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Lidiando con el problema más grande de Wi-Fi: La interferencia

[12/08/2010] En los últimos diez años la tecnología 802.11 ha dado pasos considerables, volviéndose cada vez más rápida, más fuerte y más escalable. Pero hay un problema que aún persigue al Wi-Fi: La fiabilidad.

Nada es más frustrante para los administradores de red que los usuarios quejándose sobre el accidentado desempeño del Wi-Fi, la cobertura irregular y la caída de las conexiones. Manejar un entorno Wi-Fi que no se puede ver y que cambia constantemente es el problema. Y las interferencias de radio frecuencia (RF) son las culpables.
La interferencia de RF puede ser generada por casi cualquier dispositivo que emita una señal electromagnética -desde teléfonos inalámbricos con auriculares Bluetooth, hornos de microondas e incluso medidores inteligentes. Pero de lo que muchas empresas no se dan cuenta es que la mayor fuente de interferencias Wi-Fi es su propia red Wi-Fi.
A diferencia del espectro con licencia que dedica una franja del ancho de banda al mejor postor, el Wi-Fi es un medio compartido que opera en la radio frecuencia sin licencia, dentro del rango de los 2,4GHz y los 5GHz.
Cuando un dispositivo cliente 802.11 oye otra señal, ya sea que se trate de una señal Wi-Fi o no, aplazará la transmisión hasta que cese la señal. La interferencia que se produce durante la transmisión también causa pérdida de paquetes, lo que obliga a las retransmisiones Wi-Fi. Estas retransmisiones ralentizan el tráfico y ocasionan un rendimiento extremadamente fluctuante para todos los usuarios que comparten un determinado Access Point (AP).
Mientras que las herramientas de análisis de espectro se integran actualmente en los Access Point para ayudar al personal de TI a visualizar e identificar las interferencias Wi-Fi, éstas son inútiles si realmente no solucionan el problema.
El problema de la interferencia de RF se exacerba por el nuevo estándar 802.11n. El 802.11n normalmente utiliza múltiples ondas de radio dentro de un AP para transmitir simultáneamente varios flujos de Wi-Fi en diferentes direcciones y lograr así una conectividad más rápida.
Pero ahora, todo lo malo puede duplicarse. Si una sola de estas señales encuentra interferencia, la capacidad de multiplexar el espacio o de enlazar canales se elimina. Y, precisamente, son esas dos características mencionadas las que permiten a la tecnología 802.11n alcanzar tasas de transferencia notablemente superiores.
Soluciones comunes para hacer frente a las interferencias
Tres soluciones populares para hacer frente a las interferencias de RF incluyen la reducción de la tasa física (PHY), la disminución de la potencia de transmisión de los AP afectados o el cambio de asignación de canal del AP. Si bien cada uno de estos puede ser útil en algún aspecto, ninguno de ellos aborda el problema fundamental de tratar directamente con la interferencia de RF.
La gran mayoría de puntos de acceso en el mercado hoy en día usan antenas dipolo omnidireccionales. Estas antenas envían y reciben transmisiones por igual en todas las direcciones. Debido a que estas antenas transmiten y reciben exactamente lo mismo en todas las situaciones, cuando la interferencia surge, estos sistemas solo tienen una opción para combatirla. Tienen que bajar la tasa física de transferencia de de datos físicos hasta que se alcance un nivel aceptable de pérdida de paquetes.
Sin embargo, la reducción de la tasa de datos del AP puede tener el efecto contrario deseado. Los paquetes están ahora en el aire por más tiempo, lo que significa que hay una mayor posibilidad de perder los paquetes, ya que tardan más en ser recibidos -haciéndolos más susceptibles a la interferencia periódica. Esta solución es muy ineficaz y, consecuentemente, todos los usuarios que comparten ese AP experimentan un rendimiento pobre.
Otro método común para el diseño de Wi-Fi es el de reducir la potencia de transmisión al AP para hacer un mejor uso del limitado número de canales. Al hacer esto se reduce el número de dispositivos que comparten un AP, lo cual mejora el rendimiento. Pero bajar la potencia de transmisión también disminuye la intensidad de la señal recibida por los clientes. Esto se traduce en una velocidad de datos inferior y en células más pequeñas de Wi-Fi, lo cual puede crear agujeros de cobertura. Estos agujeros deben ser llenados con más puntos de acceso. La adición de más puntos de acceso crea -adivinaron- más interferencia.
Por favor, no cambie de canal
Por último, la mayoría de los vendedores de WLAN quieren hacernos creer que la mejor solución para hacer frente a las interferencias Wi-Fi es "cambiar de canal". Aquí es donde se selecciona automáticamente un canal diferente o "más limpio para el AP, cuando aumenta la interferencia de RF.
Aunque el cambio de canal es una técnica útil para hacer frente a la interferencia continua en una determinada frecuencia, la interferencia tiende a ser muy variable e intermitente. Con limitados canales para cambiar, esta técnica puede causar más problemas que soluciones.
Dentro de la frecuencia de 2,4GHz, la banda de Wi-Fi más utilizada, solo hay tres canales sin interferencias. Incluso dentro de la banda de los 5GHz, solo existen cuatro canales amplios que no se solapan en los 40 MHz después de la eliminación de selección dinámica de frecuencias (DFS o Dynamic Frequency Selection), un mecanismo para permitir que los dispositivos no licenciados compartan el espectro con los sistemas de radar existentes.
El cambio de canal por parte de un AP requiere clientes conectados que se disocian y se asocian de nuevo, provocando la interrupción de aplicaciones de voz y vídeo. El cambio de canal crea un efecto dominó a medida que los AP vecinos cambian de canal para evitar interferencias de co-canal.
La interferencia de co-canal se crea cuando los dispositivos interfieren entre sí utilizando el mismo canal o frecuencia de radio para transmitir y recibir señales Wi-Fi. Para minimizar la interferencia co-canal, los administradores de red intentan diseñar sus redes -y el espectro limitado disponible para ellas- colocando los AP lo suficientemente separados para que no puedan escucharse o no interfieran entre sí. Sin embargo las señales Wi-Fi no se detienen y los viajes más allá de estos límites preconcebidos.
La solución de cambio de canal tampoco toma en cuenta qué es lo mejor para el cliente. En estos escenarios, la interferencia se determina desde el punto de vista del AP. Pero ¿qué es lo que ve el cliente? ¿Mudarse a un canal limpio beneficia realmente la experiencia del usuario?
 
Se busca: Señales más fuertes y menos interferencias
Una medición común para predecir cómo se comportarán los sistemas Wi-Fi es la relación señal-ruido (SNR o Signal-to-Noise). La SNR compara la diferencia entre la fuerza del nivel de señal recibida y el ruido de fondo. Normalmente, una SNR alta ocasiona pocos errores de bits y un mayor rendimiento. Pero tan pronto como la interferencia aparece, los administradores de redes tienen algo más de qué preocuparse: la relación señal-interferencia y la relación de ruido, también conocida como SINR.
La SINR es la diferencia entre el nivel de señal y el nivel de interferencia. Teniendo en cuenta el impacto negativo de la interferencia de RF en el rendimiento del usuario, la SINR es un indicador mucho mejor de qué tipo de rendimiento se puede esperar de un sistema Wi-Fi. Una SINR alta se traduce en tasas de datos más altas y con mayor capacidad de espectro.
Para lograr una SINR alta, los sistemas Wi-Fi o bien deben aumentar la ganancia de la señal o disminuir la interferencia. El problema es que los sistemas convencionales Wi-Fi no pueden sino aumentar los niveles de señal mediante la adición de más energía o utilizando antenas direccionales de alta ganancia con sus AP, lo cual incrementará la ganancia en una dirección, pero limitará la cobertura a un área más pequeña. Las recientes innovaciones en el ámbito de los arreglos adaptables de antenas Wi-Fi ahora permiten a los administradores de red obtener la ganancia y las ventajas del uso de canal de una antena direccional, manteniendo la cobertura de una misma área con menos AP.
Mitigación de interferencia con antenas inteligentes
El santo grial para el W-iFi es la capacidad de enviar una señal directamente a un usuario y monitorear esa señal para asegurarse de que ofrece el mejor rendimiento posible -todo ello mientras continuamente se reorienta las transmisiones de Wi-Fi en vías de señales que se sabe que están limpias, sin cambiar de canal.
Las nuevas tecnologías Wi-Fi que amalgaman la formación de haz dinámico con arreglos miniaturizados de antenas inteligentes (llamados "Wi-Fi inteligente") se acercan más a este nirvana inalámbrico.
La antena dinámica basada en formación de haz es una nueva técnica desarrollada para alterar la forma y la dirección de energía de radiofrecuencia, ya que emana del AP. La formación de haz dinámica se centra en las señales Wi-Fi solo donde se necesitan, a la vez que automáticamente las "direcciona" alrededor de la interferencia cuando se produce.
Estos sistemas utilizan diferentes patrones de antena para cada cliente, cambiando de patrones de antena cuando se producen problemas. Por ejemplo, cuando se experimenta interferencia, una antena inteligente puede seleccionar un patrón de señal con una atenuación en la dirección de la interferencia, lo que aumenta la SINR y eliminaría la necesidad de reducir la velocidad física de la transferencia de datos.
Las antenas basadas en la formación de haz utilizan una serie de elementos de antenas direccionales para crear miles de patrones de antena, o veredas entre el AP y el cliente. De esta manera, la energía RF es irradiada por el camino óptimo que tiene la mayor tasa de datos y la menor pérdida de paquetes.
El reconocimiento de los clientes estándares del control de acceso a los medios Wi-Fi (MAC o Media Access Control) es monitoreado para determinar la intensidad de la señal, la tasa de errores de rendimiento y de paquetes para un camino seleccionado. Esto asegura que el AP sabe exactamente lo que el cliente está experimentando -y el AP tiene un control completo para cambiar a un mejor camino si hay interferencias.
Los arreglos de antena inteligente también rechazan activamente las interferencias. Debido a que el Wi-Fi solo permite a un usuario hablar a la vez, las antenas que no se utilizan para transmitir datos a un cliente determinado pueden ignorar o rechazar las interferencias que normalmente podrían inhibir la transmisión Wi-Fi. Esto da como resultado una ganancia significativa de la señal de hasta 17 dB en algunos casos.
Pero quizás el mayor beneficio de esta nueva tecnología es que opera sin ajuste manual o intervención humana.
Para los administradores de red, la mitigación de interferencias de RF solo es cada vez más importante debido a la inundación de nuevos dispositivos Wi-Fi en las redes empresariales. Al mismo tiempo, se están disparando las expectativas de los usuarios por obtener más conexiones Wi-Fi confiables, capaces de soportar aplicaciones de streaming multimedia.
Hacer frente a la interferencia de RF es la clave para abordar estas megatendencias en la empresa en el futuro. Pero lograrlo significa tomar un enfoque más inteligente y adaptable para lidiar con el control de las frecuencias de radio que están causando alboroto.
David Callisch, Network World (US)