Arduino Capitulo13 Web

13   Wi-Fi     o      l     u      t     ı      ´     p     a      C

Cap´ Cap´ıtulo ıtulo Web

13.1 Introduc Introducci´ ci´ on on 13.2 13.2 Wi-Fi Wi-Fi 13.3 Puntos Puntos de acceso acceso 13.4 13.4 Arduin Arduino o Y´ un un 13.5 Resumen Resumen 13.6 Referenci Referencias as selectas selectas 13.7 Problemas Problemas propuestos propuestos

Competencias Pres Presen entar tar los co conc ncep eptos tos fund fundam amen ental tales es de la co com munic unicac aci´ i´on o n Wi-F Wi-Fi, i, est´andares andares y modos de operaci´on on

Desarrollar habilidades en:

Descripci´on on de la tecnolog tecnolo g´ıa Wi-Fi. Wi-Fi . Est´andares andares para Wi-Fi. Modo de operaci´on. on. Acceso remoto. Wi-Fi Shield. Ejemplos y aplicaciones.

13.1 13.1

13.1.

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Intr Introd oduc ucci ci´ ´ on on

13.1 Introducci´ Introducci´ on on inal´ ina l´ambricas ambricas de comunicaci´on on llevan coexistiendo desde hace muchos a˜ nos. En 1985 la Comisi´on nos. on Federal de Comunicaciones (FCC) de los Estados Unidos decide permitir el acceso al espectro de radio para comunicaciones, pero es en 1889 cuando se instaura un nuevo nuevo Comit´e en el Instituto de Ingenier´ Ingenier´ıa El´ectri ect rica ca y Elect Electr´ r´onica onica (IEEE) (IE EE) para par a poner p oner en marcha el esquema 802.1 8 02.11, 1, el cual ten´ ten´ıa como meta la creaci´on on de est´andares andares que pudieran constituir una red inal´ambrica; ambrica; es hasta 1997, cuando el IEEE introduce el est´andar 802.11 para redes Wireless Ethernet, la cual ten´ ten´ıa velocidades de transmisi´on on de manera te´orica o rica entre 1 y 2 Mbps usando se˜nales nales en el espectro infrarrojo (IR).

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 t ecnolog´ log´ıas ıas as  tecno

En 1999 la revisi´ revisi´on on 802.11a fue aprobada, en ella utiliza el mismo juego de protocolos de base que el est´andar andar original, opera en la banda de 5 Ghz; es decir, est´an presentes presentes dentro de la banda de s´uper uper altas frecuencias (SHF Super High Frequencys) la cual abarca de los 3 GHz a los 30 GHz. La banda que utiliza 802.11a es la denominada U-NII (Unlicensed National Information Infraestructure) la cual no requiere licencia y por lo tanto se puede reducir los costos al no necesitar pagar por su uso. Funciona con una velocidad m´axima axima de 5 Mbps. Ese mismo a˜no no fue ratificada la revisi´on on 802.11b el cual tiene una velocidad m´axima axima de 11 Mbps y utiliza el mismo m´etodo etodo de acceso definido en el est´andar andar original, el est´andar andar 802.11b funciona en la banda de 2.4 Ghz. En Junio del 2003 se ratific´o un tercer est´andar andar de modulaci´ modulaci´ on 802.11g. Este utiliza la banda de 2.4 Ghz al igual que on el est´andar andar 802.11b, pero a una velocidad velocidad te´ orica orica m´axima axima de 54Mbps. Es compatible con el est´andar andar b. Pero en redes bajo el est´andar andar g, la presencia de nodos bajo el est´ andar andar b  reduce significativamente la velocidad de transmisi´on. on. En enero del 2004, el IEEE anuncio la formaci´on on de un grupo de trabajo para desarrollar una revisi´on on del est´andar andar 802.11. En el 20 2008 08,, el est´ andar andar 802. 802.11n 11n ya estaba estaba redact redactado, ado, y ya hab´ hab´ıan disposi dispositiv tivos os adelantados al protocolo que ofrec´ ofrec´ıan de forma no oficial este est´ andar. andar. En 2009, es ratificado el est´andar andar 802.11n que logra velocid velocidades ades de m´ as de 300 Mbps. A diferencia as de otras versiones, el 802.11n puede trabajar en dos bandas de frecuencias: 2.4 Ghz ´ tica y Mecatro ´ nica Arduino. Arduino. Aplicaciones Aplicaciones en Robotica o

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y 5 Ghz, gracias a ello es compatible con dispositivos basados en todas las ediciones anteriores de Wi-Fi. Adem´as, as, es ´util util que trabaje en la banda de los 5 Ghz, ya que esta menos congestionada y en 802.11n permite un mayor rendimiento; en el nuevo est´andar andar ofrece un mayor ancho de banda con tasas de transferencia superiores a 1 Gbps y mayor alcance.

13.2.

13.2 Wi-Fi Wi-Fi las redes de ´area area local inal´ambrica ambrica (WLAN) sin lugar a dudas la de mayor renombre e importancia es el protocolo IEEE 802.11x el cual define a una serie de est´andares andares y es mejor conocido como Wi-Fi.

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entro  de

Con las tendencias modernas orientadas hacia lo inal´ambrico ambrico en el mundo y con el pasar de los a˜nos nos se observa un enorme crecimiento en la cantidad de hot spots que se pueden encontrar. Un hot spot es una zona geogr´afica afica en la que se tiene un access point que ofrece el servicio de Wi-Fi. A su vez un access point es un ruteador inal´ambrico ambrico que puede hace posible la difusi´on on del servicio de ´area area local. La gran flexibilidad de Wi-Fi hace posible aplicaciones a distancias de hasta 100 metros alrededor del access point y ofrece la posibilidad de formar redes de ´area local hot spots adyacentes. La gran cualidad de Wi-Fi permite toda una gama de aplicaciones que pueden extenderse a pr´acticamente acticamente todas las ´areas. areas. Dentro de un laboratorio o f´ abrica se puede establecer una red sin necesidad de cables que puedan abrica ocupar espacio y limitar la movilidad de los dispositivos presentes en dicha red. En lugares lugares p´ p ublicos u ´blicos se puede acceder a Internet y estar conectado para recibir cualquier tipo de informaci´on. on. En pocas po cas palabras, palabras, las aspiracione aspiracioness de Wi-Fi consisten consisten en poder tener tener transparenc transparencia ia en cuestiones de movilidad y poder estar conectado todo el tiempo vaya a donde vaya la persona. En algunas ciudades ya se considera un servicio p´ublico ublico la conectividad de los dispositivos. Wi-Fi pertenece al conjunto de tecnolog´ tecnolog´ıas conocidas cono cidas como Wireless (sin cables) con mayor aceptaci´on on y uso en la mayor m ayor´´ıa de dispositivos dispo sitivos electr´onicos onicos como smartphones, Alfaomeg omega a

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Wi-Fi

tablets, computadoras de sobremesa y port´atiles, atiles, Ipads, c´amaras amaras digitales, consolas de video juegos o tarjetas Arduino Y´un un gracias a la cual se puede disponer de una red de comunicaci´on on entre varios dispositivos y con acceso a Internet. Wi-Fi adem´as es una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organizaci´on on comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen los est´andares andares 802.11. La WECA tiene como misi´on on certificar la interoperatividad y compatibilidad entre diferentes fabricantes de productos wireless bajo el est´andar IEEE802.11. La WECA fue fundada por 3Com, Cisco, Intersil, Agere, Nokia y Symbol en Agosto de 1999, con el compromiso de impulsar el desarrollo desarroll o a nivel mundial de la tecnolog´ tecnolog´ıa de LAN inal´ambrica ambrica bajo el est´andar andar IEEE 802.11. La lista de miembros se ha incrementado hasta los 170. Desde entonces, Intermec, Microsoft e Intel han formado el Comit´e de Direcci´on on de WECA, que establece un procedimiento de certificaci´on on para garantizar garantizar la interoperativ interoperatividad idad de los dispositivos dispositivos entre entre fabricante fabricantes. s. Aquellos Aquellos dispositivos dispositivos con el logo Wi-Fi gozan de esa garant garant´ıa de inte interop roper erati ativi vida dad. d. El Wi-Fi Wi-Fi fue fue crea creado do para para ser ser utili utiliza zado do en rede redess locale localess inal´ambricas. ambricas. Aunque Aunque se pensaba pensaba que el t´ermino ermino viene viene de Wireless Wireless Fidelity Fidelity como equiv equivalente alente a Hi-Fi, High Fidelity, que se usa en la grabaci´on de sonido, realmente la WECA contrat´ o a una empresa de publicidad para que le diera un nombre a su est´andar, de tal manera que fuera f´acil acil de identificar y recordar. Phil Belanger, miembro fundador de Wi-Fi Alliance que apoy´o el nombre Wi-Fi escribi´o: o: Wi-Fi Wi-Fi y el Style Style log logoo del del Yi Ying ng Yang ang fuer fueron on inve inven ntados tados por la age agenc ncia ia Interbrand, contratamos para que hiciera un logotipo y un nombre que fuera corto, tuviera mercado y fuera f´acil acil de recordar r ecordar.. Se neces´ neces´ıtaba algo que fuera m´ as llamativo que IEEE 802.11b de Secuencia Directa. as

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13.3.

Wi-Fi

13.3 Puntos Puntos de acceso acceso de acceso, tambi´en en llamados llamado s APs o wireless wireles s access point, p oint, son so n equipos equip os hardware configurados en redes Wi-Fi y que hacen de intermediario entre la computadora y la red externa (local o Internet). El access point o punto de acceso, hace de transmisor central y receptor de las se˜nales nales de radio en una red Wireless.

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os  puntos

Los puntos de acceso utilizados en casa o en oficinas, son generalmente de tama˜no peque˜ no, no, componi´ componi´endose endose de un adaptador adaptador de red, una antena antena y un transmisor transmisor de radio. Existen redes Wireless peque˜nas nas que pueden funcionar sin puntos de acceso, llamadas redes   ad-hoc  o modo peer-to-peer, las cuales solo utilizan las tarjetas de red para comunicarse. Las redes m´as as usuales que se ven son en modo estructurado, es decir, los puntos de acceso har´an an de intermediario o puente entre los equipos WiFi y una red Ethernet cableada. cableada . Tambi´en en har´ har an ´an la funci´on on de escalar a m´as as usuarios seg´ un un se necesite y podr´an an dotar de algunos elementos de seguridad. Normalmente, Normal mente, los puntos de acceso van conectados conectado s f´ f´ısicamente por medio med io de un cable ca ble de pares a otro elemento elemento de red, en caso de una oficina oficina o directamen directamente te a la l´ınea telef´ onica onica si es una conexi´on on dom´estica. esti ca. En este ´ultimo ultimo caso, el AP estar´a haciendo tambi´ en en el papel de Router. Son los llamados lla mados Wireless Routers los cuales soportan los est´andar andar IEEE 802.11x. Cuando se crea una red de puntos de acceso, el alcance de este equipo para usuarios que se quieren conectar a ´el el se llama  celda. Usualmente se hace un estudio para que q ue dichas celdas celda s est´en en lo m´as as cerca posible, incluso solap´andose andose un poco. De este modo, un usuario con un port´atil, atil, podr p odr´´ıa moverse de un AP a otro o tro sin perder su conexi´on on de red. Los puntos de acceso antiguos, sol´ sol´ıan soportar solo a 15 a 20 usuarios. Hoy en d´ıa los modernos modernos APs pueden pueden tener tener hasta 255 usuarios usuarios con sus respectivas respectivas computadoras conect´andose andose entre ellas. Los puntos de acceso inal´ambricos ambricos permiten conectar varias conexiones Ethernet o Fast Ethernet, y a su vez conectar varios clientes sin cable. Muchos de estos dispositivos llevan ya instalado su propio Firewall con el que proteger la red. En realidad Wi-Fi est´a dise˜ nado para conectar computadoras a la red a distancias nado Alfaomeg omega a

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Pun Puntos tos de acce acceso so

reducidas, cualquier uso de mayor alcance est´a expuesto a un excesivo riesgo de interferencias. Existen varias alternativas para garantizar la seguridad de estas redes. Las m´as as com comune uness son la utiliz utilizaci aci´´on o n de protocolos de cifrado de datos para los est´andares andares Wi-Fi como el WEP, el WPA, o el WPA2 que se encargan de codificar la informaci´on on transmitida para proteger su confidencialidad, proporcionados por los propios dispositivos inal´ambricos. ambricos. La mayor´ mayor´ıa de las formas son las siguientes: WEP cifra los datos en su red de forma que s´olo olo el destinatario deseado pueda acceder a ellos. Los cifrados de 64 y 128 bits son dos niveles de seguridad WEP; codifica los datos mediante una   clave  de cifrado antes de enviarlo al aire. Este tipo de cifrado no est´a muy recomendado, debido a las grandes vulnerabilidades que presenta, ya que cualquier cracker puede conseguir sacar la clave. WPA: presenta mejoras como generaci´on on din´amica amica de la clave de acceso; las claves se insertan inserta n como de d´ıgitos ıgit os alfanum´ alfa num´ericos, ericos, sin restricci´ restri cci´on on de longitud. IPSEC (t´ uneles IP): en el caso de las VPN y el conjunto de est´andares IEEE uneles 802.1X, que permite la autenticaci´on on y autorizaci´on on de usuarios. Filtrado de MAC, de manera que s´olo olo se permite acceso a la red a aquellos dispositivos autorizados. Es lo m´as as recomendable si solo se va a usar con los mismos equipos, y si son pocos. Ocultaci´ on del punto de acceso: se puede ocultar el punto de acceso (Router) on de manera que sea invisible a otros usuarios. El protocolo proto colo de seguridad llamado WPA2 (est´ andar andar 802.11i), 802.11i), que es una una mejora relativa a WPA. En principio es el protocolo de seguridad m´as seguro para WiFi en este momento. Sin embargo, requieren hardware y software compatibles, ya que los antiguos no lo son. A pesar de esto, no existe una alternativa totalmente fiable, ya que todas ellas son susceptibles de ser vulneradas.

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13.4.

Wi-Fi

13.4 Arduin Arduino o Y´ un un de este modelo Arduino se inspiraron en el nombre Y´un un porque en el idioma mandar´ mandar´ın significa   nube, el primero de la gama innovadora con Wi-Fi, que combina la potencia de Linux con la facilidad del uso de la plataforma de arqui arquite tect ctur uraa abie abierta rta.. Ardu Arduin inoo Y´ un u n es una una tarj tarjet etaa elec electr tr´´onic o nicaa basa basada da en el microcontrolador ATmega32u4 y un soporte Wi-Fi (Soc Atheros AR9331) que utiliza Linino, la versi´on on modificada de OpenWRT que es la distribuci´on de Linux m´as as usada para dispositivos embebidos. El procesador Atheros es compatible con Linux y est´a basado en OpenWrt llamado OpenWrt-Y´ un. La tarjeta soporta el Ethernet un. y Wi-Fi, un puerto USB-A, ranura para tarjeta micro-SD, 20 entradas digitales entrada/salida (de los cuales 7 se pueden utilizar como salidas PWM y 12 entradas como anal´ogicas), ogicas), un oscilador de 16MHz, una conexi´on on micro USB, un ICSP, y 3 botones de reset (reinicializaci´on on o reposici´on), on), como lo muestra la figura 13.1, mientras que en la figura 13.2 se muestras las caras superior e inferior.

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nadores nadores os  dise˜

un. un. Figura 13.1  Tarjeta Arduino Y´ El dise˜ no no de la tarjeta Y´un un ha sido una colaboraci´on on con la empresa Dog Hunter, espec especiali ializad zadaa en Linux. Linux. De acuerd acuerdoo con Zoe Rom Romano, ano, respons responsabl ablee de Estrate Estrategia gia Digital del proyecto, comunicar Arduino con servicios complejos ha sido todo un reto debido debido a la limitada memoria memoria disponible disponible y la tendencia tendencia a usar formatos basados basados en texto como XML que requieren bastante memoria RAM. Con Arduino Y´un un se cre´o la biblioteca Bridge que delega todas las conexiones de red y el procesamiento Alfaomeg omega a

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Ard Arduino ino Y´ un un

(a)   Vista superior.

(b)  Vista inferior

.

un. un. Figura 13.2  Vista superior e inferior de la tarjeta Arduino Y´ de las transacciones y protocolos de red con el Linux. Se trabaja desde la versi´on on 1.5.7 del Arduino IDE, que permite obtener el m´aximo de los resultados con esta tarjeta. La tarjeta Arduino Y´ un se distingue de otros modelos Arduino en que se un puede puede com comunic unicar ar a bordo de la misma misma tarjeta v´ v´ıa la distribuc distribuci´ i´on on que hace Linux, ofrece un sistema de red de gran alcance con la facilidad de Arduino. Adem´as de los comandos de Linux como cURL, se puede escribir su propio Shell y python scripts para las interacciones m´as as robustas. La relaci´on on entre Atmega 32u4 y Linino AR9331 se muestra en el diagrama a bloques de la figura 13.3.

on entre Atmega 32u4 y Linino on Figura Figura 13.3 13.3   Diagrama a bloques de la interacci´ AR9331. La librer librer´ıa Bridge facilita facilita la com comunic unicaci´ aci´on on entre entre los dos dos proce procesa sado dore res, s, dand dandoo a ´ tica y Mecatro ´ nica Arduino. Arduino. Aplicaciones Aplicaciones en Robotica o

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