Conectividad móvil. Tecnologías 3G, 4G, Wifi y Bluetooth

Antecedentes del 3G

Desde el nacimiento de la red 2G, la tecnología digital pronto nos mostraria la necesidad cada vez mayor del envío de datos en los dispositivos móviles. Por esta razón se han ido desarrollando mejoras o extensiones en el sistema GSM para lograr una tasa de datos pueden incluso superar a conexiones de banda ancha fija.

En relación a la mejora de la red 2G, podemos recordar:

  • 2.5G GPRS (General packet radio service) de hasta 114 Kbps.

  • 2.75G E-GPRS (Enhanced GPRS) de hasta 384 Kpbs, también conocida como EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution).

A día de hoy las redes de telefonía móvil ofrecen tanto el servicio GPRS como el E-GRPS donde la tecnología 4G o 3G no está disponible. Dependiendo de la cobertura móvil del usuario éste podrá observar en su dispositivo las siglas que identifican a este par de tecnologías pre-3G.

Tecnología 3G

Las tecnologías de 3G son la respuesta a la especificación IMT-2000 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. En Europa y Japón se seleccionó el estándar denominado UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), basado en la tecnología W-CDMA que posteriormente se comentará. UMTS está gestionado por la organización 3GPP, también responsable de GSM, GPRS y EDGE.

La velocidad de datos para la que se diseñó la nueva infraestructura varía mucho dependiendo de la operadora que realiza el despliegue, la cobertura, así como si nos encontramos en baja o alta movilidad. En cualquier caso, se estipula una orquilla máxima de entre 2 y 5Mbps en el mejor de los casos con la tecnología básica UMTS. Mejoras posteriores han permitido superar ampliamente esta velocidad en evoluciones del sistema 3G, conocidas como HSPA (High-Speed Packet Access) y que se discutirán en este documento.

Arquitectura UMTS

UMTS se ideó como mejora de gran capacidad para GSM. Esto significa que se realizan mejoras en la arquitectura original GSM, manteniendo algunos componentes de la red 2G sobre todo en el núcleo, y sustituyendo la red de acceso radio (nuevas antenas).

En relación al multiacceso o interfaz de radio, se sustituye el TDMA de GSM por la tecnología W-CDMA. Se trata de una versión para telefonía móvil de la multiplexación CDMA: multiplexación por división de códigos. La W de W-CDMA significa Wideband.

Reperesentación del multiacceso mediante CDMA.

Tecnología W-CDMA

Cada canal ocupa ahora 5Mhz, frente a los 200Khz del GSM y sus 8 usuarios límite. Éste canal se repartirá entre un número mucho más elevado de usuarios que oscilará entre 50 y 150 dependiendo de la eficiencia de la red.

Representación del uso del espectro en W-CDMA de UMTS.

La principal diferencia entre la transmisión TDMA del GSM y la W-CDMA del UTMS es que en este segundo caso todos los usuarios admitidos transmiten a la vez por el canal, codificando su señal con un código diferente por usuario y que será conocido por emisor y antena. Este código se conoce como Scrambling y podemos obtenerlo con la clase TelephonyManager:

telephonyManager = (TelephonyManager)getSystemService(Context.TELEPHONY_SERVICE);
GsmCellLocation cellLocation = (GsmCellLocation) telephonyManager.getCellLocation();
psc = cellLocation.getPsc();

La separación en el medio de transmisión se consigue porque antes de ser transmitida, la señal se multiplica bit a bit por el código único que la va a identificar. Tendremos lo que se conoce como señal ensanchada. La forma de recuperar una información concreta de entre todas las que se están transmitiendo simultáneamente en el canal W-CDMA de 5 Mhz es volver a multiplicar la señal ensanchada por el mismo código que empleó el transmisor. Esta operación hace que se recupere el flujo binario original. El resto de señales que han sido transmitidas con otros códigos distintos al que se quiere recuperar permanecen ensanchadas y se comportan como ruido.

En WCDMA, existen además dos modos de operación:

  • TDD: En este método bidireccional, las transmisiones de los enlace subida y bajada son transportadas en la misma banda de frecuencia usando intervalos de tiempo (intervalos de trama) de forma síncrona. Así los intervalos de tiempo en un canal físico se asignan para los flujos de datos de transmisión y de recepción.

  • FDD: Los enlaces de las transmisiones de subida y de bajada emplean dos bandas de frecuencia separadas. Un par de bandas de frecuencia con una separación especificada se asigna para cada enlace.

La elección de W-CDMA como tecnología de multiplexación tiene una ventaja adicional para las operadoras, pues no requiere de una planificación de frecuencias previa, al emplear todas las celdas la misma banda. Además, en las redes UMTS se posibilitará el denominado Soft-Handover. En este caso, durante el proceso de traspaso el móvil estará conectado mediante un canal a la estación base de origen y mediante otro canal a la estación base de destino. Durante dicho proceso, la transmisión se realiza en paralelo por los dos canales, es decir, no se produce interrupción del enlace. Con dicho sistema se asegura una conexión con la estación base de la nueva celda antes de cortar con la conexión antigua. Este sistema proporciona mucha fiabilidad frente al handover original. Otros de los cambios que encontramos es en la técnica de modulación empleada que será QAM.

En relación a los elementos presentes en una red UMTS, contamos con tres elementos principales:

  • UE (User Equipment). Se compone del terminal móvil y su módulo de identidad de servicios de usuario/suscriptor (USIM) que se corresponde con la tarjeta SIM.

  • UTRAN (Red de acceso radio). La red de acceso radio proporciona la conexión entre los terminales móviles y el Core Network. En UMTS recibe el nombre de UTRAN (Acceso Universal Radioeléctrico Terrestre) y se compone de una serie de subsistemas de redes de radio (RNS) que son el modo de comunicación de la red UMTS. Un RNS es responsable de los recursos y de la transmisión - recepción en un conjunto de celdas y está compuesto de un RNC y uno o varios nodos B. Los nodos B son los elementos de la red que se corresponden con las estaciones base (antenas). El controlador de la red de radio (RNC) es responsable de todo el control de los recursos lógicos de una estación base.

  • Core Network (Núcleo de la red). El núcleo de red incorpora funciones de transporte y de inteligencia. Las primeras soportan el transporte de la información de tráfico y señalización, incluida la conmutación. También incluye la gestión de la movilidad. A través del núcleo de red, el UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones, de forma que resulte posible la comunicación no sólo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los que se encuentran conectados a otras redes de voz o datos.

Representación de la arquitectura UMTS.

Equipos del nucleo de la red

En el núcleo de la red nos encontramos diferentes elementos. Por un lado tenemos el MSC (Mobile Switching Center) para servicios de voz (conmutación de circuitos). Por otro lado contamos con el SGSN (Serving GPRS Support Node) y el GGSN (Gateway GPRS Support Node) para la conmutación de paquetes presente en el envío de datos.

Elementos físicos presentes en la arquitectura UMTS.

El SGSN es el equipo responsable de la entrega de paquetes de datos desde y hacia las estaciones móviles dentro de su área de servicio. Sus tareas incluyen el enrutamiento de paquetes, gestión de la movilidad (conexión / desconexión y la gestión de la ubicación), gestión de enlace lógico, así como la autenticación.

Equipo SGSN de la marca Ericcson.

El GGSN es responsable de la interconexión entre la red 3G y la red de conmutación de paquetes externa, como puede ser Internet. El GGSN se comporta como un router o pasarela, para que el usuario pueda enviar y/o recibir datos de/hacia el exterior. Cuando el GGSN recibe datos dirigidos a un usuario específico, comprueba si el usuario está activo. En este caso, el GGSN reenvía los datos al SGSN que sirve al usuario móvil.

Equipo GGSN de Cisco.

HSDPA (3.5G)

La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, es la optimización de la tecnología radio de UMTS, que consiste en aumentar la velocidad de descarga (entre 7.2 y hasta 14,4 Mbps) mediante la incorporación de un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) y mejorando la técnica de modulación de la señal. En este sentido, se hace uso de un esquema de modulación y codificación que cambia en función de cada usuario, dependiendo de la calidad de la señal y el uso de células.

HSUPA (3.75G)

HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida (de hasta 7,2 Mbit/s). Se corresponde con la tecnología 3.75G y es una mejora del estandar HSDPA aplicando las mismas técnicas en el canal ascendente, es decir, el uso de un nuevo canal compartido y la mejora de la modulación.

HSPA+ (3.8G, 3.85G)

HSPA+, también conocido como Evolved HSPA (HSPA Evolucionado), es un estándar de telefonía móvil para alcanzar velocidades de hasta 42 Mbps de bajada y 11,5 Mbps de subida. Esta velocidad sólo se consigue si se emplea:

  • Modulación 64QAM que requerirá una calidad de señal elevada para poder ser empleada. En este caso se hablará te tecnología 3.8G.

  • Técnica multi-antena conocida como MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), mínimo de 2x2, donde se utilizan dos transmisores y dos receptores sobre la misma frecuencia para que el receptor pueda reconstruir la señal con mayor fiabilidad. Si a los 64QAM se une MIMO tendremos 3.85G.

Aun cuando las posibilidades de HSPA+ son elevadas, las velocidades presentadas representan picos teóricos que difícilmente se han llegado a alcanzar en las redes actuales. La velocidad teórica es un valor bruto que sólo se alcanza en las mejores condiciones, con una excelente señal de radio y sin apenas otros usuarios en la celda. La velocidad real se ve influida por el ancho de banda consumido por los protocolos, por las condiciones radioléctricas (nivel de cobertura), la cantidad de usuarios simultáneos y la saturación del enlace de la estación base con la red troncal de la operadora.

Representación de múltiple antena MIMO 2x2 en telefonía móvil.

En la siguiente tabla se muestra un resumen de las velocidades máximas alcanzables en las variantes de HSPA:

Nombre

V. descarga

V. subida

HSDPA

14,4 Mbps

384 Kbps

HSUPA

14,4 Mbps

5,76 Mbps

HSPA+

28 Mbps

11,5 Mbps

HSPA+ MIMO

42 Mbps

11,5 Mbps

Tecnología 4G

4G son las siglas utilizadas para referirse a la cuarta generación de tecnologías de telefonía móvil. Es la sucesora de las tecnologías 2G y 3G.

Existe algo de confusión en relación a si la tecnología empleada actualmente para el despliegue de redes móviles de alta velocidad y sucesoras del 3G cumple con los requisitos para ser clasificada como 4G. En este sentido, LTE (Long Term Evolution) es un estándar de la norma 3GPP (proyecto de asociación de tercera generación) definida como un nuevo concepto de arquitectura evolutiva.

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) creó un comité para aclarar los requisitos necesarios para que un estándar sea considerado de la generación 4G. Este comité es el IMT-Advanced. Entre los requisitos técnicos que se incluyen hay uno muy claro, las velocidades máximas de transmisión de datos que debe estar entre 100 Mbps para una movilidad alta y 1 Gbps para movilidad baja. El estándar LTE (Long Term Evolution) de la norma 3GPP, no es puramente 4G porque no cumple los requisitos definidos por la IMT-Advanced en características de velocidades pico de transmisión y eficiencia espectral. Aún así la UIT declaró en 2010 que los candidatos a 4G, como era éste, podían publicitarse como 4G sin ningún problema.

El reciente aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas aplicaciones y servicios han sido las motivaciones por las que 3GPP desarrolla el proyecto LTE. De esta manera, se diseña un sistema capaz de mejorar significativamente la experiencia del usuario con total movilidad, que utiliza el protocolo de Internet (IP) para realizar cualquier tipo de tráfico de datos de extremo a extremo con una buena calidad de servicio (QoS) y, de igual forma el tráfico de voz, apoyado en Voz sobre IP (VoIP) que permite una mejor integración con otros servicios multimedia.

El planteamiento en LTE es empezar a hacer un diseño desde cero. Esto significa una arquitectura con nueva red de acceso y nuevo nucleo.

Arquitectura LTE

Los elementos que forman la arquitectura LTE son:

  • Equipos móviles de usuarios. UE.

  • Red de acceso evolucionada: E-UTRAN.

  • Red troncal de paquetes evolucionada: EPC.

Representación de la arquitectura 4G.

La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE es completamente nueva. Estas actualizaciones se denominan Evolved UTRAN (E-UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN ha sido la reducción del coste y la complejidad de los equipos, esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de recursos de radio, control de calidad de servicio y movilidad han sido integradas al nuevo "Node B", llamado evolved Node B. Todos los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden comunicar unos a otros usando sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK, 16-QAM y 64-QAM.

Esta nueva arquitectura de radio tiene como caracteristica el poseer alta eficiencia espectral mediante el uso de dos diferentes esquemas de multiplexación:

  • OFDMA. Multiplexación por división de frecuencias ortogonales. Se utiliza en el enlace descendente.

    Se asignan subportadoras a cada usuario, mediante códigos ortogonales, según el requerimiento de los usuarios. Con este método se logra una fuerte inmunidad frente al ruido a la vez que se pueden definir muchos criterios de asignación de frecuencias (tipo de servicio, calidad de conexión, tarifa...)

    Las subportadoras se modulan con un rango de

    símbolos QPSK, 16QAM o 64QAM.

Representación de subportadoras en ancho de banda de 5Mhz en OFDMA para estandatar LTE.

  • SC-FDMA. Acceso múltiple por división de frecuencia de portadora única. Si bien la multiplexación OFDMA presenta ventajas para el canal descendente, no es apropiada por las caracteristicas del canal ascendente, donde el emisor no posee la potencia lineal requerida para mantener estable los símbolos de la multiplexación. Se elige, por tanto, otra técnica que evite disparar el consumo de la bateria del dispositivo. El proceso de transmisión del esquema SC-FDMA es muy parecido al de OFDMA. De hecho, se puede considerar como una versión precodificada, mediante la transformada discreta de Fourier (DFT), de OFDMA.

En la siguiente figura se muestra una secuencia de ocho símbolos QPSK en un ejemplo con 4 subportadoras. Para OFDMA, los 4 símbolos se toman en paralelo, cada uno de ellos modulando su propia sub-portadora en la fase QPSK apropiada. Después de un período de símbolo OFDMA, se deja un tiempo (para que no haya solapamientos) antes del siguiente período de símbolo. En SC-FDMA, cada símbolo se transmite secuencialmente. Así, los 4 símbolos se transmiten en el mismo período de tiempo. El rango de símbolos más alto requiere de cuatro veces el ancho de banda del espectro. Después de cuatro símbolos se deja el tiempo para evitar solapamientos mencionado anteriormente.

Representación de OFDMA (canal descendente) y SC-FDMA (canal ascendente).

En relación al espectro, LTE permite un ancho de banda adaptativo: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz. Como no podría ser de otra forma, para alcanzar las velocidades prometidas en el estandar es necesario llegar al máximo de 20Mhz anterior, algo que no siempre es posible para las operadoras debido a las limitaciones del espectro radioelectrico.

Las velocidades que se pueden alcanzar con la tecnología 4G dependen, por tanto, del espectro disponible. Si hablamos de velocidades reales, las máximas que pueden alcanzar los dispositivos en España (por el despliegue realizado por los operadores) varía, en el mejor de los casos, entre 75 y 150 Mbps, siempre que se disponga de, al menos, 10Mhz en una de las bandas de despliegue del 4G.

Resumen de velocidades de LTE o 4G en España.

Ancho de banda

10Mhz

15Mhz

20Mhz

Descarga

75Mbps

112Mbps

150 Mbps

Subida

25Mbps

37Mbps

50 Mbps

Los terminales 4G actuales, realizan un escaneo de frecuencias continuamente para detectar si hay cobertura 4G disponible, y si es así, también detectan si hay cobertura de una sola banda 4G o de más de una. Cuando detecta que hay más de una, selecciona siempre la que tenga más ancho de banda y, por lo tanto, se ofrezcan mayores velocidades.

LTE advanced

LTE advanced se corresponde con las mejoras realizadas en la tecnología LTE para poder alcanzar velocidades superiores a los 150 Mbps. También se denomina 4.5G o 4G+ y se caracteriza por permitir un sistema escablable de ancho de banda excediendo los 20 MHz del LTE (potencialmente hasta los 100 MHz). Esta técnica se conoce como "Carrier Agretation"

Carrier Agregation consiste en que cuando un terminal se da cuenta de que tiene cobertura de dos antenas 4G a la vez, cada una de una banda de frecuencias diferente, en lugar de tener que elegir entre una de las dos se plantea: ¿y por qué no usar las dos antenas a la vez? Si el dispositivo es capaz de trabajar con dos bandas de frecuencia 4G a la vez, y siempre que la red también sea capaz de gestionarlo, se usan las dos antenas simultáneamente para las descargas de Internet, y la velocidad máxima teórica de bajada será la de la suma de las velocidades de cada antena individual. Por ejemplo, si se tiene cobertura 4G en la banda 1.800Mhz con ancho de banda 15MHz y a su vez, en la banda 2600 con ancho de banda 20MHz, actualmente el terminal elegiría la antena de 2600 y, por lo tanto, podría descargar a 150Mbps… Pero, si contamos con Carrier Agregation, pasaríamos a usar las dos antenas a la vez (1.800 + 2.600) y la velocidad máxima de descarga será de 150 + 112 = 262 Mbps. Y en el caso máximo a día de hoy, si en una ciudad tenemos 20MHz en dos bandas, entonces al unir las velocidades de una celda y de otra (cada una con 150Mbps) podremos llegar a 150 + 150 = 300Mbps de velocidad de descarga.

Representación de Carrier Agregation con dos bandas de 10Mhz.

Por el momento los dispositivos actuales pueden llegar a permitir Carrier Agregation de hasta 2 bandas. En el futuro se podrá ampliar a más para alcanzar mayores velocidades.

Representación de Carrier Agregation de hasta 5 bandas con 20MHz.

Dividendo digital

Para alcanzar las velocidades del 4G o 4G+ anteriormente descritas es necesario disponer de espectro suficiente. En la actualidad el 4G se despliega en diferentes bandas (1800Mhz y 2600Mhz), ocupando frecuencias libres que el 2G o el 3G no está utilizando. Esto significa incluso que para algunos operadores no es posible disponer de subportadoras de 20Mhz, sino que tienen que usar 5Mhz o 10Mhz. Todos esto hace necesaria la liberación de más frecuencias para que el 4G pueda alcanzar todo su potencial.

El dividendo digital es la banda de frencuencias de los 800Mhz (790 - 862Mhz). Esta banda es muy interesante pues permite mayor propagación de la señal, lo que significa que las celdas de tecnología 4G podrían ampliar su cobertura más alla de los 400 metros que actualmente tienen en 2600Mhz.

Los operadores de telefonía móvil en España ya han empezado a hacer uso de la banda de los 800Mhz, una vez ha quedado liberada de las emisiones de televisión.

Frecuencias liberadas del dividendo digital en España.

Tecnología 5G

En telecomunicaciones, 5G son las siglas utilizadas para referirse a la quinta generación de tecnologías de telefonía móvil. Es la sucesora de la tecnología 4G. Actualmente se encuentra sin estandarizar y las empresas de telecomunicación están desarrollando sus prototipos. Está previsto su uso para 2020 aunque es de esperar un retraso en su despliegue, tal y como ha ocurrido con 4G. No obstante, la compañia Huawei ha anunciado que proveerá esta tecnología a una empresa de telecomunicaciones rusa de cara al mundial de futbol de 2018.

La compañía Samsung también está trabajando en el desarrollo de la conexión inalámbrica de alta velocidad 5G y asegura que estará disponible para su comercialización en el año 2020. Este fabricante ya ha realizado pruebas alcanzando 1 Gbps. Por otra parte, Ericsson también ha experimentado el 5G en laboratorio consiguiendo una velocidad de bajada 5Gbps.

Según Ericsson, el desarrollo de la red 5G incluye nuevas tecnologías de antenas con "mayores anchos de banda", con "más altas frecuencias" e intervalos de tiempo de transmisión "más cortos". De hecho, una de las grandes diferencias entre el actual 4G y el 5G es la frecuencia que se usará. Mientras en 4G lo más habitual es usar frecuencias bajas, entre los 800 MHz y 2.6 GHz, en el caso de las pruebas de 5G que se han llevado a cabo hasta ahora se han utilizado bandas situadas entre los 26 y 38 GHz.

El problema del uso de estas altas frecuencias es que pueden ser bloqueadas por edificios, personas, árboles e incluso lluvia. Samsung afirma haber mitigado este problema configurando de forma dinámica el modo en que la señal se divide, e incluso controlando la dirección en la que se envía, haciendo cambios en decenas de nanosegundos en respuesta a las condiciones cambiantes.

Wi-Fi (Wifi)

Wi-Fi es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Los dispositivos habilitados con wifi, como puede ser un smartphone, pueden conectarse a Internet a través de un punto de acceso de red inalámbrica. Dicho punto de acceso tiene un alcance de unos 20 metros en interiores, una distancia que es mayor al aire libre.

"Wi-Fi" es una marca de la Wi-Fi Alliance, que es organización comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares IEEE 802.11 relacionados a redes inalámbricas de área local. Erroneamente, mucha gente identifica el término «Wi-Fi» con una abreviatura de Wireless Fidelity, cuando no es así.

Existen diversos tipos de wifi, basado cada uno de ellos en un estándar IEEE 802.11 aprobado. Son los siguientes:

  • Los estándares IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e IEEE 802.11n disfrutan de una aceptación internacional debido a que la banda de 2.4 GHz está disponible casi universalmente, con una velocidad de hasta 11 Mbit/s, 54 Mbit/s y 300 Mbit/s, respectivamente.

  • En la actualidad empieza a ser común el estándar IEEE 802.11ac, conocido como WIFI 5, que opera en la banda de 5 GHz y que disfruta de una operatividad con canales relativamente limpios. La banda de 5 GHz ha sido recientemente habilitada y, además, no existen otras tecnologías (Bluetooth, microondas,...) que la estén utilizando, por lo tanto existen muy pocas interferencias. Su alcance es algo menor que el de los estándares que trabajan a 2.4 GHz (aproximadamente un 10 %), debido a que la frecuencia es mayor (a mayor frecuencia, menor cobertura).

Arquitectura Wi-Fi

Las redes Wi-Fi funcionan comunmente en lo que se denomina modo infraestructura, donde necesitamos un punto de acceso al que conectarnos.

Este punto de acceso "crea" la red a la que podemos concectarnos. Envía cada cierto tiempo (100ms) la señal con el identificador de la red BSSID. Este identificador (Basic Service Set Identifier) se forma con la dirección MAC del punto de acceso (no confundir con la MAC del router, pues puede haber varios puntos de acceso, cada uno con su BSSID, dentro de una red con un único router).

Al BSSID se une el otro identificador SSID para identificar una red inalámbrica. El SSID es básicamente el nombre de la red. Habrá un único SSID en una red inalámbrica que puede estar compuesta por varios puntos de acceso y, por lo tanto, varios BSSID.

Seguridad Wi-Fi

Para gantizar la seguridad en las redes Wi-Fi hay varias alternativas, aunque la más efectiva es cifrar los datos transmitidos. Hay varias formas de cifrar las comunicaciones de las redes Wi-Fi:

  • Sin cifrado: Red abierta (no recomendado)

  • WEP: Wired Equivalent Privacy. Cifrado por clave compartida por todos los usuarios de la red. Es un cifrado muy sencillo (no recomendado).

  • WPA: Wi-Fi Protected Access. WPA permite la autenticación mediante una clave precompartida, que de un modo similar al WEP, requiere introducir la misma clave en todos los equipos de la red. A partir de la pre-shared key que introducimos en el punto de acceso, el sistema va generando nuevas claves que transmite al resto de equipos, lo cual dificulta la acción de descifrado.

  • WPA2: Es el estándar más moderno para proteger redes inalámbricas y el que recomienda la Wi-Fi Alliance. a principal diferencia entre WPA y WPA2 (Personal) es que WPA utiliza un tipo de codificación conocido como TKIP. WPA2 suele utilizar AES, un algoritmo de cifrado mucho más avanzado que no puede ser derrotado por las herramientas que superan la seguridad TKIP, por lo que es un método mucho más seguro de encriptación.

Bluetooth

Bluetooth es un sistema de comunicación inalámbrico para redes de corto alcance mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda de los 2,4 GHz. Las principales ventajas de Bluetooth son, a parte del bajo consumo:

  • Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles.

  • Eliminar los cables y conectores entre éstos.

  • Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.

Los dispositivos que incorporan este protocolo pueden comunicarse entre ellos cuando se encuentran dentro de su alcance. Las comunicaciones se realizan por radiofrecuencia de forma que los dispositivos no tienen que estar alineados y pueden incluso estar en habitaciones separadas si la potencia de transmisión es suficiente. Estos dispositivos se clasifican como Clase 1 (100 mW), Clase 2 (2.5 mW) o Clase 3 (1 mW) en referencia a su potencia de transmisión.

Los dispositivos con Bluetooth también pueden clasificarse según su capacidad de canal:

Versión

Ancho de banda

1.2

1 Mbps

2.0

3 Mbps

3.0

24 Mbps

4.0

24 Mbps

Para utilizar Bluetooth, un dispositivo debe implementar alguno de los perfiles Bluetooth. Estos definen el uso del canal Bluetooth, así como canalizar al dispositivo que se quiere vincular. Podemos encontrar hasta 27 perfiles diferentes, desde emisión de audio, video, ficheros, etc.

En relación a la seguridad es preciso comentar Bluetooth no es precisamente un sistema muy seguro. El momento más vulnerable de una conexión es el emparejamiento, donde puede transmitirse información de autenticación de los elementos. En cualquier caso, Bluetooth es un sistema de corto alcance, lo que dificulta cualquier ataque externo.

Con respecto al uso del espectro, tal y como se comentaba anteriormente, Bluetooth emplea la banda de los 2,4 Ghz. Divide toda la banda en 79 canales de 1 Mhz cada uno. Para evitar interferencias no emplea un único canal en la transmisión, sino que lleva a utilizar los 79 casi a la vez, saltando de forma aleatoria de uno a otro (frecuency hopping). De esta forma se evitan interferencias con otros equipos y/o emisiones.

Representación de frecuency hopping en Bluetooth para el envío de paquetes de datos.

Ejercicios

  1. Dentro de la UTRAN del 3G, encontraremos dos equipos. Indica su denominación y función.

  2. ¿Cuál es la exigencia de velocidad para que un estándar adquiera la clasificación de 4G?

  3. ¿Qué elemento de la red GSM no se puede utilizar en una red UMTS (3G)?

  4. ¿Cómo varía el ancho de banda del canal empleado en telefonía móvil desde el estándar GSM hasta LTE advanced?

  5. Que es una red IEEE 802.11ac ¿Qué velocidad se alcanza en ella y cómo lo consigue? Diferencias con respecto a 802.11n.

  6. ¿Qué característica permitirá alcanzar varios gigabits en las futuras redes WIFI 802.11ad?

Programación

En la parte de programación de este tema se trata de implementar una aplicación en Android para visualizar la información disponible en la red WIFI a la que hayas accedido con tu dispositivo (en modo infraestructura). En concreto, tu aplicación debe ser capaz de mostrar los siguientes datos de la red:

  • SSID

  • BSSID

  • Codificación / seguridad

  • Frecuencia

  • Velocidad

  • Fuerza de la señal

  • ¿Está oculta la red?

  • IP privada del dispositivo.

  • Máscara de red. (opcional)

  • Puerta de enlace / Servidor DHCP. (opcional)

Ejemplo de aplicación en dispositivo smartphone.

Para realizar la aplicación, tendrás que emplear las clases WifiManager y WifiInfo.

Con WifiInfo puedes describir el estado de una conexión WIFI activa. Contiene una serie de métodos públicos para ello:

  • getBSSID()

  • getSSID()

  • getFrequency()

  • getRssi()

No te olvides de los permisos...

<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE"/>

Ejemplo de código

A continuación se muestra una parte de código válido para obtener los datos sobre la conexión WIFI del dispositivo:

//lee el estado de la Wifi en dispositivos Android y muestra el resultado
public void mostrarDatos()
{
TextView textInfo = (TextView)findViewById(R.id.datoswifi);
WifiManager wifiManager=(WifiManager)getSystemService(WIFI_SERVICE);
WifiInfo wifiInfo=wifiManager.getConnectionInfo();
DhcpInfo dhcp = wifiManager.getDhcpInfo();
if (wifiInfo.getBSSID()!=null)
{
String ssid = wifiInfo.getSSID();
String bssid = wifiInfo.getBSSID();
String frecuencia = ""+wifiInfo.getFrequency();
int ipadress = wifiInfo.getIpAddress();
String ip = String.format(
"%d.%d.%d.%d",
(ipadress & 0xff),
(ipadress >> 8 & 0xff),
(ipadress >> 16 & 0xff),
(ipadress >> 24 & 0xff));
String ssid_oculta = ""+wifiInfo.getHiddenSSID();
String velocidad = ""+wifiInfo.getLinkSpeed()+ " Mbps";
String mac = wifiInfo.getMacAddress();
String idRed = ""+wifiInfo.getNetworkId();
String fuerzaSignal = ""+wifiInfo.getRssi()+" dBm";
String puerta = ""+dhcp.gateway;
String mascara = ""+dhcp.netmask;
String informacion = String.format("Datos de la red wifi:\n\nSSID: %s\nBSSID: %s\nFrecuencia: %s\nIP privada: %s\nSSID Oculta: %s\nVelocidad: %s\nDirección MAC: %s\nID de red: %s\nFuerza de la señal: %s\nPuerta de enlace: %s\nMáscara: %s\n", ssid, bssid, frecuencia, ip, ssid_oculta, velocidad, mac, idRed, fuerzaSignal, puerta, mascara);
textInfo.setText(informacion);
}
else
{
textInfo.setText("No se pudieron mostrar los datos.");
}
}