Tipos de redes Wi-Fi: semejanzas y diferencias

Definición de la WiFi

Es un conjunto de protocolos de comunicación inalámbricos estandarizados que se utilizan para el acceso a internet o generar redes locales sin necesidad de cables. La información se transmite mediante ondas de radio a unas frecuencias determinadas, eliminando la necesidad de una conexión física entre dispositivos.

WiFi realmente no es el nombre de la tecnología (su nombre real es IEEE 802.11) es el nombre comercial establecido por la WiFi Alliance. Esta es una organización sin ánimo de lucro encargada de desarrollar dicha tecnología. Actualmente, esta organización está compuesta por más de 800 empresas en todo el mundo.

Origen e hitos destacados

Si bien la tecnología WiFi es una solución moderna, pero tiene un origen interesante. El origen de esta tecnología lo tenemos en un sistema de red inalámbrica creado por ALOHA Systems para conectar la isla de Hawái en 1971.

La Comisión Frederal de Comunicaciones (FCC) de Estados Unidos en 1985 presento una red de uso general con anchos de banda de 900 MHz, 2.4 GHz y 5.8 GHz. Posteriormente, estas bandas de frecuencia se denominaron bandas ISM. Coincide con el desarrollo de la red LAN Token Ring de IBM, que permite conectar ordenadores para transferencia de datos.

En 1988 se desarrolló el primer sistema de cajeros inalámbricos basados en la tecnología de IBM, que se terminó denominando waveLAN. Posteriormente, en 1989 paso a convertirse en el estándar IEEE 802.11 LAN/MAN.

Vic Hayes, el denominado «Padre del WiFi» creo el primer grupo de trabajo del estándar IEEE 801.11 para LAN inalámbricas. Posteriormente, se fueron consiguiendo los siguientes avances en esta tecnología:

• 1994: El Dr. Alex Hills presenta un proyecto sobre redes inalámbricas en el que otorga conexión sin cables a un total de 7 edificios.
• 1996: La Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth introdujo una red inalámbrica basada en el protocolo IEEE 802.11.
• 1997: Se lanza la primera versión oficial y comercial de la tecnología WiFi con una velocidad máxima de 2 Mb/s.
• 1999: Aumenta la velocidad hasta los 11 Mb/s sobre la frecuencia d ellos 2.4 GHz (IEEE 802.11b). Un mes después se consigue una velocidad de 54 MB/s para la banda de los 5 GHz.
• 2003: Se consigue una velocidad de 108 Mb/s para la banda de 2.4 GHz (IEEE 802.11g).
• 2009: Primera vez que se combinan las frecuencias de 2.4 GHz y 5 GHz de manera simultánea con velocidades de hasta 600 Mb/s (IEEE 802.11n).
• 2014: Se alcanza la velocidad de 6933 MB/s para la banda de 5 GHz (IEEE 802.11ac).
• 2019: Consiguen elevan la velocidad a los 9608 Mb/s (802.11ax). Destacar que hay dos denominaciones comerciales en este caso. La WiFi 6 admite solo las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz y la WiFi 6E agrega, por primera vez, la banda de los 6 GHz.
• 2022: Anunciado el estándar WiFi 7 (802.11be) que eleva la velocidad a los 46.120 Mb/s y combina las bandas de 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz, por primera vez, en un unico estándar.
• 2024: Se empiezan a comercializar los primeros routers y placas base compatibles con el estándar WiFi 7.

Estándar IEEE 802.11

Para un uso uniforme de la tecnología, lo normal es crear un estándar certificado y regulado. Esto permite a cualquier fabricante desarrollar soluciones que pueden funcionar sin problemas. Sobre todo, esto es importante en redes de comunicación, ya que de otro modo podría ser un caos.

Quien se encarga de controlar y gestionar estos estándares en el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) de Estados Unidos.

Tenemos el conjunto de normas IEEE 802 se sustenta en estos tres pilares fundamentales:

• Estándares técnicos de red de área local (LAN)
• Conjunto de protocolos de acceso a medios (MAC)
• Capa física (PHY) para implementar la comunicación informática de área local inalámbrica (WLAN)

Como la tecnología WiFi se basa en esta tecnología, se cataloga dentro del estándar IEEE 802. A nivel técnico recibe el nombre de IEEE 802.11 y se le agregan letras para distinguir las versiones.

Debido a que esta denominación es difícil de recordar, la WiFi Alliance a partir de 2018 WiFi Alliance quiso que fuera mucho más fácil identificar los diferentes versiones de Wi-Fi disponibles en el mercado para que, en base a su nuevo nombre, fuera más sencillo conocer cuáles son las prestaciones sin tener que utilizar la versión del protocolo utilizado.

De esta forma, se empezó a utilizar la denominación Wi-Fi 4 para los dispositivo que utilizan el protocolo 802.11n, Wi-Fi 5 para los dispositivos compatibles con 802.11ac, Wi-Fi 6 y Wi-Fi 6E para los equipos que utilizan el protocolo 802.11x y Wi-Fi 7 para los dispositivos compatibles con 802.11be.

Es importante destacar que las versiones más modernas de Wi-Fi son retro compatibles con las versiones más antiguas, sin embargo, las versiones más antiguas no son compatibles con las más modernas.

De esta forma, si tenemos uno PC compatible con Wi-Fi 4, no vamos a poder conectarlo a un router compatible con Wi-Fi 7. Sin embargo, si el router es compatible con Wi-Fi 4 y el equipo utiliza la versión Wi-Fi 7, no vamos a tener ningún problema en contactarlos.

Cuáles son los estándares WiFi actuales

El número de dispositivos que ofrecen soporte a este protocolo de comunicación ha crecido mucho. La llega de los smartphones o tablets, por ejemplo, ha provocado que se tenga que adaptar para soportar una gran cantidad de dispositivos conectados simultáneamente. También el gaming ha provocado que se deba actualizar el estándar para ofrecer el mejor rendimiento al usuario.

Veremos qué diferencias hay entre cada una de estas versiones pensando en las necesidades que se detectan por parte de la WiFi Alliance.

WiFi 7

Se presenta en marzo de 2021 el borrador del estándar 802.11be que establece los diferentes aspectos de esta tecnología. Entre noviembre y diciembre de 2022 se presentan los primeros dispositivos WiFi 7 que empezaron a comercializar en 2024.

Ya existen en el mercado algunos modelos de router que soportan este estándar. Intel y AMD en sus próximos procesadores ya soportarán este nuevo estándar de comunicación inalámbrica al igual que las placas base que se han lanzado al mercado a lo largo de 2024.

Actualmente, este estándar ya es una versión definitiva y ya podemos encontrar las primeras soluciones. De momento son caras y poco interesantes por la falta de productos en el mercado. La adopción masiva de esta tecnología está prevista para el próximo 2025.

Características

Estas aparecen en la Solicitud de Autorización del Proyecto son:

• Ancho de banda de 320 MHz y utilización más eficiente del espectro no contiguo.
• Mutli-RU permite la asignación de múltiples unidades de recursos a un único usuario y así conseguir mayor eficiencia en la transferencia de datos.
• Modulación 4096-QAM que permite un importante aumentado de la modulación de amplitud de cuadratura. Se pasa de los 10 bits en el estándar WiFi 6 a los 12 bits para el estándar WiFi 7.
• 16 flujos espaciales y mejoras en los protocolos Múltiple Entrada Múltiple Salida (MIMO).
• Multi-link Operation (MLO) que permite la transmisión y/o recepción mediante diferentes bandas de frecuencias y canales. Se consigue incrementar de manera sencilla el rendimiento, se reduce la latencia y se mejora la confiabilidad.
• Si es necesario, adaptación a las normas regulatorias específicas del espectro de 6 GHz.
• Integración de extensiones IEEE 802.1Q de redes sensibles al tiempo (TSN) para tráfico en tiempo real de baja latencia.

WiFi 6

El estándar IEEE 802.11ax es adoptado en 2019, agregando características enfocadas en la eficiencia. Se enfoca en la optimización del rendimiento en áreas donde hay una alta densidad de dispositivos, como pueden ser los centros comerciales. Esto es posible a la mejora del espectro, agregando el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA)

Las nuevas características más importantes son:

• OFDMA: como decíamos, es el acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales. Aunque está presente en versiones anteriores, permiten a los canales subdividirse para ofrecer paso a diferentes usuarios y dispositivos. Permite esto reducir la latencia y mejorar la eficiencia cuando hay varios dispositivos conectados. Permite la transmisión de datos más eficientes cuando la conexión no es buena.
• MU-MIMO: permite la transmisión de flujos de datos simultánea a varios dispositivos, cuando antes de hacía de uno en uno. El router ahora puede enviar y recibir datos a varios dispositivos a la vez más rápido, en vez de generar una cola e ir uno a uno.
• Coloración BSS: es una técnica de reutilización especial que usa marcas o «colores» para la identificación de las redes. Sirve para que los puntos de acceso puedan tomar decisiones sobre si está permitido el uso simultáneo del medio inalámbrico o no. Reduce las interferencias.
• Reducción del consumo energético: incluye la tecnología Target Wake Time (TWT). Hasta ahora, los dispositivos cada cierto tiempo buscaban nuevas transmisiones de datos. Ahora, se permite que el router y dispositivo negocien los tiempos esperados de actividad. Esto permite reducir el consumo de energía.

WiFi 6E

Realmente es una sencilla actualización «menor» del estándar IEEE 802.11ax. Destaca por agregar soporte comercial para la frecuencia de los 6 GHz, a la cual no se daba soporte. Esta implementación, teóricamente, mejora la velocidad máxima en hasta un 30%.

WiFi 5

El nuevo estándar 802.11ac se empezó a desplegar en 2014 y destaca por agregar nativamente la frecuencia de los 5 GHz. Comercialmente se denomina como WiFi 5, pero no tiene que ver con la nueva banda de frecuencia. Destaca por mejorar el ancho de banda, mejoras en flujos especiales y en modulación.

Las principales características que agrega son:

• Enlace de canal extendido: agrega la banda de canal opcional de 160 MHz y obligatoriamente los 80 MHz para estaciones
• MIMO
  • Compatibilidad con hasta ocho flujos especiales
  • Enlace descendiente para hasta cuatro carriles
  • Varias STA, cada una con una o más antenas, transmitiendo o recibiendo flujos de datos independientes
  • Acceso múltiple por división especial (SDMA) que no están separadas por frecuencia, sino resueltas especialmente de forma análoga a MIMO
  • Enlace descendente MU-MIMO agregado como modo especial
• Modulación
  • 256-QAM agregado como modo especial
  • Se puede ofrecer el modo 1024-QAM no estándar, que permite una tasa de datos un 25% más alto, comprado con 256-QAM
• Otras características
  • Beamforming con sonido estandarizado y retroalimentación para la compatibilidad entre proveedores
  • Modificaciones de MAC
  • Coexistencia de canales de 20, 40, 80 y 160 MHz
  • Cuatro nuevos campos de encabezado de la PPDU

Comparativa de las diferentes versiones

Diferencia entre las frecuencias de 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz

Puede que no lo sepas, pero, la frecuencia a la que nos conectamos es muy importante. Existen importantes diferencias de funcionamiento y rendimiento entre frecuencias. Te las resumimos en la siguiente tabla de una manera bastante sencilla.

Se considera que la banda de los 2.4 GHz es la mejor para uso generalista, para navegar y similares. Las bandas de 5 GHz y 6 GHz están más enfocadas al gaming y las grandes transferencias de datos. Debes tener en cuenta que la cobertura será siempre mejor con frecuencia baja que con frecuencia alta. Si las ondas deben atravesar dos muros, la banda de 2.4 GHz dará mejor cobertura y rendimiento que las vendas de 5 GHz y 6 GHz.