una en una fase ligeramente diferente. En teoría, eso cuadruplica la eficiencia espectral de 802.11ac sobre 802.11n. La eficiencia espectral mide qué tan bien un protocolo inalámbrico determinado o una técnica de multiplexación utiliza el ancho de banda disponible. En la banda de 5 GHz, donde los canales son bastante anchos (20MHz +), la eficiencia espectral no es tan importante. Sin embargo, en las bandas celulares, los canales suelen tener solo 5MHz de ancho, lo que hace que la eficiencia espectral sea muy importante.

802.11ac también introduce la formación de haces estandarizada (802.11n lo tenía, pero no estaba estandarizado, lo que hizo que la interoperabilidad fuera un problema). Beamforming transmite señales de radio de tal manera que se dirigen a un dispositivo específico. Esto puede aumentar el rendimiento general y hacerlo más consistente, así como reducir el consumo de energía. La formación de haces se puede hacer con antenas inteligentes que se mueven físicamente para rastrear un dispositivo, o modulando la amplitud y la fase de las señales para que interfieran destructivamente entre sí, dejando solo un haz estrecho y sin interferencias. El 802.11n anterior usa este segundo método, que puede implementarse tanto en enrutadores como en dispositivos móviles.

Enrutador ASUS de doble banda 802.11ac
Enrutador ASUS de doble banda 802.11ac

Finalmente, 802.11ac, al igual que las versiones 802.11 anteriores, es totalmente compatible con versiones anteriores, por lo que puede comprar un enrutador 802.11ac hoy, y debería funcionar bien con sus dispositivos Wi-Fi 802.11ny 802.11g más antiguos.

¿Qué tan rápido es 802.11ac?

En teoría, en la banda de 5 GHz y utilizando formación de haz, 802.11ac debería tener el mismo rango o mejor que 802.11n (sin formación de haz). La banda de 5 GHz, gracias a la menor potencia de penetración, no tiene el mismo rango que 2.4 GHz (802.11b / g). 

Pero esa es la compensación que tenemos que hacer: simplemente no hay suficiente ancho de banda espectral en la banda de 2.4GHz masivamente utilizada para permitir velocidades de nivel de gigabit de 802.11ac. Siempre que su enrutador esté bien posicionado o tenga varios enrutadores, no debería importar mucho. Los factores más importantes serán la potencia de transmisión y la calidad de la antena de sus dispositivos.

Y finalmente, la pregunta que todos quieren saber: ¿qué tan rápido es el Wi-Fi 802.11ac? Como siempre, hay dos respuestas: la velocidad máxima teórica que se puede lograr en el laboratorio y la velocidad máxima práctica que probablemente recibirá en casa en el mundo real, rodeado de muchos obstáculos que atenúan la señal.

WiFi 802.11acLa velocidad máxima teórica de 802.11ac es de ocho canales 256-QAM de 160MHz, cada uno de los cuales es capaz de 866.7Mbps, para un total de 6,933Mbps, o apenas 7Gbps. Esa es una velocidad de transferencia de 900 megabytes por segundo, más de lo que puede exprimir un enlace SATA 3.

En el mundo real, gracias a la contención de canales, probablemente no obtendrá más de dos o tres canales de 160MHz, por lo que la velocidad máxima se reduce a entre 1.7Gbps y 2.5Gbps. Compare esto con la velocidad teórica máxima de 802.11n, que es 600Mbps.

En situaciones en las que no necesita el máximo rendimiento y confiabilidad de Gigabit Ethernet con cable, que sigue siendo una buena opción para situaciones que requieren el mayor rendimiento, 802.11ac es sin duda convincente.

En lugar de abarrotar su sala de estar con un cable Ethernet a la PC de cine en casa debajo de su televisor, 802.11ac ahora tiene suficiente ancho de banda para transmitir de forma inalámbrica el contenido de mayor definición a su consola de juegos, decodificador o PC de cine en casa. Para todos los casos de uso, excepto los más exigentes, 802.11ac es una alternativa viable a Ethernet.

El futuro de 802.11ac

802.11ac solo será más rápido también. Como mencionamos anteriormente, la velocidad máxima teórica de 802.11ac es apenas inferior a 7 Gbps, y aunque nunca lo alcanzará en un escenario del mundo real, no nos sorprendería ver velocidades de enlace de 2 Gbps o más en el próximo pocos años. A 2 Gbps, obtendrá una velocidad de transferencia de 256 MB / seg, y de repente Ethernet tiene cada vez menos propósito si eso sucede. 

Para alcanzar tales velocidades, los fabricantes de conjuntos de chips y dispositivos deberán implementar cuatro o más transmisiones 802.11ac, tanto en términos de software como de hardware.

802.11n Wi-Fi 4

El primer estándar para especificar MIMO, 802.11n, fue aprobado en octubre de 2009 y permite su uso en dos frecuencias: 2.4GHz y 5GHz, con velocidades de hasta 600Mbps. Cuando escuche que los proveedores de LAN inalámbricas usan el término «doble banda», se refiere a poder entregar datos a través de estas dos frecuencias.

802.11n es un IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) estándar de la industria para los locales Wi-Fi comunicaciones de red, ratificado en 2009. Sustituyó mayores 802.11a , 802.11b , y 802.11g tecnologías Wi-Fi, pero se vio superado por el 802.11 ac en 2013. A su vez, se espera que los estándares más nuevos, 802.11ax y 802.11ay, se implementen completamente a fines de 2019. Cada estándar es más rápido y más confiable que el anterior y, en general, es compatible con versiones anteriores.

Tecnologías inalámbricas clave en 802.11n

802.11n utiliza múltiples antenas inalámbricas en conjunto para transmitir y recibir datos. El término asociado MIMO (entrada múltiple, salida múltiple) se refiere a la capacidad de 802.11ny tecnologías similares para coordinar múltiples señales de radio simultáneas. 802.11n admite hasta cuatro transmisiones simultáneas. MIMO aumenta tanto el alcance como el rendimiento de una red inalámbrica.

Ruteador Linksys 802.11n
Ruteador Linksys 802.11n

Una técnica adicional empleada por 802.11n implica aumentar el ancho de banda del canal. Al igual que en las redes 802.11a / b / g, cada dispositivo 802.11n utiliza un canal de Wi-Fi preestablecido en el cual transmitir. El estándar 802.11n utiliza un rango de frecuencia mayor que los estándares anteriores, lo que aumenta el rendimiento de datos.

Rendimiento 802.11n

Las conexiones 802.11n admiten un ancho de banda de red teórico máximo de hasta 300 Mbps , dependiendo principalmente de la cantidad de radios inalámbricas en los dispositivos. Los dispositivos 802.11n funcionan en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz.

802.11 g

Aprobado en junio de 2003, 802.11g fue el sucesor de 802.11b, capaz de alcanzar velocidades de hasta 54Mbps en la banda de 2.4GHz, igualando la velocidad de 802.11a pero dentro del rango de frecuencia más bajo.

802.11 a

La primera «carta» después de la aprobación de junio de 1997 del estándar 802.11, esta operaba en la frecuencia de 5 GHz, con velocidades de datos de hasta 54 Mbps. Contra intuitivamente, 802.11a salió más tarde que 802.11b, causando cierta confusión en el mercado porque la gente esperaba que el estándar con la «b» al final fuera retrocompatible con el que tiene la «a» al final.

802.11 b

Lanzado en septiembre de 1999, es muy probable que su primer enrutador doméstico fuera 802.11b, que opera en la frecuencia de 2.4GHz y proporciona una velocidad de datos de hasta 11 Mbps. Curiosamente, los productos 802.11a llegaron al mercado antes de 802.11a, que fue aprobado al mismo tiempo pero no llegó al mercado hasta más tarde.

802.11 -1997

El primer estándar, que proporciona una velocidad de datos de hasta 2 Mbps en la frecuencia de 2.4GHz. Proporcionó una amplia gama de 66 pies en interiores (330 pies en exteriores), por lo que si poseía uno de estos enrutadores, probablemente solo lo usó en una habitación individual.

Estándares de Wi-Fi pendientes

802.11aj

También conocido como China Millimeter Wave, define las modificaciones de la capa física 802.11ad y la capa MAC para permitir la operación en la banda de frecuencia de 59-64GHz de China. El objetivo es mantener la compatibilidad con 802.11ad (60GHz) cuando opera en ese rango de 59-64GHz y operar en la banda de 45GHz de China, mientras se mantiene la experiencia de usuario 802.11. Se esperaba la aprobación final en noviembre de 2017.

802.11 ak

Existen algunos productos en los espacios de entretenimiento industrial y control industrial que tienen capacidad inalámbrica 802.11 y función Ethernet 802.3. El objetivo de este estándar es ayudar a los medios 802.11 a proporcionar conexiones internas como enlaces de tránsito dentro de las redes puenteadas 802.1q, especialmente en las áreas de velocidades de datos, seguridad estandarizada y mejoras en la calidad del servicio. Alcanzó el estado de borrador en noviembre de 2017.

802.11 ax Wi-Fi 6

Conocido como WLAN de alta eficiencia, 802.11ax tiene como objetivo mejorar el rendimiento en implementaciones de WLAN en escenarios densos, como estadios deportivos y aeropuertos, mientras aún opera en el espectro de 2.4GHz y 5GHz. El grupo apunta al menos a una mejora 4X en el rendimiento en comparación con 802.11ny 802.11ac., A través de una utilización más eficiente del espectro. Se estima que la aprobación sea en julio de 2019.

802.11 ay

También conocido como Next Generation 60GHz, el objetivo de este estándar es admitir un rendimiento máximo de al menos 20Gbps dentro de la frecuencia de 60GHz (802.11ad actualmente alcanza hasta 7Gbps), así como aumentar el rango y la confiabilidad. Se espera que la norma se apruebe entre septiembre y noviembre de 2019.

802.11 az

Llamado Next Generation Positioning (NGP), un grupo de estudio se formó en enero de 2015 para abordar las necesidades de una «Estación para identificar su posición absoluta y relativa a otra estación o estaciones con las que está asociada o no asociada». Los objetivos del grupo serían debe definir modificaciones a las capas MAC y PHY que permiten «determinar la posición absoluta y relativa con mayor precisión con respecto al protocolo de Medición de temporización fina (MTM) que se ejecuta en el mismo tipo PHY, al tiempo que reduce el uso de medio inalámbrico y el consumo de energía existentes y es escalable a implementaciones densas ”. La estimación actual de la aprobación de esta norma es marzo de 2021.

802.11ba

También conocido como «Wake-Up Radio» (WUR), esto no es una locura del equipo de zoológicos de la mañana, sino una nueva tecnología destinada a extender la vida útil de la batería de dispositivos y sensores dentro de una red de Internet de las cosas. El objetivo del WUR es «reducir en gran medida la necesidad de recargar y reemplazar las baterías con frecuencia, al tiempo que se mantiene el rendimiento óptimo del dispositivo».

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