Consideraciones sobre rendimiento en redes inalámbricas

A raiz de recientes conversaciones con algunos colegas de Redlibre, he decidido comentar algunos aspectos técnicos sobre redes inalámbricas, dirigido sobre todo a aquellas personas ajenas al mundillo de las telecomunicaciones. Por lo tanto este es un texto "superficial", y trataré de explicar los conceptos técnicos de la forma más comprensible posible.
Este texto está sobretodo enfocado a aclarar las cuestiones relativas al rendimiento/velocidad de las redes wifi, especialmente interesante para aquellas personas que estén interesadas en participar en proyectos de redes comunitarias, como por ejemplo la ya nombrada Redlibre, o guifi.net.

Conceptos técnicos necesarios sobre redes informáticas (tanto inalámbricas como cableadas):
Dúplex: es la capacidad de una red informática de enviar y recibir información en ambos sentidos, utilizando el mismo medio de transporte de la información. Lo contrario a esto es el llamado símplex. Un ejemplo de dúplex es el teléfono, ya que usando el mismo aparato y la misma línea podemos hablar en ambos sentidos. Un ejemplo de símplex es la televisión, donde hay un emisor y un receptor, pero no es posible intercambiar los papeles de ambas partes.
Full Dúplex: es la capacidad de una red informática de enviar y recibir información simultáneamente en ambos sentidos. Un ejemplo es una carretera, donde pueden pasar vehículos (información) en ambos sentidos, sin interferirse entre ellos.
Half Dúplex: es la capacidad de una red informática de enviar y recibir información en ambos sentidos, pero no al mismo tiempo. Primero transmite una de las partes, después la otra parte. El ejemplo más obvio es un walkie-talkie, donde es posible hablar con otro aparato, pero hace falta pulsar un botón para hablar, y soltarlo para escuchar.
Medio compartido: cuando existe un medio compartido, todas las partes implicadas en la comunicación utilizan el mismo canal, y por lo tanto, tienen que esperar su turno para poder comunicarse. Un ejemplo de medio compartido es una línea de teléfono, donde solo es posible hacer una llamada cada vez, y si llaman dos al mismo tiempo, uno recibe la señal de comunicando. Un ejemplo de medio no compartido sería una centralita telefónica, donde es posible recibir múltiples llamadas al mismo tiempo, y cada una tiene su propio canal de comunicación independiente.
Canal: es un concepto copiado de la radio. Cada canal es la frecuencia en la que emite un punto de acceso inalámbrico. Para que dos ordenadores se puedan comunicar por wifi, es necesario entre otras cosas, que los dos sintonizen el mismo canal. En españa hay autorizados trece canales, que se solapan ligeramente entre ellos. Si dos emisoras wifi cercanas emiten en el mismo canal, se provocarán interferencias entre sí, bajando el rendimiento.
Simetría: la relación entre la velocidad de envío y de recepción de una red informática. Si la velocidad es la misma, la red es simétrica, si es diferente, asimétrica. Un ejemplo: no es lo mismo bajar escaleras que subirlas, por lo tanto las escaleras son asimétricas, siempre va a costar más tiempo subirlas que bajarlas.
Punto de acceso: simplificando, es el aparato que "traduce" la señal inalámbrica a la señal del cable.
Nodo: en el contexto de redes inalámbricas comunitarias, es el sistema informático que controla el acceso a la red y la interconexión con el resto de la red.

Con estos conceptos ya aclarados, podemos empezar a explicar el porqué de los diferentes rendimientos de las redes con cable y sin él.
Una red local típica con cable cumple los siguientes requisitos: full dúplex, medio no compartido, y el canal no aplica, ya que funciona por cable, y cada ordenador tiene su propio cable en exclusiva. Simétrica.
Una red inalámbrica típica cumple los siguientes requisitos: half dúplex, medio compartido, y 13 canales que se solapan parcialmente, lo cual da lugar a interferencias. Simétrica.
Una antigua red coaxial, para dar un ejemplo intermedio: half dúplex, medio compartido, sin canal, con un solo cable compartido entre todos los ordenadores, pero sin interferencias externas. Simétrica.
RONJA (red inalámbrica óptica): full dúplex, medio no compartido, sin canales, pero susceptible a interferencias meteorológicas. Simétrica.
El ADSL típico: full dúplex, medio no compartido, sin canales. Asimétrica.

Sólo con lo dicho ya queda claro que una red inalámbrica siempre va a tener peor rendimiento que una de cable. Obviamente lo compensa con otras cualidades, pero a la hora de plantearse formar parte de una comunidad inalámbrica hay que tener en cuenta que el rendimiento de la red puede llegar a ser inferior al de una conexión de Internet moderna (luego aclararé esta parte).

Vamos a suponer una red inalámbrica de 11 megabits, que aunque ya están superadas por las de 54, aún se utilizan mucho. Además, en caso de interferencias, una red de 54 baja su rendimiento, y no es muy extraño que funcionen a 11. También en caso de enlaces a muy larga distancia es raro pasar de los 11 megabits.

Si sólamente hay un cliente conectado al punto de acceso, tiene todo el ancho de banda disponible, que en el caso de una red de 11 suelen ser unos 700 kilobytes por segundo. Pero al ser medio compartido, son 700 KB/s totales, con lo cual si el único cliente está enviando y recibiendo al mismo tiempo, entonces enviará a 350 y recibirá a 350 (algo menos en realidad). Si dos clientes están recibiendo al mismo tiempo, entonces tendrán 350 KB/s para cada uno, pero si por ejemplo uno de ellos envía y recibe al mismo tiempo, entonces la situación se parecerá más a 230 KB/s de recepción para cada uno, y 230 KB/s de envío para el cliente que envía. Si los clientes intercambian información entre ellos, no será mucho mejor, ya que los clientes no se comunican directamente entre ellos, sino que A envía la información al punto de acceso, y este la repite para que B la reciba, con lo cual se divide la velocidad por la mitad. Si por ejemplo A y B están descargando información, y además intercambiando entre ellos simultáneamente en ambas direcciones, la velocidad será de aproximadamente 100 KB/s para cada descarga y para cada intercambio. Este número sale de: 2 descargas + 2 intercambios, que debido al reenvío necesario por parte del punto de acceso, consumen el doble de ancho de banda. A estas alturas ya es muy obvio que cuantos más clientes se añaden, la situación empeora muy rápidamente.

Es importante nombrar el concepto de la simultaneidad. Aunque haya un gran número de clientes conectados al mismo punto de acceso, en la mayoría de los casos ninguno estará haciendo un uso intensivo de la red. Por lo tanto si un cliente descarga una página web llenísima de fotos, durante unos segundos estará ocupando el ancho de banda disponible, pero después durante unos minutos no ocupará nada, mientras lee la susodicha página. Si en esos minutos otro cliente transfiere información, tendrá otra vez todo el ancho de banda disponible. Por eso normalmente no se nota demasiado la pérdida de rendimiento.

En las comunidades inalámbricas se usan dos sistemas para contrarrestar estos problemas. Por una parte están los proxy, el QoS y el bloqueo de P2P. Por otra parte está la forma en que se realizan los enlaces entre nodos. En un enlace de este tipo sólo hay 2 partes implicadas, y no se permite conectarse a clientes. Así, si un cliente se conecta a un nodo, y se comunica con un cliente de otro nodo, en realidad el equipamiento del nodo hace de intermediario, y "canaliza" la información entre ambos nodos. Así, si varios clientes de un nodo se comunican con varios de otro nodo, los equipos de control de ambos extremos se encargan de "empaquetar" los diversos flujos de información en uno solo. Así, aunque hay pérdida de rendimiento, no es tan alta como si la red estuviera sin control.

Simetría. Este es uno de los puntos más fuertes de las redes inalámbricas comunitarias. Aunque descargar a 700 KB/s no parece gran cosa dada las velocidades de las conexiones actuales a Internet. Sin embargo enviar a esa velocidad es imposible con las conexiones actuales, que rara vez pasan del megabit (esto son 128 kilobytes/s).

Y todo esto teniendo en cuenta redes de 11 megabits. Hoy en día en muchos casos estas redes son de 54 megabits (unos 2300 kilobytes/s reales útiles), con lo cual aunque los problemas inherentes siguen existiendo, quedan mitigados por la superior velocidad de la red.

Espero haber aclarado algunos conceptos. Mi idea principal, por mis experiencias pasadas, esque nadie se lleve a desengaño cuando decida colaborar con una red comunitaria. El rendimiento es el que es, y no debe ser el principal factor para colaborar. Si quieres colaborar que sea por otros muchos de los posibles factores, como por ejemplo, aprender sobre redes, crear comunidades, comunicarte de forma libre, etc etc

Antena Biquad Valenciana

El primero de los artículos recuperados de la web trinidad.no-ip.com, la "famosa" antena hecha con una paella. Para ver otros artículos de la antigua web trinidad, busca la etiqueta trinidad en esta web.

Una nueva variación de la ya conocida antena Biquad. Basandome en el diseño de Sorgonet (biquad de cds), simplemente he cambiado el reflector.
El modelo original de cds tiene el inconveniente de ser muy frágil. También al no tener "paredes" es poco direccional (esto no es malo), y para enlaces largos se queda corta. Al usar la paella, tenemos un reflector muy resistente, y paredes laterales que mejoran la direccionalidad. También me ha permitido añadir patas (un minitripode de fotografia desmontado) al invento, para que sea más cómodo.

Todavia no he hecho pruebas serias, pero claramente funciona mejor que la biquad de cds. Aproximadamente el doble de señal más que mi biquad de cds. No es algo definitivo, mi antena de cds está un poco mal hecha, pero claramente va mejor.

La paella vale 6 euros. Yo la compré en una ferreteria del barrio. El trípode vale unos 12 euros, con lo cual sumando el conector y demás se queda una antena de unos 25 euros. No pongo instrucciones de construccion porque es exactamente igual que cualquier biquad, únicamente cambiando el reflector por una paella. Lo interesante es que funciona, y bastante bien :)

Otro enlace útil: antena biquad de Trevor Marshall

Las fotos (clic para ampliar):