miércoles, 16 de diciembre de 2009

6. Wi-Fi Conclusión - Resumen

parte 1 - parte 2 - parte 3 - parte 4 - parte 5 - parte 6 -

Conclusión


La coexistencia, y operación simultánea en última instancia, entre Wi-Fi y Bluetooth es el objetivo deseado. Esperan que ambas tecnologías crezcan rápidamente durante los próximos años, ofreciendo nuevos niveles de portabilidad y conveniencia, y muchos modelos de uso crítico requieren la colocación y la operación simultánea de ambos estandares en el mismo dispositivo. Aproximaciones que apuntan a la coexistencia mediante el uso de antenas, y tecnicas en MAC y capa fisica ofrecen el potencial para reducir dramaticamente, si no eliminar, la interferencia entre estos dos sistemas.


Resumen

La banda de 2.4 GHz ISM (para fines Industriales, científicos y médicos) esta experimentando un rápido crecimiento, dos de las tecnologías emergentes que están impulsando este crecimiento son: Bluetooth y Wi-Fi (802.11b).
Bluetooth fue concebido como un reemplazo para el cable o mejor dicho es la contraparte del cable en el mundo wireless, la idea de Bluetooth es tener la posibilidad de realizar redes WPAN (redes de área personal inalámbricas) Bluetooth tiene un rango de alcance de máximo 10 metros y velocidades de hasta 700 kb/s. Puede soportar hasta 8 dispositivos con un máximo de tres links sincronos orientados a conexión, también soporta tipos de datos asíncronos sin conexión. La capa física de Bluetooth usa Frecuency Hopping Spread Spectrum (FHSS) a una tasa de 1600 hops/s y modulación Gaussian Frecuency Shift Keying (GFSK). La mayoría de los dispositivos Bluetooth transmiten a una nivel de potencia de 1 mW (0 dBm) con un a tasa de transferencia sin procesar de 1 Mb/s.
Wi-Fi (802.11b) es la contraparte de Ethernet en el mundo inalámbrico, ofrece velocidades de hasta 11Mb/s y un rango de alcance de hasta 100 metros. Estos dispositivos realizan contienda para acceder al medio (el aire) utilizando un esquema llamado Carrier Sense Múltiple Access with collision avoidance (CSMA/CA). La capa física de Wi-Fi utiliza Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) a cuatro diferentes tasas de datos utilizando una combinación de binary phase-shift keying (DBPSK) para 1 Mb/s, differential quaternary phase-shift keying (DQPSK) para 2 Mb/s, y QPSK/complementary code keying (CCK) para velocidades mayores: 5.5 and 11 Mb/s. LA potencia de la radio frecuencia puede variar, pero esta típicamente entre 30 y 100 mW (hasta 20 dBm) en la mayoría de los sistemas WLAN comerciales.
Estas dos tecnologías se complementan en vez de competir entre ellas. Mientras tecnologías que usen distintas radio frecuencias se pueden colocar en el mismo dispositivo, como por ejemplo Bluetooth en un celular, es de especial interés la coexistencia de Wi-Fi y Bluetooth cuando están colocados (con esto nos referimos a estar operando en el mismo dispositivo o a distancias muy cercanas) es muy interesante ya que comparten la misma banda de frecuencia.
Un sistema puede usar uno de dos métodos para trasmitir en esta banda; ambos son técnicas spread spectrum (SS). La primera es frequency hopping spread spectrum (FHSS) que permite a un dispositivo trasmitir mucha energía en una banda relativamente estrecha, pero por un tiempo limitado. Direct sequence spread spectrum (DSSS) le permite a un dispositivo ocupar un ancho de banda mas amplio con relativa poca energía en un segmento de banda dado y no realiza hops.
Cada sistema de comunicación inalámbrico, por definición, consiste de al menos dos nodos. A cualquier momento dado un nodo transmite (transmisor) y el otro recibe (receptor). Ambos estaciones 802.11b y Bluetooth transmiten o reciben, pero no ambas a la vez.
El ruido en la antena del receptor puede ser dividido en dos categorías: * Ruido en la banda: energía no deseada en frecuencias en la que el transmisor transmite la señal deseada.
* Ruido fuera de banda: Energía no deseada en frecuencias que el transmisor no usa.
El ruido puede ser categorizado como blanco o coloreado. El ruido blanco por lo general describe el ancho de banda (por ejemplo mas ancho que la señal deseada) interferencia de múltiples fuentes sin ninguna coordinación entre ellas. El ruido coloreado es usualmente de banda estrecha (por ejemplo relativo a la señal deseada) interferencia transmitida por radiadores intencionales, y tiene un comportamiento especifico en tiempo y frecuencia.
La interferencia entre Bluetooth y Wi-Fi ocurre cuando cualquiera de los siguiente es verdad:
• Un receptor Wi-Fi siente una señal Bluetooth al mismo tiempo que una señal Wi-Fi esta siendo enviada hacia el. el efecto es mas pronunciado cuando la señal Bluetooth esta dentro los 22 MHz ancho pasabanda del receptor Wi-Fi.
• Un receptor Bluetooth siente una señal Wi-Fi al mismo tiempo que una señal Bluetooth esta siendo enviada hacia el; el efecto es mas pronunciado cuando una señal Wi-Fi esta dentro de la pasabanda del receptor Bluetooth.
Simulación de Interferencia
Usando el conocimiento de las características de Bluetooth y Wi-Fi, un ambiente de simulación fue creado para hacer las evaluaciones cuantitativas del mutuo impacto de la interferencia. Esta simulación fue diseñada para reforzar el entendimiento de los mecanismos de interferencia y ayudar a desarrollar y evaluar técnicas de coexistencia de alto impacto.
El escenario típico implica una computadora portátil Sim-OP que interactúa con un punto de acceso Wi-Fi y un nodo Bluetooth. Piconets Bluetooth y estaciones Wi-Fi pueden ser añadidas.
Para maximizar la credibilidad de los resultados de la simulación, esta fue calibrada con los datos de las mediciones. Después del establecimiento de una base, parámetros adicionales fueron cambiados para entender el efecto de varios parámetros claves. En particular, las simulaciones fueron realizadas con un aumentó en la intensidad de la actividad Bluetooth (de DH5 A SCO HV1), se añadieron más piconets Bluetooth, y se aumentó el poder de transmisión Wi-Fi de 30 a 100 mW. Además se tomo en cuenta el efecto de Wi-Fi sobre Bluetooth
Técnicas de Reducción de interferencia
Como demuestran las mediciones físicas y resultados de la simulación, el problema de coexistencia es significativo. Un número de técnicas pueden ser empleadas para reducir la interferencia entre Wi-Fi y Bluetooth. Estas técnicas pueden ser agrupadas en cuatro categorías generales:
Regulaciones y normas
            - Un sistema correctamente diseñado de salto adaptativo puede mejorar la coexistencia en muchos casos, es difícil de evaluar el tiempo y la eficacia de estas propuestas.
            - Grupos dentro de la industria han comenzado a dirigir el problema y a buscar soluciones.
Uso y prácticas
            - La densidad de Wi-Fi y Bluetooth crecen, la interferencia desde y hacia los cubículos se hace una consideración relevante y tiende a minar tales modelos de uso modal. Cualquier propuesta que requiere un tan alto grado de conciencia del usuario y la modificación del comportamiento es poco probable que tenga éxito.
            - No se puede prohibir el uso de cualquiera de ellas.
Aproximaciones técnicas
Generales: A causa del papel de los niveles de energía señal-a-ruido en la determinación de la pérdida de paquetes, es tentador explorar el papel del poder de transmisión en la mejora de la coexistencia., sistemas Bluetooth con mas bajo poder o poder variable podrían ser viables y disminuirían el impacto de la interferencia sobre Wi-Fi. De la misma manera, las técnicas de control de poder en Wi-Fi están siendo investigadas por varias empresas.
Driver Layer: Utilización del una capa de software encima de MAC para cambiar entre Bluetooth y sistemas Wi-Fi en los dispositivos que tienen instalado ambos. No sería capaz de apoyar el tráfico Wi-Fi mientras Bluetooth esta activo en la piconet. Esta solución es limitada en su utilidad.
MAC Layer: La capa de MAC es un lugar atractivo para enfocar la atención en el mejoramiento de la coexistencia entre Bluetooth y Wi-Fi, porque es donde tales técnicas como funciones "escuchar antes de hablar " son puestas en práctica. Como la capa MAC comprende el hardware digital y el software, las técnicas empleadas allí tienden a ser relativamente baratas de poner en práctica. Sin embargo, no todos los problemas pueden ser solucionados en el MAC.
PHY Layer: Las colisiones en realidad pasan en la capa fisica. Las técnicas de capa fisica afectan directamente el costo del sistema más que las técnicas de capa MAC, entonces esto debe ser considerado.
Bandas de frecuencia alternas (5 + GHz)
            - Los problemas de coexistencia en la banda de frecuencia de 2.4 GHz como la motivación para apresurar la migración a los estándares WLAN en 5 GHz como IEEE 802.11ª, trae los problemas de WLAN en 5 GHz.
Conclusión
La coexistencia, y operación simultánea en última instancia, entre Wi-Fi y Bluetooth es el objetivo deseado. Esperan que ambas tecnologías crezcan rápidamente durante los próximos años, ofreciendo nuevos niveles de portabilidad y conveniencia, y muchos modelos de uso crítico requieren la colocación y la operación simultánea de ambos estándares en el mismo dispositivo.



Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/Resumen.htm

5. Wi-Fi Técnicas de Reducción de interferencia

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Como demuestran las mediciones físicas y resultados de la simulación, el problema de coexistencia es significativo. Un número de técnicas pueden ser empleadas para reducir la interferencia entre Wi-Fi y Bluetooth. Estas técnicas pueden ser agrupadas en cuatro categorías generales:

  • Regulaciones y normas.
  • Uso y prácticas.
  • Acercamientos técnicos.
  • Bandas de frecuencia alternas (5 + GHz).
Regulaciones y Normas
Ofertas Reguladoras. Han propuesto un cambio de regla que permitiría a sistemas inalámbricos que usan canales de 1 MHz de ancho saltar solo sobre una parte de la banda ISM; por ejemplo, una piconet podría saltar sobre sólo un segmento de la banda. Aunque una gran cantidad de detalles técnicos permanezcan por ser determinados, esta oferta en principio permitiría a Wi-Fi y Bluetooth evitarse completamente el uno del otro en algunos escenarios. Sin embargo, esta solución no puede ayudar mucho en ambientes densos como el escenario totalmente cargado de la empresa donde coexisten dos o tres redes Wi-Fi sobre diferentes bandas de frecuencia. Como los cambios de regla a menudo pueden tomar una cantidad de tiempo significativa y los detalles del informe definitivo y la orden son imposibles predecir por adelantado, es difícil de evaluar el tiempo y la eficacia de estas ofertas. Basado en la experiencia de la industria del teléfono inalámbrico, hay razones para creer que un sistema correctamente diseñado de salto adaptativo puede mejorar la coexistencia en muchos casos.
Normas. Como la cantidad de publicaciones sobre la coexistencia ha crecido, grupos dentro de la industria han comenzado a dirigir el problema y a buscar soluciones. El grupo más activo es el IEEE 802.15.2. Esperan que este grupo publique un documento de prácticas recomendadas en 2001 que dirigirá una gama de soluciones de coexistencia. El grupo de interés especial Bluetooth tiene un Grupo de Trabajo de Coexistencia de LAN Inalámbrico que también esta activamente implicado en la busqueda de soluciones al problema de la coexistencia. WECA también tiene un destacamento de fuerzas ad hoc dirigiendo publicaciones de coexistencia. Esta planifica publicar los white-papers que perfilarán la magnitud del problema y soluciones recomendadas.

Uso y Prácticas

Una solución que algunas empresas han tomado hacia la coexistencia Bluetooth-Wi-Fi es de prohibir Bluetooth. Uno también podría imaginarse una prohibición de Wi-Fi en ambientes donde Bluetooth es la misión considerada crítica. Esto no es una solución del todo realizable, porque la gente querrá usar los instrumentos que mejor encajan a sus necesidades.
En el nivel del usuario individual, la operación de varias maneras de Bluetooth y Wi-Fi podría ser practicada. Este acercamiento es razonable donde se usa Bluetooth sólo esporádicamente y por duraciones cortas (por ejemplo, una sincronización diaria entre un PDA y un Desktop). Sin embargo, como la densidad de Wi-Fi y Bluetooth crecen, la interferencia desde y hacia los cubículos se hace una consideración relevante y tiende a minar tales modelos de uso. Cualquier propuesta que requiere un tan alto grado de conciencia del usuario y la modificación del comportamiento es poco probable que tenga éxito.

Acercamientos Técnicos

  • Generales: A causa del papel de los niveles de energía señal-ruido en la determinación de la pérdida de paquetes, es tentador explorar el papel del poder de transmisión en la mejora de la coexistencia. Simulaciones adicionales demuestran que al bajar los niveles de poder en el nodo Bluetooth colocado no cambia la forma básica de la curva de degradación de funcionamiento Wi-Fi, más bien mueve esta curva a la derecha, aumentando el rango sobre la cual cualquier nivel de rendimiento dado es posible. Muchos modelos de uso de Bluetooth (implicando una computadora portátil, por ejemplo) requieren la interacción de corto alcance con otros dispositivos Bluetooth como PDAs y periféricos. Considerando estas exigencias de alcance limitado, sistemas Bluetooth con mas bajo poder o poder variable podrían ser viables y disminuirían el impacto de la interferencia sobre Wi-Fi. De la misma manera, las técnicas de control de poder en Wi-Fi están siendo investigadas por varias empresas; este esfuerzo será necesario en el MAC para WLANs en 5 GHz vendido en Europa, donde el Instituto de Normas de Telecomunicación europeo (ETSI) requiere control de poder de transmisión (TPC).
  • Driver Layer: Se ha presentado una discusión dentro de la industria sobre la utilización del una capa de software encima de MAC para cambiar entre Bluetooth y sistemas Wi-Fi en los dispositivos que tienen ambos instalados. Este acercamiento es atractivo para aquellos sistemas que tienen que comunicarse solo con uno, pero no con ambos a la vez, en una aplicacion de tiempo critico. Este acercamiento apoyaría transferencias limitadas en forma de ping-pong, pero no sería capaz de apoyar el tráfico Wi-Fi mientras Bluetooth esta activo en la piconet. Periféricos Bluetooth como dispositivos de entrada humana(por ejemplo, un mouse) no funcionarían bien mientras el WLAN esta activo. En general, esta solución es limitada en su utilidad.
  • MAC Layer: La capa de MAC es un lugar atractivo para enfocar la atención en el mejoramiento de la coexistencia entre Bluetooth y Wi-Fi, porque es donde técnicas tales como funciones "escuchar antes de hablar " son puestas en práctica. El modelo de salto muy rápido e imprevisible de Bluetooth hace difícil la operación de Wi-Fi "escuchar antes de hablar" o la historia de fallos anteriores. Además, no hay ningún mecanismo para Bluetooth y Wi-Fi que permita intercambiar información directamente sobre futuras actividades. Ninguno tiene la capacidad de planificar alrededor del otro. Si los cambios de regla como aquellos hablados en la sección sobre regulaciones fueran aprobados, algún método para la identificación mutua mínima e intercambio de información fuera probablemente requerido para su puesta en práctica

    La capa MAC es donde los data rate son determinados, entonces este es el lugar para resolver el data rate contra compensaciones de tamaño de paquete. Como la capa MAC comprende el hardware digital y el software, las técnicas empleadas allí tienden a ser relativamente baratas de poner en práctica. Sin embargo, no todos los problemas pueden ser solucionados en el MAC. Por ejemplo, MAC no tiene ningún timing en algunas condiciones, como cuando requieren que un nodo Wi-Fi responda con un ACK dentro de unos microsegundos de la recepción acertada de un paquete. Sin embargo, dado el comportamiento de MAC ante la interferencia Bluetooth, algoritmos más inteligentes de backoffs y fragmentación podrían mejorar el rendimiento Wi-Fi.
  • Capa Física: Las colisiones en realidad pasan en la capa fisica. Algunas colisiones en frecuencia de tiempo no pueden ser evitadas a no ser que técnicas de capa fisica sean usadas. Por ejemplo, la especificación IEEE 802.11b requiere que un ACK sea transmitido dentro de unos microsegundos después de que un paquete es satisfactoriamente recibido. Si la misma estación también transmite un paquete Bluetooth al mismo tiempo, entonces el nodo que espera el ACK puede ser atascado por la señal de Bluetooth. Sólo con el empleo de técnicas que procesan la señal en la capa fisica puede evitarse la señal de Bluetooth sobre la pasabanda Wi-Fi de modo que el ACK satisfactoriamente pueda ser procesado. Las técnicas de capa fisica afectan directamente el costo del sistema más que las técnicas de capa MAC, entonces esto debe ser considerado.

Bandas de Frecuencia Alternas

Algunos en la industria han colocado los problemas de coexistencia en la banda de frecuencia de 2.4 GHz como la motivación para apresurar la migración a los estandares WLAN en 5 GHz como IEEE 802.11a e HiperLan2. Los problemas de las WLAN en 5 GHz requieren un artículo separado, pero los puntos relevantes son resumidos aquí:
  • Se requieren casi cinco veces el poder de RF(en comparacion a 2.4GHZ) para cubrir la misma distancia, todos los otros factores permanecen iguales. Como los amplificadores de poder de RF en 5 GHz son relativamente caros, los sistemas IEEE 802.11a cubrirán una distancia más pequeña, costarán más, o ambos.
  • Ademas la propagación de RF por barreras como paredes es también algo más pobre en 5 GHz.



Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/Tecnicas.htm

4. Wi-Fi Simulación de Interferencia

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Usando el conocimiento de las características de Bluetooth y Wi-Fi, un ambiente de simulación fue creado para hacer las evaluaciones cuantitativas del mutuo impacto de la interferencia.Esta simulación fue diseñada para reforzar el entendimiento de los mecanismos de interferencia y ayudar a desarrollar y evaluar técnicas de coexistencia de alto impacto.

Descripción de la Simulación. Crearon la simulación con el objetivo de caracterizar el efecto de la interferencia en Bluetooth y Wi-Fi, y para identificar las soluciones que permitirían la coexistencia y la operación simultánea; su operacion es similar al modelo de NIST. El programa modela con exactitud el comportamiento tanto del PHY como del MAC de Bluetooth y de Wi-Fi. De hecho, la mayor parte de los parámetros claves pueden ser cambiados para simular diferentes escenarios.
El escenario típico implica una computadora portátil Sim-OP que interactúa con un punto de acceso Wi-Fi y un nodo Bluetooth. Piconets Bluetooth y estaciones Wi-Fi pueden ser añadidas. Las distancias entre el punto de acceso y la computadora portátil, entre la computadora portátil y el nodo Bluetooth, y entre la computadora portátil y otras piconets Bluetooth pueden ser variadas fácilmente. Wi-Fi data rates y tamaños de paquete, ademas de los modos de operación de Bluetooth, pueden ser definidos y variados.
Configuracion y Calibración del escenario. Para maximizar la credibilidad de los resultados de la simulación, esta fue calibrada con los datos de las mediciones. Una vez que los parámetros apropiados son puestos en la simulación, las proyecciones exactas del comportamiento de los sistemas modelados pueden ser producidas y variadas sobre escenarios adicionales. Como con los datos medidos, y en cada escenario simulado, la distancia varia entre el punto de acceso y la estacion Wi-Fi. El objetivo del primer escenario era simplemente reproducir los resultados obtenidos por el experimento real como un modo de validar el sistema de simulación. La distancia de la estación Wi-Fi (STA) al nodo Bluetooth colocado esta fijada en 10 cm. El nodo Bluetooth complementario es localizado a 1 m.
Comparacion de medicion y simulacion
Escenarios de la Simulación. Después del establecimiento de una base, parámetros adicionales fueron cambiados para entender el efecto de varios parámetros claves. En particular, las simulaciones fueron realizadas con un aumentó en la intensidad de la actividad Bluetooth (de DH5 A SCO HV1), se añadieron más piconets Bluetooth, y se aumentó el poder de transmisión Wi-Fi de 30 a 100 mW.
Resultados de la Simulación.






  • Impacto de SCO: En la grafica se observa que en el rango de -40 a -50 dBm, el rendimiento de Wi-Fi cae alrededor de 2 Mb/segs, representando una reducción del 60 % del rendimiento dentro de los primeros 10m del punto de acceso.






El impacto de bluetooth DH5 contra HV1






  • Piconets adicionales: Se desarrollo un escenario para representar cuatro computadoras portátiles equipadas con Wi-Fi y Bluetooth en una sala de conferencias o en cubículos adyacentes donde las estaciones son puestas en orden alrededor de una esquina común compartida. En este escenario, DH5 Bluetooth(paquete ACL) es usado para toda la piconet, y el rendimiento Wi-Fi es medido en una sola estación.






Geometria basica del escenario de oficinaUn escenario de oficina con niveles de poder cambiantes







  • Efecto de Wi-Fi sobre Bluetooth: Es también importante examinar la degradación del funcionamiento de Bluetooth en el ambiente Wi-Fi.
    Como el sistema Wi-Fi se parece a un jammer de banda ancha al nodo Bluetooth, uno esperaría ver fallos de paquete de voz ocurrir más o menos al azar hasta que el punto de acceso esté suficientemente alejado (es decir, aumento en la proporción señal-ruido) para dejar al efecto de captura bloquear la interferencia. Como el receptor Bluetooth es no lineal, esta transición debería ocurrir bruscamente, y la simulación indica que esto hace. También es interesante notar que los ACKs relativamente cortos (<150 microsegundos) en la estación no parecen causar la pérdida severa de paquetes. Sin embargo, los paquetes de Ethernet mucho más largos del punto de acceso realmente causan la pérdida de paquete Bluetooth.






Reduccion del rendimiento de Bluetooth (SCO) en presencia de Wi-Fi





Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/Simulacion.htm

3. Wi_Fi Medición de Interferencia

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Antes de entrar de lleno en los detalles de los diversos mecanismos de interferencia, vale la pena dar unas pequeñas medidas que demuestran la potencial magnitud del problema de la interferencia en un escenario de uso consistente con operación simultánea (Sim-OP).



Ambiente de medición
La geometría de el ambiente de mediciones se muestra en al figura 4. La configuración fue prevista para ser representante de una laptop (un dispositivo que frecuentemente necesita Sim-OP) Equipado con colocados 802.11b y Bluetooth interactuando simultáneamente con un punto de acceso (AP) 802.11b y otro nodo Bluetooth. Los nodos participantes en las medidas están descritos en la tabla 1. Los links entre estos nodos son descritos en la tabla 2. La principal variable en estas medidas es la distancia entre la laptop y el AP.
Tabla 1. Nodos Participando en el Ambiente de Medici�n
Nodo
Tipo
Nivel de potencia
LT1
WLAN Punto de acceso.
30 mW
LT2
WLAN estacion/cliente.
30 mW
BT1
BT maestro. Laptop.
1 mW
BT2
BT esclavo. Laptop.
1 mW

Tabla 2. Tipos de links usados en la Simulación
Link
Distancia
Tipo de Link
BT1 - BT2
1 metro
DH5 (maestro -> esclavo)
LT2 - BT1
10 centrimetros
ningun dato de "usuario" es intercambiado, sin embargo estos nodes pueden "colaborar" para manejar interfereenia netre lso otros links
LT2 - BT2
1 metro
No hay comunicación.
LT1 - LT2
Variable
Trafico TCP/IP; el tamaño de los paquetes de datos es de 1500 bytes, correspondientes a el tamaño del paquete de Ethernet.

Ganymede Chariot (el programa usado por la Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) para la certificación de la interoperabilidad IEEE 802.11b, fue utilizado para medir el throughput de Wi-Fi.
Es importante resaltar que mientras pruebas usando equipo de manufacturadores específicos son descritos en este articulo, estos resultados son comunes a través de pruebas de sistemas de diferentes vendedores.

Figura 5. Medición del throughput de Wi-Fi en presencia de Bluetooth.
Resultados de la medición
La figura 5 presenta dos conjuntos de resultados de la medición que captura el throughput de Wi-Fi como una función de la fuerza de la señal recibida a la estación Wi-Fi (LT2). La línea marcada con el rombo muestra el desempeño de Wi-Fi con el Bluetooth apagado (medida base). La línea marcada con un cuadrado muestra el throughput de Wi-Fi con Bluetooth activo.
En última instancia nuestro interés es comprender el impacto del desempeño de Wi-Fi sobre la distancia. Sin embargo dado que la distancia es altamente dependiente del actual ambiente físico, la fuerza de la señal recibida fue seleccionada. De esta forma los resultados pueden ser extendidos a través de ambientes haciendo medidas simples del nivel de energía físico en vez de tener que reproducir y ejecutar un conjunto de pruebas completo. Tabla 3 muestra un mapeo de la fuerza de la señal recibida a distancia para un ambiente de oficina particular con cubículos. La columna de degradación versus la medida base muestra el porcentaje de reducción de desempeño del link Wi-Fi en la presencia de la interferencia de Bluetooth. La columna de distancia libre espacio (m) muestra la distancia entre los dos nodos Wi-Fi asumiendo perdida de camino de espacio libre. La columna de distancia y # de paredes en el cubículo muestra la distancia entre los dos nodos Wi-Fi asumiendo un ambiente de oficina en el cual paredes de cubículo tienen que ser penetradas.
Tabla 3. Fuerza de la se�al recibida vs. Distancia
Fuerza de la señal recibida (dBm)
Degradacion vs. Medida base (%)
Distancia (m) espacio libre
Distancia (m) y # de paredes de cubiculo
-25.62
14.33
1
-31.64
16.26
2
-35.17
19.23
3
-39.61
24.01
5
-42.53
25.11
7
-46.93
30.11
10
-52.74
34.29
15
2 m - 1 pared
-56.86
32.60
20
4 m - 2 paredes
-62.67
62.88
30
6 m - 3 paredes
-69.99
53.78
50
8 m - 4 paredes
-74.82
63.63
70
-79.93
95.50
100
20 m - bajo el corredor; 2 paredes de oficina

Breve discusión de los resultados
En los ambientes medidos, incluso las estaciones Wi-Fi con menos de 5-7 m (espacio libre) desde su AP sufren más del 25% de degradación en throughput. Esta degradación sobrepasa el 50% sobre los 30m. Dentro de un ambiente de oficina con cubículos, el rango asociado con cada nivel de throughput será reducido significativamente. Cuando los cubículos necesitan ser penetrados Wi-Fi pierde cerca de un tercio de su throughput esperado dentro del primer par de metros. Erosión del desempeño en más del 50% ocurre con estaciones a menos de 8 metros de su AP. El foco de este experimento en particular fue en el impacto de Bluetooth en Wi-Fi. Sin embargo, simulaciones subsecuentes vana demostrar que mientras el impacto de Wi-Fi en Bluetooth no es tan significativo como el de Bluetooth en Wi-Fi, problemas de coexistencia pueden degradar sustancialmente el desempeño de la voz en Bluetooth.
Se debe enfatizar que la interferencia entre los sistemas de radio es altamente variable y depende de un número de factores, principalmente a la geometría de los nodos. Dado la naturaleza de la propagación de las ondas de radio y las limitaciones de implementación de diseño de los receptores, es siempre posible construir escenarios que darán degradaciones patológicas de las prestaciones o un desempeño excelente poco realista). El escenario descrito en la discusión anterior, así como también la simulación de los escenarios que siguen, no representan ningún extremo, pero son indicadores de los resultados que llevan a la industria a buscar soluciones.



Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/medicioninterferencia.htm

2. Wi-Fi y Bluetooth, fundamentos de interferencia

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Wi-Fi (802.11b) y Bluetooth, descripción

Bluetooth fue diseñado como una tecnología de radiofrecuencia para reemplazar al cable: Bajo costo, velocidad moderada y corto alcance (< 10 metros). Puede soportar piconets de hasta ocho dispositivos activos, con un máximo de tres links orientados a conexión sincronos (SCO synchronous connection-oriented). Los SCO links están diseñados para dar soporte a aplicaciones sincronas como telefonía inalámbrica y headsets inalámbricos. Bluetooth también soporta tipos de datos asíncronos sin conexión (ACL asynchronous connectionless) usados para intercambiar datos en aplicaciones en la que no es critico el tiempo. La capa física de Bluetooth usa frecuency-hoping spread spectrum (FHSS) a una tasa de 1600 hops/s y modulación Gaussian frecuency shift keying (GFSK). Basado en las aplicaciones consideradas para la tecnología wireless de Bluetooth la mayoría de los dispositivos Bluetooth transmiten a una nivel de potencia de 1 mW (0 dBm) con un a tasa de transferencia sin procesar de 1 Mb/s.

Como Ethernet, Wi-Fi soporta verdaderas redes multipunto con tipos de datos como paquetes Broadcast, Multicast y Unicast. La MAC address dentro de cada dispositivo permite virtualmente un numero de dispositivos activos en la red. Estos dispositivos realizan contienda para acceder al medio (el aire) utilizando un esquema llamado Carrier Sense Múltiple Access with collision avoidance (CSMA/CA). La capa física de Wi-Fi utiliza Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) a cuatro diferentes tasas de datos utilizando una combinación de binary phase-shift keying (DBPSK) para 1 Mb/s, differential quaternary phase-shift keying (DQPSK) para 2 Mb/s, y QPSK/complementary code keying (CCK) para velocidades mayores: 5.5 and 11 Mb/s. LA potencia de la radio frecuencia puede variar, pero esta típicamente entre 30 y 100 mW (hasta 20 dBm) en la mayoría de los sistemas WLAN comerciales.
Wi-Fi y Bluetooth compartiendo la misma banda de frecuencia
Los sistemas de comunicación wireless usan una o mas frecuencias portadoras (bandas de frecuencia) para comunicarse. Bluetooth y Wi-Fi comparten al misma banda de 2.4 GHz, la cual bajo las regulaciones de Federal Communications Commission (FCC), se extiende de 2.4 hasta 2.4835 GHz. Bajo las reglas de la banda ISM definidas en FCC Part 15.247, esta banda de frecuencia es libre de tarifas. Sin embargo estos sistemas deben operar bajo ciertas restricciones cuyo propósito es permitir que varios sistemas coexistan en tiempo y espacio.
Un sistema puede usar uno de dos métodos para trasmitir en esta banda; ambos son técnicas spread spectrum (SS). La primera es frequency hopping spread spectrum (FHSS) que permite a un dispositivo trasmitir mucha energía en una banda relativamente estrecha, pero por un tiempo limitado. Direct sequence spread spectrum (DSSS) le permite a un dispositivo ocupar un ancho de banda mas amplio con relativa poca energía en un segmento de banda dado y no realiza hops.
Como se dijo anteriormente, Bluetooth selecciono FHSS, usando canales de 1 MHz de ancho y una tasa de hop de 1600 hops/s (625 microsegundos en cada canal de frecuencia). Bluetooth usa 79 canales diferentes en los Estados Unidos y en la mayoría del resto del mundo. IEEE 802.11b (Wi-Fi) opto por DSSS, usando 22 MHz de ancho de banda (pasabanda) para transmitir a velocidades de hasta 11 Mb/s. Un sistema Wi-Fi puede usar cualquiera de los 11 22 MHz ancho subcanales a través de los aceptables 83.5 MHz de los 2.4 GHz de la banda de frecuencia, que obviamente va a resultar en un solapamiento de los canales. Un máximo de tres redes Wi-Fi pueden coexistir sin interferir la una con la otra, dado que solo tres de esos canales de 22 MHz pueden encajar en la banda sin solapamiento. En lugares fuera de los Estados Unidos pueden soportar más o menos de 11 subcanales. Sin embargo sin importar en la porción de la banda donde Wi-Fi opere, compartir con Bluetooth es inevitable. Dos sistemas inalámbricos compartiendo la misma banda de frecuencia pueden potencialmente interferir el uno con el otro.
Señales y ruido
Cada sistema de comunicación inalámbrico, por definición, consiste de al menos dos nodos. A cualquier momento dado un nodo transmite (transmisor) y el otro recibe (receptor). Ambos estaciones 802.11b y Bluetooth transmiten o reciben, pero no ambas a la vez (sistemas half-duplex); existen otros sistemas donde una estación transmite y recibe a la vez (sistemas full-duplex); la siguiente discusión aplica a ambos tipos de sistemas. Una operación exitosa del sistema depende en la habilidad del receptor para separar la señal deseada de una señal no deseada. Esto depende de la relación entre al energía de la señal deseada y el ruido total (interferencia) en la antena del receptor. Esta relación es referida como Eb/Nt (energía por bit sobre el ruido total) o relación señal a ruido (signal to noise ratio SNR). El trabajo del receptor es maximizar la habilidad para descodificar las señales deseadas mientras minimiza la habilidad de permitir las señales no deseadas (ruido) de interferir. Una de las más importantes características de un sistema de comunicación es la mínima SNR en la cual el receptor puede descodificar la señal (el umbral Eb/Nt del sistema). Mientras menor sea el umbral Eb/Nt mayor es la inmunidad del sistema a la interferencia. Mientras menor sea la SNR, es mayor la probabilidad que la señal no deseada cause errores no aceptables en los paquetes de datos que obligan la retransmisión (y los retrasos inherentes en ese proceso) o afectar la calidad de la voz. También hay situaciones donde el ruido es tan fuerte que el receptor no puede empezar a recuperar la señal deseada.

El ruido en la antena del receptor puede ser dividido en dos categorías, definidas aquí e ilustradas en la figura 1:
  • Ruido en la banda: energía no deseada en frecuencias en la que el transmisor transmite la señal deseada.
  • Ruido fuera de banda: Energía no deseada en frecuencias que el transmisor no usa.
Ambos ruidos, en la banda y fuera de la banda, pueden degradar el rendimiento de un sistema de comunicación inalámbrico. Ruido fuera de banda puede usualmente ser filtrado porque la energía en el sistema de frecuencia de bandas no lleva ninguna información útil ahí. Ruido en la banda, como se discutirá en secciones siguientes es mucho mas problemático.

El ruido puede ser categorizado como blanco o coloreado. El ruido blanco por lo general describe el ancho de banda (por ejemplo mas ancho que la señal deseada) interferencia de múltiples fuentes sin ninguna coordinación entre ellas. Puede ser modulado como un proceso Gausiano aleatorio donde muestras sucesivas del proceso están estadísticamente no relacionadas. Típicamente la energía asociada con el ruido blanco es distribuida de manera equitativa sobre la banda de frecuencia y no tiene ningún comportamiento deterministico sobre el tiempo o frecuencia. El ruido coloreado es usualmente de banda estrecha (por ejemplo relativo a la señal deseada) interferencia transmitida por radiadores intencionales, y tiene un comportamiento especifico en tiempo y frecuencia. La figura 2 ilustra las diferencias entre ruido blanco y coloreado.
La mayoría de los sistemas inalámbricos de comunicación asumen que el único tipo de ruido en la banda es ruido blanco. Oros radiadores intencionales se asumen que se transmiten fuera de banda. El diseño del receptor con sus técnicas asociadas de filtreo están optimizadas en base a estas suposiciones. Utilizaremos el término radiador intencional para diferenciar señales deliberadamente emitidas para comunicar de aquellos que son emisiones espurias. Desafortunadamente hay dos radiadores intencionales tales como Bluetooth y Wi-Fi compartiendo la misma banda de frecuencia, receptores también deben manejar el caso de ruido coloreado en la banda.

Se supone que cada transmisor transmite solo dentro de un ancho de banda limitado; sin embargo, esto no es físicamente posible sin inyectar ruido a las frecuencias adyacentes (señales de banda lateral) como se muestra en la figura 3. La cantidad y la naturaleza de las señales de banda lateral creadas durante la transmisión están determinadas por lo que se llama mascara de transmisión del transmisor. Las señales de la banda laterales deben ser consideradas cuando se evalúa la interferencia entre sistemas inalámbricos compartiendo la misma banda de frecuencia. Además los filtros de los receptores no pueden ser perfectamente rectangulares, esto quiere decir que el filtro no puede diferenciar con precisión entre señal y ruido justo dentro y fuera del pasabanda. El impacto combinado de estas mascaras del transmisor y el receptor es lo que se conoce como adjacent channel interference (interferencia adyacente del canal)
Bluetooth y Wi-Fi Casos de Interferencia

Si Bluetooth y Wi-Fi operan al mismo tiempo en la misma banda de frecuencia, ellos van a interferir (colisionar) el uno con el otro. Específicamente, estos sistemas transmiten en frecuencias solapadas (incluyendo el efecto de las bandas laterales), creado ruido coloreado en la banda de uno y del otro. La interferencia entre Bluetooth y Wi-Fi ocurre cuando cualquiera de los siguiente es verdad:
  • Un receptor Wi-Fi siente una señal Bluetooth al mismo tiempo que una señal Wi-Fi esta siendo enviada hacia el. El efecto es mas pronunciado cuando la señal Bluetooth esta dentro los 22 MHz ancho pasabanda del receptor Wi-Fi.
  • Un receptor Bluetooth siente una señal Wi-Fi al mismo tiempo que una señal Bluetooth esta siendo enviada hacia el; el efecto es mas pronunciado cuando una señal Wi-Fi esta dentro de la pasabanda del receptor Bluetooth.
Vale la pena notar que ni Bluetooth ni Wi-Fi fueron diseñados con mecanismos específicos para combatir la interferencia que uno crea en el otro. Como un sistema de rápido salto en frecuencia (fast frequency-hopping), Bluetooth asume que el va saltar lejos de canales malos, minimizando su exposición a la interferencia. La capa MAC de Wi-Fi, la cual esta basada en el protocolo de Ethernet, asume que varias estaciones comparten el mismo medio, y en consecuencia, si una transmisión falla, es porque dos estaciones Wi-Fi intentaron transmitir a la vez. Mas adelante en este articulo examinaremos como esta suposición conlleva al comportamiento del sistema que empeora el impacto de la interferencia de Bluetooth
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Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/fundamentointerferencia.htm

1. Wi-Fi Introducción

parte 1 - parte 2 - parte 3 - parte 4 - parte 5 - parte 6 -

El presente es un informe que pretende resumir el contenido del Articulo "Wi-Fi (802.11b) and Bluetooth: Enabling Coexistence" publicado en la revista IEEE Network Septiembre / Octubre de 2001, de los autores Jim Landsford, Adrian Stephens y Ron Nevo de Mobilian Corporation.

La banda de los 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) esta experimentando un gran crecimiento, alimentado este crecimiento se encuentran 2 tecnologías inalámbricas emergentes: Wireless Personal Area Networking (WPAN) y Wireless Local Area Networking (WLAN). En la categoría WPLAN se encuentra Bluetooth diseñado principalmente para ser un reemplazo de los cables, la mayoría de las implementaciones de Bluetooth soportan un rango de alcance de 10 m y velocidades de hasta 700 kb/s para datos o transmisión de voz sincrona. Bluetooth es ideal para aplicaciones como headsets inalámbricos, sincronización inalámbrica de PDA's con computadoras, periféricos inalámbricos (teclados, impresoras, etc.)
La categoría WLAN tiene varias tecnologías compitiendo, sin embargo, basándonos en el actual mercado, da la impresión que (Wi-Fi 802.11b) va a prevalecer. 802.11b ofrece velocidades de 11 Mb/s y con un rango de alcance de 100 metros. Con redes WLAN aplicaciones como acceso a Internet, correo electrónico y compartimiento de archivos se pueden realizar el hogar y la oficina con nuevos niveles de libertad y flexibilidad.
WPAN y WLAN son tecnologías que se complementan en vez de competir entre ellas, con rápido crecimiento esperado de estas 2 tecnologías la necesidad de tener dispositivos Bluetooth y Wi-Fi operando en el mismo ambiente va a crecer también, especialmente en dispositivos de computación. Mientras varios dispositivos de diferentes radio tecnologías pueden ser construidos en la misma plataforma, por ejemplo Bluetooth en celulares, la colocación de Wi-Fi y Bluetooth en el mismo entorno es de especial importancia ya que las dos tecnologías comparten la misma banda de frecuencia (2.4 GHz). Esto crea un potencial caso de interferencia entre las dos tecnologías y por lo tanto la necesidad de coexistencia. A lo largo del artículo utilizaremos el término coexistencia para indicar dispositivos inalámbricos que pueden ser colocados sin interferir significativamente con el desempeño del otro.
En reconocimiento de la necesidad de coexistencia entre estos y otros sistemas, la IEEE (quien desarrollo la especificación de 802.11b en la cual se basa Wi-Fi) creo el Coexistence Task Group, IEEE P802.15.2; y el Bluetooth SIG ha creado el Coexistence Working Group. El resultado del trabajo de estos dos grupos será un conjunto de recomendaciones prácticas para la industria. Mucho del trabajo presentado en este artículo contribuye directamente con los esfuerzos de estos grupos o lo complementan.
Trabajo previo:
El análisis de la interferencia entre 802.11b y Bluetooth no es nuevo. Los primeros intentos de cuantificar los efectos de interferencia mutua estaban basados en simple modelos geométricos del desarrollo de Bluetooth en vez de modelos actuales de uso. En investigaciones concentradas en el calculo de la probabilidad de la superposición en tiempo y frecuencia de de una secuencia continua de paquetes de Bluetooth y paquetes de secuencia directa 11 Mb/s IEEE 802.11b Direct Sequence (DS). Niveles de voltaje relativos entre paquetes Bluetooth y 802.11b no fueron considerados. Varios refinamientos en las suposiciones previas fueron hechos. Esfuerzos posteriores fueron realizados, estos esfuerzos no examinan en detalle todas las ramificaciones de la capa física (por ejemplo, hopping, mascaras espectrales, selectividad de los filtros) e implementaciones. Además las geometrías estudiadas no necesariamente correspondían con los modelos prácticos de uso.
Resultados recientes presentados por Golmie modela el comportamiento de la capa física y la capa de control de acceso al medio, lo que es necesario para predecir el desempeño de manera precisa. Este artículo utiliza algunas de las mismas aproximaciones de modelaje, dando una base firme sobre la cual evaluar la eficiencia de las técnicas de interferencia. Mucho del trabajo del modelado de la capa física en este artículo así como el modelaje de la capa MAC de Golmie ha sido incorporado en los resultados de simulación presentados en IEEE P802.15.2. Las principales diferencias entre los modelos utilizados en este artículo y los resultados del trabajo de Golmie son las herramientas utilizadas y el nivel de detalle del modelo de la capa física. El modelo utilizado en este articulo esta escrito en C, mientras que el de Golmie en Opnet. Las primeras versiones del modelo de Golmie usa el mismo modelo de la capa física de este artículo pero detalles adicionales fueron incorporados en versiones posteriores.
Este articulo da una introducción básica a las tecnologías Bluetooth y Wi-Fi seguido de de una breve revisión de los mecanismos de interferencia. Con ese material de trasfondo, el artículo describe una serie de mediciones de la interacción entre Bluetooth y Wi-Fi, y un modelo computacional que puede ser usado para predecir los efectos de interferencia en throughput de ambos sistemas. Luego las actividades en IEEE 802.15.2 son señaladas. Finalmente un número de técnicas sugeridas son descritas de manera que se pueda mejorar la coexistencia de estas tecnologías especialmente cuando están colocados.



Fuente: http://www.ldc.usb.ve/~figueira/Cursos/redes2/EXPOSICIONES/Wi-Fi_Bluetooth/Informe/introduccion.htm