El Wi-Fi de largo alcance se utiliza para conexiones de redes informáticas punto a punto no reguladas y de bajo costo , como alternativa a otras redes inalámbricas fijas , celulares o acceso a Internet satelital .
Las redes Wi-Fi tienen un alcance limitado por la frecuencia, la potencia de transmisión, el tipo de antena, la ubicación en la que se utilizan y el entorno. [1] Un enrutador inalámbrico típico en una disposición interior punto a multipunto que utiliza 802.11n y una antena estándar puede tener un alcance de 50 metros (160 pies) o menos. Las disposiciones punto a punto en exteriores , mediante el uso de antenas direccionales , pueden extenderse muchos kilómetros entre estaciones.
Desde el desarrollo del estándar de radio IEEE 802.11 (comercializado bajo la marca Wi-Fi ), la tecnología se ha vuelto notablemente menos costosa y ha logrado velocidades de bits más altas . El Wi-Fi de largo alcance, especialmente en la banda de 2,4 GHz (ya que las bandas de 5,8 GHz de menor alcance y mayor velocidad de bits se convierten en alternativas populares a las conexiones LAN por cable) han proliferado en dispositivos especializados. Si bien los puntos de acceso Wi-Fi son omnipresentes en las áreas urbanas, algunas áreas rurales utilizan transceptores más potentes y de mayor alcance como alternativas a las aplicaciones celulares ( GSM , CDMA ) o inalámbricas fijas ( Motorola Canopy y otras de 900 MHz). Los principales inconvenientes de 2,4 GHz frente a estas opciones de menor frecuencia son:
A pesar de la falta de proveedores de servicios comerciales, las aplicaciones para Wi-Fi de largo alcance han surgido en todo el mundo. También se ha utilizado en pruebas experimentales en el mundo en desarrollo para vincular comunidades separadas por una geografía difícil con pocas o ninguna otra opción de conectividad. Algunos beneficios de usar Wi-Fi de largo alcance para estas aplicaciones incluyen:
Las organizaciones sin fines de lucro que operan instalaciones extensas, como los servicios forestales, también hacen un uso extensivo de Wi-Fi de largo alcance para aumentar o reemplazar tecnologías de comunicación más antiguas, como transceptores de onda corta o microondas en bandas autorizadas.
El proyecto Tecnología e Infraestructura para Regiones Emergentes (TIER) de la Universidad de California en Berkeley, en colaboración con Intel, utiliza una configuración Wi-Fi modificada para crear enlaces punto a punto de larga distancia para varios de sus proyectos en el mundo en desarrollo. [3] Esta técnica, denominada Wi-Fi de larga distancia (WiLD), se utiliza para conectar el Aravind Eye Hospital con varias clínicas periféricas en el estado de Tamil Nadu , India . [4] Las distancias varían de cinco a más de quince kilómetros (3 a 10 millas) con estaciones ubicadas en línea visual entre sí. Estos enlaces permiten a los especialistas del hospital comunicarse con enfermeras y pacientes en las clínicas a través de videoconferencia. Si el paciente necesita más exámenes o cuidados, se puede programar una cita en el hospital. Otra red en Ghana vincula el campus de Legon de la Universidad de Ghana con sus campus remotos en la Facultad de Medicina de Korle bu y el campus de la ciudad; una extensión adicional contará con enlaces de hasta 80 km (50 millas) de distancia.
El proyecto Tegola de la Universidad de Edimburgo está desarrollando nuevas tecnologías para llevar banda ancha asequible y de alta velocidad a zonas rurales fuera del alcance de la fibra. [5] Un anillo de 5 enlaces conecta Knoydart, la costa norte de Loch Hourne y una comunidad remota en Kilbeg para regresar desde el Gaelic College en Skye. Todos los enlaces pasan sobre aguas de marea; Su longitud varía desde 1+1 ⁄ 2 a 12 millas (2,4 a 19,3 km).
En la mayoría de los enrutadores Wi-Fi estándar, los tres estándares, a, b y g, son suficientes. Pero en el Wi-Fi de largo alcance se utilizan tecnologías especiales para aprovechar al máximo una conexión Wi-Fi. El estándar 802.11-2007 agrega modos OFDM de 10 MHz y 5 MHz al estándar 802.11a y extiende el tiempo de protección de prefijo cíclico de 0,8 μs a 3,2 μs, cuadriplicando la protección contra distorsión por trayectos múltiples. Algunos conjuntos de chips 802.11a/g comúnmente disponibles admiten la 'media sincronización' y la 'cuarta de sincronización' OFDM que se encuentran en el estándar de 2007, y los productos de 4,9 GHz y 5,0 GHz están disponibles con anchos de banda de canal de 10 MHz y 5 MHz. Es probable que algunos conjuntos de chips 802.11n D.20 también admitan 'medio reloj' para su uso en anchos de banda de canal de 10 MHz y al doble del rango del estándar 802.11n.
El funcionamiento preliminar de 802.11n estuvo disponible en muchos enrutadores en 2008. Esta tecnología puede usar múltiples antenas para apuntar a una o más fuentes para aumentar la velocidad. Esto se conoce como MIMO , Múltiples Entradas y Múltiples Salidas. En las pruebas, se dijo que el aumento de velocidad sólo se producía en distancias cortas en lugar del largo alcance necesario para la mayoría de las configuraciones punto a punto. Por otro lado, el uso de antenas duales con polaridades ortogonales junto con un chipset MIMO 2x2 permite enviar y recibir dos señales portadoras independientes a lo largo de la misma ruta de larga distancia.
Otra forma de aumentar el alcance utiliza un amplificador de potencia. Comúnmente conocidos como "amplificadores extensores de rango", estos pequeños dispositivos generalmente suministran alrededor de 1 ⁄ 2 vatio de potencia a la antena. Estos amplificadores pueden ofrecer más de cinco veces el alcance de una red existente. Cada ganancia de 3 dB duplica la potencia de salida efectiva. Una antena que reciba 1 vatio de potencia y una ganancia de 6 dB tendría una potencia efectiva de 4 vatios.
Las antenas direccionales con formas especiales pueden aumentar el alcance de una transmisión Wi-Fi sin un aumento drástico en la potencia de transmisión. Las antenas de alta ganancia pueden tener muchos diseños, pero todos permiten transmitir un haz de señal estrecho a una distancia mayor que una antena no direccional, lo que a menudo anula las fuentes de interferencia cercanas. Estas técnicas " WokFi " suelen producir ganancias de más de 10 dB con respecto al sistema básico; [6] suficiente para rangos de línea de visión (LOS) de varios kilómetros (millas) y mejoras en ubicaciones marginales.
Las implementaciones del protocolo estándar IEEE 802.11 se pueden modificar para hacerlas más adecuadas para uso punto a punto a larga distancia, con el riesgo de romper la interoperabilidad con otros dispositivos Wi-Fi y sufrir interferencias de transmisores ubicados cerca de la antena. Estos enfoques son utilizados por el proyecto TIER. [7]
Además de los niveles de potencia, también es importante saber cómo reconoce el protocolo 802.11 cada trama recibida . Si no se recibe el acuse de recibo, la trama se retransmite. Por defecto, la distancia máxima entre transmisor y receptor es de 1,6 km (1 mi). En distancias más largas, el retraso obligará a las retransmisiones. En el firmware estándar de algunos equipos profesionales, como Cisco Aironet 1200, este parámetro se puede ajustar para obtener un rendimiento óptimo . OpenWrt , DD-WRT y todos sus derivados también permiten dichos ajustes. En general, el software de código abierto es muy superior al firmware comercial para todos los fines que impliquen piratería de protocolos, ya que la filosofía es exponer todas las capacidades del chipset de radio y permitir que el usuario las modifique. Esta estrategia ha sido especialmente efectiva con enrutadores de gama baja como el WRT54G , que tenía excelentes características de hardware que el firmware comercial no admitía. A partir de 2011, muchos proveedores todavía admitían solo un subconjunto de funciones de chipset que el firmware de código abierto desbloqueaba, y la mayoría de los proveedores fomentan activamente el uso de firmware de código abierto para la piratería de protocolos, en parte para evitar la dificultad de intentar respaldar a los usuarios de firmware comerciales que intentan esto. .
La fragmentación de paquetes también se puede utilizar para mejorar el rendimiento en condiciones ruidosas/congestionadas. Aunque la fragmentación de paquetes a menudo se considera algo malo y, de hecho, agrega una gran sobrecarga y reduce el rendimiento, a veces es necesaria. Por ejemplo, en una situación de congestión, los tiempos de ping de paquetes de 30 bytes pueden ser excelentes, mientras que los tiempos de ping de paquetes de 1450 bytes pueden ser muy pobres con una gran pérdida de paquetes. Dividir el paquete por la mitad, estableciendo el umbral de fragmentación en 750, puede mejorar enormemente el rendimiento. El umbral de fragmentación debe ser una división de la MTU , normalmente 1500, por lo que debería ser 750, 500, 375, etc. Sin embargo, una fragmentación excesiva puede empeorar el problema, ya que el aumento de la sobrecarga aumentará la congestión.
Los métodos que aumentan el alcance de una conexión Wi-Fi también pueden hacerla frágil y volátil, debido a varios factores, entre ellos:
Los obstáculos se encuentran entre los mayores problemas a la hora de configurar una red Wi-Fi de largo alcance. Los árboles y los bosques atenúan la señal de microondas y las colinas dificultan el establecimiento de una propagación con línea de visión . La lluvia y el follaje húmedo pueden reducir aún más el alcance con cantidades extremas de lluvia.
En una ciudad, los edificios afectarán la integridad, la velocidad y la conectividad. Los marcos de acero y láminas de metal en paredes o techos pueden reflejar parcial o totalmente las señales de radio, provocando pérdida de señal o problemas de trayectorias múltiples. Las paredes de hormigón o yeso absorben significativamente las señales de microondas, reduciendo la señal total. Los hospitales, con sus cantidades extremas de blindaje, pueden requerir una planificación exhaustiva para producir una red viable.
Cuando las conexiones inalámbricas punto a punto cruzan estuarios o archipiélagos de marea, la interferencia multitrayectoria debida a los reflejos sobre el agua de las mareas puede ser considerablemente destructiva. [8] El proyecto Tegola utiliza una técnica lenta de salto de frecuencia para mitigar el desvanecimiento de las mareas.
Los hornos microondas en las residencias dominan la banda de 2,4 GHz y provocarán "perturbaciones en el ruido de fondo a la hora de comer" . Hay muchas otras fuentes de interferencia que se suman y constituyen un obstáculo formidable para permitir el uso de largo alcance en áreas ocupadas. Los teléfonos inalámbricos residenciales, concentradores USB 3.0, monitores para bebés, cámaras inalámbricas, arrancadores de automóviles remotos y productos Bluetooth son todos capaces de transmitir en la banda de 2,4 GHz.
Debido a la naturaleza prevista de la banda de 2,4 GHz, hay muchos usuarios de esta banda, con potencialmente docenas de dispositivos por hogar. Por su propia naturaleza, "largo alcance" connota un sistema de antena que puede ver muchos de estos dispositivos, que cuando se suman producen un nivel de ruido muy alto, por lo que ninguna señal es utilizable, pero aun así se recibe. El objetivo de un sistema de largo alcance es producir un sistema que supere estas señales y/o utilice antenas direccionales para evitar que el receptor "vea" estos dispositivos, reduciendo así el ruido de fondo.
El enlace Wi-Fi no amplificado más largo es un enlace de 304 km realizado por CISAR (Centro Italiano de Actividades Radiofónicas). [9] Nuevo récord mundial de banda ancha inalámbrica de largo alcance.
Otro enlace Wi-Fi no amplificado notable es un enlace de 279 km (173 millas) logrado por la Fundación Escuela Latinoamericana de Networking. [3] [11]
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Loreto, en la región selvática de Perú, es la ubicación de la red multisalto basada en Wi-Fi más larga del mundo. Esta red ha sido implementada por el Grupo de Investigación en Telecomunicaciones Rurales de la Pontificia Universidad Católica del Perú (GTR PUCP). La cadena Wi-Fi pasa por muchos pueblos pequeños y tarda diecisiete saltos para cubrir toda la distancia. Comienza en el Puesto de Salud de Cabo Pantoja y finaliza en el centro de Iquitos . Su longitud es de unos 445 km (277 millas). [3] La zona de intervención se estableció en la selva baja con elevaciones inferiores a 500 metros (1600') sobre el nivel del mar. Es una zona plana por lo que GTR PUCP instaló torres con una altura promedio de 80 metros (260').
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