Source: http://docplayer.es/2509971-Sr-franklin-castro-rojas-profesor-patrocinante-sr-luis-ampuero-reyes-profesor-informante-sr-pedro-rey-clericus-profesor-informante.html
Timestamp: 2018-04-24 04:46:12+00:00

Document:
Sr. Franklin Castro Rojas. Profesor Patrocinante. Sr. Luis Ampuero Reyes. Profesor Informante. Sr. Pedro Rey Clericus. Profesor Informante - PDF
Sr. Franklin Castro Rojas. Profesor Patrocinante. Sr. Luis Ampuero Reyes. Profesor Informante. Sr. Pedro Rey Clericus. Profesor Informante
Download "Sr. Franklin Castro Rojas. Profesor Patrocinante. Sr. Luis Ampuero Reyes. Profesor Informante. Sr. Pedro Rey Clericus. Profesor Informante"
Marta Cárdenas Quintana
2 1 Sr. Franklin Castro Rojas Profesor Patrocinante Sr. Luis Ampuero Reyes Profesor Informante Sr. Pedro Rey Clericus Profesor Informante Fecha Examen de Titulación:
3 2 DEDICATORIA A mis Padres Julia Elizabeth Mitre Ortega y Rumaldo Segundo Salazar Vera Por el apoyo incondicional en los momentos de felicidad y dificultad, por saber darme la fuerza necesaria para poder dar este gran paso en mi vida, el cual es fruto de tanto esfuerzo mío como de ustedes, por el amor de familia que ha sido completo. A mis Hermanos Efraín Felipe Salazar Mitre y Rumaldo Jesús Salazar Mitre Por ser mis hermanos mis amigos y mis confidentes, en todo momento siempre los tres unidos, gracias por todos los momentos vividos, los quiero hermanos ahora les toca a ustedes. A mi Abuela Isolina Vera Alvarez A mi Hija Por ser mi segunda madre por ese cariño ilimitado que me has entregado toda la vida, por siempre te estaré agradecido Eca. Almendra Estefanía Salazar Paredes Mi reina, mi princesa, mi hija me acompañaste en toda mi vida universitaria, te debo y dedico este triunfo hija, doy gracias a dios por tenerte a mi lado, por hacerme ver la vida de forma más madura y responsable por convertirme en el luchador que soy. Te amo hija.
4 3 AGRADECIMIENTOS A Don Eugenio Ponisio por darme la oportunidad de realizar mi tesis de grado en el Centro Informático de la Universidad Austral de Chile, también agradezco a Don Luis Ampuero el cual me guió, ayudo e impulso a lograr este desafió, Don Abel Huenulef, formándome prácticamente en la instalación de dispositivos de Red. A Don Franklin Castro por entregarme su sabiduría en Telecomunicaciones, y por su buena disposición siempre a las consultas solicitadas, a Don Pedro Rey Clericus, por su buena disponibilidad y conocimiento en los años de carrera. También debo agradecer a Don Jorge Yanquileo de Telefónica del Sur por instruirme en el diseño de redes Wireles Outdoor, a Don Marcelo Zapata de la Subsecretaría de Telecomunicaciones, por entregarme información necesaria para los procesos legales. A mis amigos y compañeros de Universidad que me acompañaron y fueron importantes en mis años de estudio, Cristian Ampuero, Alexis Henriquez, Alberto Hernández, Harald Oelsner, Rodrigo Sandoval y muchas personas las cuales aportaron valiosos momentos que nunca olvidaré.
5 4 INDICE DEDICATORIA.... I AGRADECIMIENTOS.... II INDICE.... III RESUMEN IV SUMMARY V INTRODUCCION..... VI OBJETIVOS..... VII 1. CAPITULO I: REDES INALAMBRICAS GENERALIDADES ORIGENES AMBITO DE APLICACIÓN ASIGNACIONES BASICAS EN RADIOFRECUENCIA IEEE REDES MESH Capaces de Crecer orgánicamente No requieren soporte de infraestructura Son tolerantes a la caída de enlaces y/o nodos Gestión distribuida Alta Capacidad Seguridad e Identidad Nuevas aplicaciones y escenarios CAPITULO II: PROPAGACION EN RADIOFRECUENCIA TIPOS DE ANTENA Antenas Omnidireccionales Antena Isotrópica Antena Omnidireccional Real
6 Antena Direccional Antena direccional normal Antena Direccional Parabólica ZONA DE FRESNEL TEORIA DE PROPAGACION EN RADIOFRECUENCIA Modelos de Propagación Modelo para Propagación en Ambientes Abiertos Modelando la Zona de Cobertura Modelo de Propagación para Ambientes Urbanos Modelo de Okumura Modelo de Okumura Hata CAPITULO III: NORMATIVA LEGAL EN CHILE REQUISITOS LEGALES ESTABLECIDOS Especificaciones NORMATIVA EN BANDA DE 900 MHZ Requisitos Básicos de Experimentación en Banda de 900 Mhz NORMATIVA EN BANDA DE 2.4 GHZ Requisitos legales específicos en banda de 2.4Ghz Detalle sobre requisitos y restricciones NORMATIVA EN BANDA DE 5 GHZ CAPITULO IV: IMPLEMENTACION DE TECNOLOGIA SOLUCIONES DE MERCADO Equipamiento Meraki Equipamiento Cisco Equipamiento Netkrom CONFIGURACION DE ANTENAS Software de configuración
7 Configuración Local Instalación de Interfaces Ruteo Inalámbrico Configuración de Ruteo Inalámbrico Configuración de Interfaces Routers Netkrom Ruteo Estático Configuración Inalámbrica Interfaz ATH Interfaz ATH DHCP Interfaz ATH0 (Router 1) Interfaz ATH0 (Router 2) INSTALACION DE ANTENAS Dispositivos Incluidos Conexión del Mini Switch al Router Conexión de interfaces al Router PRUEBAS DE ENLACE Propagación Wi-Fi en el Punto de Enlace Resultado de Pruebas Propagación Wi-Fi Pruebas en la Banda de 900Mhz Guardias Arquitectura Enlace Potencia de Enlace Tasa de Transferencia Guardias Filosofía Enlace Potencia de Enlace
8 Tasa de Transferencia Guardias Veterinaria Enlace Potencia de Enlace Tasa de Transferencia Guardias Centro Informático Enlace Potencia de Enlace Tasa de Transferencia CALCULO TEORICO DE LOS ENLACES Potencias del Router Potencia de la antena de transmisión Ganancia de la Antena de Recepción Perdidas del Medio Enlace Guardias Arquitectura Enlace Guardias Filosofía Enlace Guardias Veterinaria Enlace Guardias Centro Informático DISEÑO OUTDOOR Campus Teja Campus Miraflores CAPITULO V: CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEXO.. 115
9 8 INDICE DE FIGURAS Fig. 1.1 Unión wireless entre PC convencional y notebook Fig. 1.2 Secuencia de Barker para codificación.. 21 Fig. 1.3 Ejemplo de Cambio de frecuencias Fig. 1.4 Relación de alcance y velocidad en las distintas normas IEEE Fig. 1.5 Resumen estándares capa física Fig. 1.6 Estándares de configuración Fig. 1.7 Red mesh y red de hub tradicional.. 31 Fig. 1.8 Red Wi-Fi Mesh con backhauls a 5 GHz en entorno metropolitano Fig. 1.9 Red municipal local Fig Funcionamiento general de diseño de red. 35 Fig Red Hibrida Mesh con aplicación cableada.. 36 Fig Gráfico de propagación isotropito en función de los ejes x, y, z Fig Gráfico de Propagación Radial en función de los ejes x, y, z.. 40 Fig Propagación omnidireccional real en función de los ejes X, Z Fig Antena Yagi para recepción de RF Fig. 2.5 Gráfico de propagación direccional en función de los ejes x, y,x.. 43 Fig. 2.6 Transmisión de onda plana en antena parabólica Fig. 2.7 Diagrama explicativo de las zonas de Fresnel Fig. 2.8 Curvas de las mediciones realizadas por Okumura Fig. 4.1 Indoor/outdoor wireles access point, Gateway, and Repeater Fig. 4.2 Disponibilidad de energía según el sector en el cual se desee instalar Fig. 4.3 Panel Solar y Repetidor Wireless
10 9 Fig Cisco Aironet 1510 Lightweight Outdoor Mesh Access Point Fig. 4.5 Software de configuración Netkrom Technologies Fig. 4.6 Configuración TCP/IP local Fig. 4.7 Configuración TCP/IP de interfaz Ethernet forma manual. 64 Fig. 4.8 Configuración TCP/IP de interfaz Ethernet forma automática Fig.4.9 Software en condiciones de poder configurar primer dispositivo Fig Pantalla principal de acceso a las herramientas de configuración Fig Esquema de enlace entre antenas Fig Routers Netkrom con Ips asignadas Fig Asignación de Ip Interfaz Ethernet Fig Asignación de Ip interfaz ATH Fig Asignación de Ip interfaz ATH Fig Rutas estáticas dadas automáticamente por el Router una vez incluidas en cada interfaz.. 69 Fig Selección de acceso operacional 2.4Ghz Fig Datos sobre frecuencias Utilizadas Fig Distribución de Radio Local 2.4Ghz Fig Configuración para la seguridad de acceso 2.4 Ghz Fig Selección de acceso operacional 900 Mhz Fig Se incluye el rango de direccionamiento DHCP en interfaz ATHO (Router 1) Fig Dispositivos incluidos con cada Router Fig Conexión que se debe incluir para el Router Netkrom Fig Conexión interfaz Ehernet Fig Router Netkrom incluido en soporte Fig Instalación del Router Netkrom con las antenas Omnidireccional en la banda de 900 Mhz y 2.4 Mhz (Caseta Guardias) Fig Imagen aérea del Sector Ex-Servicios (Campus Teja)
11 10 Fig Potencias en Sector Guardias (Software Netstumbler). 83 Fig Imagen Aérea Campus Teja (enlace Guardias Arquitectura) Fig Dispositivos enlazados y funcionando por software Netkrom Manager Fig Potencia en tiempo real de enlace Fig Imagen Aérea Campus Teja enlace (Guardias Filosofía) Fig Potencia en tiempo real de enlace (Guardias Filosofía) Fig Imagen Aérea Campus Teja enlace (Guardias Veterinaria) Fig Potencia en tiempo real de enlace (Guardias Veterinaria) Fig Imagen Aérea Campus Teja enlace (Guardias Centro Informático) Fig Potencia en tiempo real de enlace (Guardias Centro Informático) Fig Datasheet Wimax Multi-band Dual Radio Fig Datasheet Antena Omnidireccional 900Mhz Fig Datasheet Antena Yagi 900Mhz Fig Gráfico de Potencias Enlace N Fig Gráfico de Potencias Enlace N Fig Gráfico de Potencias Enlace N Fig Gráfico de Potencias Enlace N Fig Zonas de implementación de Dispositivos Netkrom Outdoor Campus Teja Fig Zonas de implementación de Dispositivos Netkrom Outdoor Campus Miraflores
12 11 Tabla 1.1 Rango de frecuencias asignados en cada país Tabla 1.2 Rango de Frecuencias utilizadas en cada área geográfica Tabla 4.1 Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Arquitectura) Tabla 4.2 Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Filosofía) Tabla 4.3 Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Veterinaria) Tabla 4.4 Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Centro Informático)... 93
13 12 Resumen El presente trabajo de titulación da muestra del proceso en el cual se implemento un sistema de conectividad OUTDOOR en un punto del Campus Isla Teja de la Universidad Austral de Chile. El estudio comienza con el análisis de las redes inalámbricas, verificando sus características, funcionamiento y observación de los distintos tipos de antenas que a su vez tienen diferente funcionamiento en relación a su propagación de radiofrecuencia, la cual es analizada matemáticamente para su posterior aplicación. Se realiza un estudio de la normativa legal que se debe llevar a cabo para instalar y dar funcionamiento a los dispositivos, impuesta por la Subsecretaría de Telecomunicaciones. Así como también, se realiza un balance entre distintos proveedores de servicios de Red OUTDOOR, viendo las distintas posibilidades de acceso que se presentan, esto dado por distintas calidades y precios de herramientas de conectividad externa. Se realiza el estudio de los dispositivos a instalar el Pre-WiMax Multiband Dual Radio, el cual trabaja a dos bandas de radiofrecuencia. La primera es la de acceso en 2.4 GHZ y la segunda banda es la de enlace 900 MHZ. Para esto se realiza un análisis de los dispositivos, pasando por el funcionamiento de estos, como realizando pruebas prácticas para distintos niveles de ruido y congestión de red, así también se analizan los diferentes casos que se proponen de instalación, en función de baja o alta densidad urbana que se sitúa en el sector. Se comparan estos datos con un análisis teórico que se realiza a la vez en función de distintos ambientes urbanos y rurales. Para terminar se presenta un estudio comparativo de un sistema práctico en base a estudios realizados en forma teórica, con esto se diseña un modelo acorde a la zona en la cual se debe realizar la instalación de los dispositivos.
14 13 Summary The aim of the present project is to show the implementation of an OUTDOOR connection system on a spot-area of Campus Isla Teja at Universidad Austral de Chile. First, the study begins with the analysis of the Wireless Campus Network. The aim of this task is also to verify the characteristics, operation and observation of the different types of antennas concerning their multiple performances in relation to the radio-frequency spectrum which is mathematically analyzed for its further application. Second, a study of legal issues is carried out and it deals with the regulations pertaining to installation and wireless networks imposed by the Subsecretaria de Telecomunicaciones de Chile. Besides, a balance access cost among different suppliers of Outdoor Wireless Network Services is done. They consider the possibilities of real access points. Moreover, these findings are given by distinct qualities and budget tools of Outdoor Wireless Connection. A study of the device installation is also carried out, the Pre-Wimax Multiband Dual Radio, which works with two radio- frequency bands. The first one is 2.4 GHz access point and the second one is 900 MHz access point-backhaul. Thus, a device analysis is done, considering its operation as well as its overall performing and practicum testing at different noise levels and wireless network congestion. Different cases of proposing installation are pointed out concerning low and high density of urban environments. These data are theoretically tested on diverse patterns concerning rural and urban areas. Finally, a comparative study of a practical system based on theoretical background is presented in order to design a wireless device installation pattern according to the spot-area of the wireless access point.
15 14 Introducción El área de las telecomunicaciones que posee mayor progreso y visión futura son las redes inalámbricas de alta capacidad, esto ya que la tendencia tecnológica impulsa a la comunicación sin cables, es por ello que de un tiempo atrás vienen con fuerzas avances sobre mayor capacidad de transmisión de información digital (audio, video, datos) esto en cualquier lugar o momento que requiera. La actual Red Interna que posee la Universidad Austral de Chile, otorga distintos servicios para la comunidad, además de la información necesaria para los alumnos, docentes y funcionarios de la UACH. Dentro de este plano, la conectividad con estos servicios es primordial a la hora de necesitar información. Existen muchos puntos en los cuales se puede conseguir tal información, pero hasta el momento no se contaba con la masificación de usuarios en la red, es por ello que se integraron los puntos inalámbricos para conectividad dentro de los distintos edificios que posee la UACH. Hoy en día los usuarios de la red no solo realizan trabajos en salas o bibliotecas, sino que además buscan sitios extensos que posee la universidad como lo son las distintas áreas verdes que esta posee, para poder satisfacer la necesidad de conectividad externa es que nace este proyecto de conectividad OUTDOOR, teniendo acceso de banda ancha inalámbrica a todos los servicios internos de red en lugares en que con la tecnología actual seria muy complicado.
16 15 Objetivos Generales Investigar la instalación y funcionamiento de una nueva tecnología que desea implementar la Universidad Austral de Chile, incorporado en el dispositivo el Pre- WiMax Multiband Dual Radio. Ver que procesos legales conlleva la investigación e implementación de antenas en frecuencias de 900 MHZ y los 2.4 Ghz, esto basado en normas que implementa el ente regulador de radiofrecuencias en Chile como lo es la Subsecretaría de Telecomunicaciones (Subtel). Diseñar e implementar un servicio de Red OUTDOOR para dar cobertura de este servicio a diferentes puntos estratégicos, como lo son sectores en que el alumnado circula diariamente y también descansa, esto son el Jardín Botánico y diferentes áreas verdes por las cuales se destaca la Universidad y desea implementar el servicio de Red Externa tanto para navegar en Intranet e Internet. Objetivos Específicos Comprobar que ventajas influye el uso de la tecnología OUTDOOR en función de la ya existente iluminación INDOOR que funciona dentro de la Universidad Austral. Disminuir a futuro una posible contaminación visual de las áreas verdes en las cuales el alumnado transita, utilizando enlaces entre Access Point de forma inalámbrica. Disminuir a futuro los costos de instalación de módulos repetidores y el cableado correspondiente, por la correspondiente capacidad de enlace de hasta 40 Km que poseen estos dispositivos. Investigar la normativa legal que implica subir señales de radiofrecuencia esto, realizando el procedimiento correspondiente de acuerdo a las resoluciones expuestas por la Subtel. Implementar un nuevo sistema de comunicación que actualmente esta a la vanguardia dentro de las tecnologías de acceso inalámbrico. Comprender el efecto nocivo que produce la intervención de árboles o edificios en el camino que toma la señal de Radio Frecuencia.
17 16 Realizar un estudio teórico de la forma en la cual se propaga la señal de radiofrecuencia, y esto compararlo con pruebas prácticas, hechas con los dispositivos propuestos. Realizar un óptimo diseño para implementación en el Campus esto, comprobando con distintos puntos de atenuación en función de la distancia en la cual se tomaron muestras.
18 Generalidades Capitulo I: Redes Inalámbricas Una red de área local o WLAN (Wireless LAN) utiliza ondas electromagnéticas (radio e infrarrojo) para enlazar (mediante un adaptador) los equipos conectados a la red, en lugar de los cables coaxiales o de fibra óptica que se utilizan en las LAN convencionales cableadas (Ethernet, Token Ring,...). Fig Unión Wireless entre PC convencional y notebook Las redes locales inalámbricas más que una sustitución de las LANs convencionales son una extensión de las mismas, ya que permite el intercambio de información entre los distintos medios en una forma transparente al usuario. En este sentido el objetivo fundamental de las redes WLAN es el de proporcionar las facilidades no disponibles en los sistemas cableados y formar una red total donde coexistan los dos tipos de sistemas. Enlazando los diferentes equipos o terminales móviles asociados a la red. Este hecho proporciona al usuario una gran movilidad sin perder conectividad. El atractivo fundamental de este tipo de redes es la facilidad de instalación y el ahorro que supone la supresión del medio de transmisión cableado. Aún así sus prestaciones son menores en lo
19 18 referente a la velocidad de transmisión que se sitúa entre los 2 y los 10 Mbps frente a los 10 y hasta los 100 Mbps ofrecidos por una red convencional. Las redes inalámbricas son la alternativa ideal para hacer llegar una red tradicional a lugares donde el cableado no lo permite. En general las WLAN se utilizan como complemento de las redes fijas. 1.2 Orígenes El origen de las LAN inalámbricas (WLAN) se remonta a la publicación en 1979 de los resultados de un experimento realizado por ingenieros de IBM en Suiza consistente en utilizar enlaces infrarrojos para crear una red local en una fábrica. Estos resultados, pueden considerarse como el punto de partida en la línea evolutiva de esta tecnología. Las investigaciones siguieron adelante tanto con infrarrojos como con microondas,. En mayo de 1985 el FCC3 (Federal Communications Comission) asignó las bandas IMS4 (Industrial, Scientific and Medical) MHz, 2,400-2,4835 GHz, 5,725-5,850 GHz a las redes inalámbricas basadas en spread spectrum. La asignación de una banda de frecuencias propició una mayor actividad en el seno de la industria: ese respaldo hizo que las WLAN empezaran a dejar ya el laboratorio para iniciar el camino hacia el mercado. Desde 1985 hasta 1990 se siguió trabajando ya más en la fase de desarrollo, hasta que en mayo de 1991 se publicaron varios trabajos referentes a WLAN operativas que superaban la velocidad de 1 Mbps, el mínimo establecido por el IEEE 802 para que la red sea considerada realmente una LAN. Hasta ese momento las WLAN habían tenido una aceptación marginal en el mercado por dos razones fundamentales: falta de un estándar y los precios elevados de una solución inalámbrica. Sin embargo, se viene produciendo estos últimos años un crecimiento explosivo en este mercado (de hasta un 100% anual). Y esto es debido a distintas razones: El desarrollo del mercado de los equipos portátiles y de las comunicaciones móviles. La conclusión de la norma IEEE para redes de área local inalámbricas que ha establecido un punto de referencia y ha mejorado en muchos aspectos de estas redes.
20 Ámbito de aplicación Las aplicaciones más típicas de las redes de área local que podemos encontrar actualmente son las siguientes: Implementación de redes de área local en edificios históricos de difícil acceso y en general en entornos donde la solución cableada es inviable. Posibilidad de reconfiguración de la topología de la red sin añadir costes adicionales. Esta solución es muy típica en entornos cambiantes que necesitan una estructura de red flexible que se adapte a estos cambios. Redes locales para situaciones de emergencia o congestión de la red cableada. Estas redes permiten el acceso a la información mientras el usuario se encuentra en movimiento. Generación de grupos de trabajo eventuales y reuniones ad-hoc. En estos casos no valdría la pena instalar una red cableada. Con la solución inalámbrica es viable implementar una red de área local aunque sea para un plazo corto de tiempo. En ambientes industriales con severas condiciones ambientales este tipo de redes sirve para interconectar diferentes dispositivos y máquinas. Interconexión de redes de área local que se encuentran en lugares físicos distintos. Por ejemplo, se puede utilizar una red de área local inalámbrica para interconectar dos o más redes de área local cableada situadas en dos edificios distintos.
21 Asignaciones Básicas en Radiofrecuencia. Aunque existen dos tipos de tecnologías que emplean las radiofrecuencias, la banda estrecha y la banda ancha, también conocida espectro ensanchado, ésta última es la que más se utiliza. En mayo de 1985, y tras cuatro años de estudios, el FCC (Federal Communications Comission), la agencia Federal del Gobierno de Estados Unidos encargada de regular y administrar en materia de telecomunicaciones, asignó las bandas IMS (Industrial, Scientific and Medical) MHz, 2,400-2,4835 GHz, 5,725-5,850 GHz a las redes inalámbricas basadas en espectro ensanchado. Entre ellas, el IEEE incluyo en su especificación las frecuencias en torno a 2,4 GHz que se habían convertido ya en el punto de referencia a nivel mundial, la industria se había volcado en ella y está disponible a nivel mundial. La tecnología de espectro ensanchado, utiliza todo el ancho de banda disponible, en lugar de utilizar una portadora para concentrar la energía a su alrededor. Tiene muchas características que le hacen sobresalir sobre otras tecnologías de radiofrecuencias (como la de banda estrecha, que utiliza microondas), ya que, por ejemplo, posee excelentes propiedades en cuanto a inmunidad a interferencias y a sus posibilidades de encriptación. Existen dos tipos de tecnología de espectro ensanchado: Espectro Ensanchado por Secuencia Directa (DSSS) En esta técnica se genera un patrón de bits redundante (señal de chip) para cada uno de los bits que componen la señal. Cuanto mayor sea esta señal, mayor será la resistencia de la señal a las interferencias. El estándar IEEE recomienda un tamaño de 11 bits, pero el óptimo es de 100 bits. En recepción es necesario realizar el proceso inverso para obtener la información original. La secuencia de bits utilizada para modular los bits se conoce como secuencia de Barker (también llamado código de dispersión o PseudoNoise). Es una secuencia rápida diseñada para
22 21 que aparezca aproximadamente la misma cantidad de 1 que de 0. Un ejemplo de esta secuencia es el siguiente: Solo los receptores a los que el emisor haya enviado previamente la secuencia podrán recomponer la señal original. Además, al sustituir cada bit de datos a transmitir, por una secuencia de 11 bits equivalente, aunque de la señal de transmisión se vea afectada por interferencias, el receptor aún puede reconstruir fácilmente la información a partir de la señal recibida. Esta secuencia proporciona 10.4 db de aumento del proceso, el cual reúne los requisitos mínimos para las reglas fijadas por la FCC. Fig. 1.2 Secuencia de Barker para codificación
23 22 Una vez aplicada la señal de chip, el estándar IEEE ha definido dos tipos de modulación para la técnica de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS), la modulación DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) y la modulación DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying), que proporcionan una velocidad de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente. Recientemente el IEEE ha revisado este estándar, y en esta revisión, conocida como b, además de otras mejoras en seguridad, aumenta esta velocidad hasta los 11Mbps, lo que incrementa notablemente el rendimiento de este tipo de redes. En el caso de Estados Unidos y Europa la tecnología DSSS utiliza un rango de frecuencias que va desde los 2,4 GHz hasta los 2,4835 GHz, lo que permite tener un ancho de banda total de 83,5 MHz. Este ancho de banda se subdivide en canales de 5 MHz, lo que hace un total de 14 canales independientes. Cada país esta autorizado a utilizar un subconjunto de estos canales. En el caso de España se utilizan los canales 10 y 11, que corresponden a una frecuencia central de 2,457 GHz y 2,462 GHz. En configuraciones donde existan mas de una celda, estas pueden operar simultáneamente y sin interferencias siempre y cuando la diferencia entre las frecuencias centrales de las distintas celdas sea de al menos 30 MHz, lo que reduce a tres el número de canales independientes y funcionando simultáneamente en el ancho de banda total de 83,5 MHz. Esta independencia entre canales nos permite aumentar la capacidad del sistema de forma lineal.
24 23 La técnica de DSSS podría compararse con una multiplexación en frecuencia. Tabla Rango de frecuencias asignados en cada país Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) La tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS) consiste en transmitir una parte de la información en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada dwell time e inferior a 400 ms. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisión y se sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo. Fig. 1.3 Ejemplo de Cambio de frecuencias
25 24 El orden en los saltos en frecuencia se determina según una secuencia pseudoaleatoria almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el receptor deben conocer. Si se mantiene la sincronización en los saltos de frecuencias se consigue que aunque en el tiempo se cambie de canal físico, a nivel lógico se mantiene un solo canal por el que se realiza la comunicación. Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno. El número de saltos por segundo es regulado por cada país, así, por ejemplo, Estados Unidos fija una tasa mínima de saltos de 2.5 por segundo. El estándar IEEE define la modulación aplicable en este caso. Se utiliza la modulación en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying), con una velocidad de 1Mbps ampliable a 2Mbps. En la revisión del estándar, la b, esta velocidad también ha aumentado a 11Mbps. La técnica FHSS seria equivalente a una multiplexación en frecuencia. Tabla 1.2 Rango de Frecuencias utilizadas en cada área geográfica
26 IEEE Esta es la norma original, actualmente no implementada en productos comerciales. Fue ratificada en julio de El ancho de banda máximo que alcanza es de hasta 2 Mbps. Funciona en el espectro de 2,4 GHz sin necesidad de licencia (también referido como banda de ISM, Industry Science and Medical) con sistemas de modulación FHSS y DSSS. Carece de implementaciones comerciales a El IEEE ratificó en julio de 1999 el estándar a (los productos comerciales comienzan a aparecer a mediados de 2002), que con una modulación QAM-64 y con codificación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) alcanza una velocidad máxima de 54 Mbps en la banda de 5 GHz, menos congestionada y con menos interferencias, pero con un alcance limitado a 50 metros, lo que implica tener que montar más puntos de acceso que si se utilizase b para cubrir la mismo área, con el coste adicional que ello supone. La banda de 5 GHz que utiliza se denomina UNII (Infraestructura de Información Nacional sin Licencia), que en los Estados Unidos está regulada por la FCC, a la que se ha asignado un total de 300 MHz, cuatro veces más de lo que tiene la banda ISM, para uso sin licencia, en tres bloques de 100 MHz, siendo en el primero la potencia máxima de 50 mw, en el segundo de 250 mw, y en el tercero puede llegar hasta 1 W, por lo que se reserva para aplicaciones en el exterior. Desafortunadamente, esta especificación normalmente es completamente incompatible con los productos de b, ya que no utilizan el mismo rango de frecuencias.
27 b redes Conocido como Wi-Fi, fue ratificado en septiembre 1999 y es el estándar principal de inalámbricas. Alcanza una velocidad de 11 Mbps estandarizada por el IEEE. Opera dentro de la banda ISM 2,4 GHz para la cual no es necesaria licencia alguna. Emplea modulación DSSS e inicialmente se soportan hasta 32 usuarios por punto de acceso (AP). Este estándar trabaja con niveles de potencia emitida próximos a los 100 mw. Adolece de varios de los inconvenientes que tiene el a como son la falta de QoS, además de otros como la masificación en la banda, pues a 2,4 GHz funcionan teléfonos, teclados y ratones inalámbricos, hornos microondas, dispositivos Bluetooth todos ellos fuentes potenciales de interferencias. A pesar de las desventajas, los productos basados en b ganaron la aceptación masiva del mercado como los primeros productos de red inalámbrica con velocidad aceptable, bajo coste y compatibilidad universal al ser certificados por la Wi-Fi Alliance. Más del 95% de la infraestructura WLAN disponible en 2005 incluía ya productos IEEE b g Es la tercera norma WLAN de IEEE , capaz de transmitir a velocidades de hasta 54 Mbps. a la par que mantiene la compatibilidad con dispositivos b. Utiliza la misma banda de frecuencias que esta última y modulaciones tanto DSSS como OFDM. Idénticamente, los niveles de potencia emitida son próximos a los 100 mw. A medida que la distancia al punto de acceso aumenta, los productos IEEE proporcionan reducción de la tasa de transmisión para mantener una conectividad confiable. Dado que comparte la misma banda de frecuencias, la norma g tiene las mismas características de propagación que b, con lo que las implementaciones de ambas proporcionan prácticamente el mismo rango de alcance a una misma tasa.
28 27 Por el contrario, las señales radioeléctricas en la banda de 5 GHz tienen peores características de propagación, con lo que el rango de cobertura suele estar más limitado. En la Figura 1.4 se ilustran las diferentes tasas de transmisión esperadas a distintos rangos. Fig. 1.4 Relación de alcance y velocidad en las distintas normas IEEE Principalmente por estas características, y a pesar de existir tecnologías competidoras como HIPERLAN de ETSI, Wi-Fi ha copado en muy poco tiempo dos de los nichos de mercado para los cuales fue inicialmente diseñado: las redes de área local en el ámbito de oficina y las sencillas interconexiones domésticas para el acceso a Internet de banda ancha. La popularización de Internet y el avance de la Sociedad de la Información han fomentado la aparición de un nuevo mercado, el de los llamados Hotspots: lugares de ámbito público con acceso a Internet disponible vía Wi-Fi, normalmente ofertado a través de acuerdos comerciales con operadores de telecomunicaciones. Estos despliegues han sido en su mayoría y hasta el momento- carentes de una planificación global, y tienden a ignorar celdas cercanas de terceros o incluso del mismo operador.
29 28 En aras de posibilitar una planificación de red robusta y mejorar la escalabilidad de los despliegues, se han propuesto distintas soluciones que perfeccionan la operación de e El objetivo de este estándar es proporcionar soporte de calidad de servicio (QoS) para ciertas aplicaciones como datos, voz y video que suelen existir en las redes LAN. Se aplicará a los estándares físicos a, b y g de Este estándar hará que las redes inalámbricas VoIP sean una elección real para los administradores de redes. En septiembre de 2002 la Wi-Fi Alliance certificó los productos que utilizan un subconjunto de IEEE e denominado WME (Wireless Media Extensions) para mejorar la calidad del servicio. WME identifica paquetes de voz, vídeo, audio u otros tipos de datos y prioriza su reparto dependiendo de las condiciones del tráfico. Por ejemplo, los vídeos transmitidos a través de redes inalámbricas se resienten si los paquetes se retrasan o se pierden, por lo que a este tipo de datos se les da prioridad sobre otros que viajen por la misma red. Por otra parte, el estándar e íntegro incluye una tecnología adicional denominada WSM (Wi-Fi Scheduled Media). WSM asigna parte del ancho de banda para diferentes tipos de datos inalámbricos e incrementa el ancho de banda necesario para las aplicaciones de vídeo y voz i Conjunto de referencias en el que se apoyarán el resto de los estándares, en especial el estándar a. El i supone la solución al problema de autenticación al nivel de la capa de acceso al medio, pues sin ésta, es posible crear ataques a los usuarios de los sistemas operativos (DoS), entre otros. El vulnerable protocolo WEP (mecanismo de seguridad) fue sustituido por WPA (otro mecanismo de seguridad) basado en el algoritmo de cifrado TKIP, que meses más tarde también resultó tener importantes carencias. Esta nueva especificación utiliza el algoritmo de cifrado AES (Advanced Encryption Standard), un mecanismo extremadamente seguro que mereció en su día la aprobación del Instituto NIST (National Institute of Standards and Technology). WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) se basa en el estándar IEEE802.11i, y como tal constituye la propuesta de la Wi-Fi Alliance para un mercado muy convulsionado por las
30 29 muchas vulnerabilidades descubiertas en los protocolos de seguridad utilizados en las redes inalámbricas hasta la fecha. Por supuesto, esta nueva versión es compatible con WPA. No cabe duda de que la llegada de i debe ser acogida por todos con entusiasmo debido al elevado nivel de seguridad que ofrece. Aun así, es necesario tener en cuenta que el algoritmo de cifrado AES requiere unas condiciones y una exigencia al hardware bastante alta, lo que significa que algunas tarjetas de red inalámbricas antiguas no serán capaces de satisfacer los requisitos de este estándar f Ratificado en 2003, su objetivo es lograr la interoperabilidad inalámbrica en puntos de acceso de distintos fabricantes desplegados. El estándar define tanto un registro de APs dentro de la WLAN como el intercambio de información entre ellos cuando un usuario se transfiere desde un AP a otro. El protocolo de comunicación entre los puntos de acceso se denomina Inter Access Point Protocol (IAPP). Este protocolo especifica qué información tienen que intercambiar los puntos de acceso y las entidades de gestión de las capas superiores para soportar las funciones que define el sobre DS h Su objetivo original fue cumplir los reglamentos europeos para redes WLAN en la banda de 5 GHz, que exigen a los productos control de la potencia de transmisión (TPC) y selección de frecuencia dinámica (DFS). El control TPC limita la potencia transmitida al mínimo necesario para alcanzar al usuario más lejano. DFS selecciona automáticamente el canal de radio en el punto de acceso para reducir al mínimo la interferencia con otros sistemas, en particular el radar. Otro tipo de soluciones y normas buscan potenciar el establecimiento de radioenlaces Wi- Fi; una de las más importantes en esta línea es WDS (Wireless Distribution System o Sistema de Distribución Inalámbrico), que permite la interconexión de puntos de acceso de manera inalámbrica. Haciendo uso de este sistema es posible por tanto expandir una red inalámbrica compuesta por varios AP sin necesidad de establecer conexiones cableadas entre los mismos.
31 30 Existen sin embargo limitaciones inherentes a WDS relativas a la seguridad y flexibilidad de las comunicaciones, puesto que los enlaces radio entre los puntos de acceso han de compartir un mismo canal, causa de interferencias y degradación del throughput. Además, estos enlaces son predefinidos manualmente para una permanencia estacionaria. Se requieren nuevas técnicas si se desea que la interconexión entre equipos sea dinámica y tolerante a fallos. En este sentido, las redes móviles ad hoc y las tecnologías mesh inalámbricas o mesh networking son un área muy activa de investigación y desarrollo. Fig. 1.5 Resumen estándares capa física Fig. 1.6 Estándares de configuración
32 Redes Mesh Definición Las denominadas redes mesh inalámbricas son redes con una topología peer-to-peer de múltiples saltos en las cuales los nodos participantes se comunican a través de conexiones redundantes, cooperando los unos con los otros para enviar y recibir paquetes. Entre las mejoras introducidas por esta nueva tecnología se cuentan la capacidad de configurar dinámicamente enlaces inalámbricos y establecer nuevas topologías de red en el tiempo, de manera que se recuperan frente a fallos automáticamente y posibilitan balancear el tráfico. Fig. 1.7 Red mesh y red de hub tradicional. Las redes mesh inalámbricas con posibilidad de múltiples saltos tienen las siguientes características: Capaces de Crecer Orgánicamente Los protocolos de última generación mesh son capaces de descubrir nuevos nodos, admitiéndolos en la comunidad ya existente y regenerando nuevas tablas de encaminamiento según el escenario reciente; todas las soluciones propietarias y el futuro estándar contemplan la actuación sobre diversas capas del modelo OSI a fin de mantener encaminamientos coherentes y robustos, por lo que no es necesaria la configuración manual de los equipos.
33 No requieren soporte de infraestructura A diferencia de las soluciones inalámbricas tradicionales como WDS, las redes mesh permiten flexibilidad de la arquitectura y ahorran tiempo y costo del despliegue. Las redes malladas pueden emular allí donde sea necesario redes ad-hoc robustas, eliminando tecnologías portadoras adicionales en la agregación ascendente del tráfico Son tolerantes a la caída de enlaces y/o nodos Si un nodo se desconecta de la topología, sus vecinos se percatan de la incidencia y propagan la información a todos los integrantes de la red, que regenera en su conjunto una topología adecuada. Asimismo, cuando los enlaces entre nodos sufren desvanecimientos o una baja relación señal a ruido, los puntos que establecen dicha comunicación buscan trayectos alternativos y se asocian a otros nodos vecinos Gestión distribuida Las redes mesh actuales disponen de puntos de acceso con funcionalidades avanzadas e inteligencia de red. Permiten establecer políticas de tráfico en los enlaces mallados y gestión de nodos asociados. De la misma manera, facilitan la integración con infraestructura de red existente en el backbone y con otras redes de acceso Alta Capacidad Están consideradas como la siguiente generación de redes inalámbricas por mantener las características de acceso en banda ancha a la vez que añaden nuevas funcionalidades. Al mejorar el área de despliegue se las WLAN tradicionales soportan una densidad alta de terminales cliente asociados con accesos de alta capacidad, lo que les permite ser aplicadas en despliegues de red en entornos campus y municipales. Permiten técnicas de diversidad espacial y gestión de potencias para optimizar la cobertura y reducir las interferencias, provocando un aumento del rendimiento respecto a Wi-Fi.
34 Seguridad e Identidad La mayoría de las soluciones ofrecen algoritmos de cifrado para el tráfico de los enlaces de backhaul mesh, de hecho, muchos protocolos de enrutamiento mesh son compatibles con las tecnologías de seguridad heredadas de las WLAN tradicionales. Adicionalmente, el grupo de trabajo del estándar IEEE s esta trabajando sobre la base de la norma IEEE i para proveer mecanismos de seguridad tanto distribuidos como centralizados, enlace a enlace, permitiendo que la información de enrutamiento pueda ser autenticada. En este sentido, la propuesta actual de mesh contempla la posibilidad de un despliegue en el que los nodos mesh realicen la función de backbone y otros nodos móviles no aptos para el enrutamiento se comuniquen entre si a través de dicha infraestructura, incluso cuando las distancias que los separan son de varios kilómetros. Dicha configuración es actualmente costosa y difícil de aplicar en WLAN tradicionales, donde la poca flexibilidad del estándar implica procesos de instalación adicionales y replanteos radio complejos. Por tanto, para el despliegue de backhauls inalámbricos en redes WLAN de segunda generación, es necesario recurrir a las tecnologías mesh si se desea obtener la flexibilidad, redundancia y calidad de servicio característicos de las redes de telecomunicaciones. Fig. 1.8 Red Wi-Fi mesh con backhauls a 5 GHz en entorno metropolitano.
35 34 A diferencia de las redes móviles ad hoc (MANET o Mobile Ad hoc NETworks), en las que los nodos tienen cierta movilidad, los nodos que configuran la arquitectura mesh son fijos o estacionarios, aunque existen líneas de investigación dispuestas a modificar esta característica. Consecuentemente, las redes malladas no requieren soporte de infraestructura y son en sí mismas tolerantes a fallos, permitiendo la gestión distribuida; particularidades todas ellas que las convierten en potencialmente aptas para despliegues, tanto de operador de telecomunicaciones como de organización independiente. El balance de capacidad planteado en la propuesta del estándar se realiza mediante técnicas de diversidad espacial y control de potencia, por lo que el número de puntos de acceso mesh resulta trascendente. La razón es que un exceso de nodos puede afectar al ancho de banda compartido, debido a la interferencia potencial; por el contrario, una reducción drástica en el número de equipos mesh dificultará el mantenimiento de las rutas, posibilitando mayor cantidad de desconexiones. Fig. 1.9 Red municipal local
36 Nuevas aplicaciones y escenarios Los estudios de mercado y workshops llevados a cabo por expertos de industria destacan algunos escenarios conceptuales directamente aplicables a las nuevas WLAN Mesh. Acceso a Internet de banda ancha Los despliegues de redes de acceso con infraestructura cableada (última milla y nodos finales) resultan en muchas ocasiones impracticables en términos de costes en zonas rurales y suburbios metropolitanos. Los operadores encuentran las siguientes barreras de inversión en estos casos: Coste capital del equipamiento. Operación y mantenimiento de un número elevado de nodos. Despliegue de cableado en terrenos no urbanizados y de larga distancia. Implicaciones políticas, sociales y territoriales (negociación, conflictos, licencias ). Fig Funcionamiento general de diseño de red A pesar de que las redes inalámbricas disminuyen considerablemente el coste de inversión en la última milla de los operadores y proveedores de acceso a Internet, hasta ahora introducían una nueva problemática añadida, relacionada con el rango de cobertura, la disponibilidad espectral y los costes de nuevo equipamiento, entre otros.
37 36 Las redes mesh solucionan esta situación bloqueante mejorando tanto el ancho de banda como los alcances mediante radioenlaces más cortos y mayor densidad. Asimismo, obtienen unos niveles aceptables en coste y mantenimiento ya que se basan en estándares commodity. Configuración tipo mesh comunitaria Potenciando la idea de mejorar las comunidades de vecinos y áreas poblacionales más desfavorecidas a través de la tecnología, varias universidades, administraciones y consorcios están llevando a cabo proyectos de acceso a Internet de bajo coste, vigilancia contra la delincuencia y redes de información vecinal mediante redes mesh. Fig Red Hibrida Mesh con aplicación cableada
38 37 Red Mesh comunitaria compartiendo accesos. Las redes mesh aportan nuevos valores a este escenario, permitiendo las siguientes aplicaciones: Acceso a Internet compartido. Redundancia distribuida. Vigilancia y seguridad vecinal (videocámaras). Compartición de contenidos multimedia (vecindad de DVRs). Respuesta médica y de emergencia. ebay vecinal (venta y mercadillo). Tablón de anuncios virtual.
39 38 2. CAPITULO II: PROPAGACION EN RADIOFRECUENCIA 2.1 Tipos de antenas En el trabajo realizado se utilizarán dos tipos importantes de antenas las cuales detallaremos su funcionamiento y tipo de propagación, estas son las Antenas omnidireccionales y las antenas Direccionales. Además se explicará un caso de mucho interés lo que son las Antenas Parabólicas Antenas Omnidireccionales Definición Se define una antena Omnidireccional como aquella que es capaz de radiar energía prácticamente en todas direcciones Antena Isotrópica Para explicar mejor de qué se trata he hecho este esquema que intenta ser un diagrama de radiación de la antena. Un diagrama de radiación sirve para determinar la energía radiada en cada dirección del espacio. Si analizamos esta antena veremos que en los planos verticales (x, z) e (y, z) la cantidad de energía radiada es exactamente la misma en todas las direcciones. Tenemos lo mismo para el plano horizontal (x, y). Esto nos indica que esta antena podrá enviar o recibir señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté. Esta antena recibe el nombre de antena isotrópica.
40 39 Fig Gráfico de propagación isotropico en función de los ejes x, y, z Antena Omnidireccional real El uso habitual hace que una antena omnidireccional no emita exactamente en todas direcciones, sino que tiene una zona donde irradia energía por igual (por ejemplo el plano horizontal). Por ejemplo no nos puede interesar emitir o recibir señal de la parte que está exactamente encima de la antena, imaginémonos la antena de radio de un auto particular, difícilmente tendremos la fuente de señal exactamente encima de la antena, así que favorecemos la emisión o recepción en otras direcciones (como puede ser el plano horizontal) en detrimento de otras (el plano vertical). Nos puede parecer una frivolidad despreciar un rango tan grande de direcciones, pero si tenemos en cuenta la distancia entre la antena emisora y nuestra antena receptora nos daremos cuenta que el ángulo respecto al plano horizontal de la antena es muy pequeño. Debemos tener en cuenta también que en el plano horizontal sí que el comportamiento es totalmente omnidireccional. En el siguiente esquema podemos observar este comportamiento,
41 40 fijémonos que la cantidad de señal enviada en dirección z es 0, en cambio la que se envía en las direcciones x e y es máxima, y entre los dos límites hay una graduación. Fig Gráfico de Propagación Radial en función de los ejes x, y, z
42 41 Podríamos determinar la cantidad de energía en un ángulo de 45º sobre la vertical trazando una línea en el gráfico y determinando la longitud del vector respecto del máximo (si el gráfico está normalizado el máximo siempre será 1). Lo vemos en la próxima figura. Fig Propagación omnidireccional real en función de los ejes X, Z Antena direccional Definición Las antenas direccionales son aquellas que han sido concebidas y construidas para favorecer que la mayor parte de la energía sea radiada en una dirección en concreto. Puede darse el caso en que se desee emitir en varias direcciones, pero siempre estaremos hablando de un número de direcciones determinado donde se encontrarán el lóbulo principal y los secundarios Antena direccional normal Con las antenas direccionales descubrimos el término de lóbulo principal, se trata de la dirección donde se proyectará la mayor parte de la energía. Como es imposible hacer una antena que radie en una sola dirección nos interesará saber qué rango de direcciones (o abertura) recibirá el mayor porcentaje de energía. Nos interesará que el lóbulo principal sea lo más estrecho posible, así ganamos en direccionalidad, pero esto repercute directamente en el coste económico de la antena. También tendremos, por el simple hecho de trabajar en un medio físico no ideal, se incluiran un número determinado de lóbulos secundarios. Estos lóbulos proyectarán energía en direcciones
43 42 que no son la deseada, o en caso de recepción nos captarán señales que no provienen directamente de nuestra fuente, captando ecos y reflexiones o interferencias de otras fuentes. Normalmente nos interesará una relación entre el lóbulo principal y los secundarios lo más grande posible. Para entender como puede afectar eso usaremos el ejemplo de antena direccional que más hemos visto: la antena de recepción de televisión del techo de nuestra casa. Fig Antena yagi para recepción de RF Esta antena se compone de una barra con unas espinas horizontales. La disposición de esas espinas se debe a la polarización de la señal, en Inglaterra por ejemplo son verticales, esto depende de cómo se emite la señal. La barra central se encarga de recibir la señal, esta barra apunta directamente al repetidor de televisión más próximo, cuanto más alineada está la antena con el repetidor mejor es la calidad de la señal que recibimos, entonces tenemos el lóbulo principal apuntando directamente al repetidor. La antena también puede recibir señal desde la parte de atrás, imaginemos, por ejemplo en medio de una ciudad donde nuestra antena apunta al repetidor pero detrás tenemos un edificio que nos refleja la señal y nos la devuelve a la antena, como esta señal habrá recorrido una distancia mayor que el señal que nos llega directamente por la parte de delante de la antena, la nueva señal no coincidirá del todo con el original, así se nos formará el molesto efecto de imagen doble. Una buena manera de solucionar este problema es
44 43 haciendo que la señal reflejada sea muy débil respecto a la original, y esto se consigue consiguiendo una relación muy alta entre el lóbulo principal (delante) y el lóbulo secundario (detrás), claro que para esto deberemos comprar dispositivos mas costosos para una antena de mejor calidad. Fig. 2.5 Gráfico de propagación direccional en función de los ejes x, y,x
45 44 Otra de las finalidades de las antenas direccionales es la confidencialidad. Si difundimos nuestra información en todas direcciones cuando realmente sólo queremos llegar a un punto corremos más peligro de que nuestros datos confidenciales puedan ser captados por alguien que no nos interesa. Otra aplicación importante es para evitar la saturación de frecuencias, ya que si usamos una frecuencia en un camino muy recto entre dos antenas direccionales lo que conseguimos es dejar el resto de espacio disponible para usar esa misma frecuencia Antena Direccional Parabólica Un caso especial dentro de las antenas direccionales son las antenas parabólicas. Su topología las hace muy adecuadas para una gran direccionalidad y para evitar la debilitación de la señal en la distancia. Usando un reflector con forma parabólica conseguimos que la señal que se radia de forma radial pase a ser una onda plana, así desaparece la dispersión de la energía en la distancia. Recordemos que para cualquier antena la atenuación de la señal es de 1/r² además de la atenuación propia del aire. Con una onda plana la energía sólo tiene la atenuación del aire que es muy leve. Fig Transmisión de onda plana en antena parabólica
46 Zona de Fresnel La zona de Fresnel es una zona de despeje adicional que se debe tener en consideración en un enlace microonda punto a punto, además de la visibilidad directa entre las dos antenas. Este factor deriva de la teoría de ondas electromagnéticas, respecto de la expansión de las mismas al viajar en el espacio libre. Esta expansión resulta en reflexiones y cambios de fase al pasar sobre un obstáculo. El resultado es un aumento o disminución en el nivel de intensidad de la señal recibida. La zona Fresnel se puede calcular y debe ser tomada en cuenta cuando se diseña un enlace inalámbrico que se considere de larga distancia. Además se debe tomar en consideración la curvatura de la tierra como una de las posibles obstrucciones, es por ello que se recomienda utilizar el 70% o más, en lugar del original 60% de la primera zona de Fresnel, a fin de minimizar este efecto. Para establecer las zonas de Fresnel primero debemos determinar la línea de vista, que en términos simples es una línea recta entre la antena transmisora y la receptora. Ahora la zona que rodea el LOS son las zonas de Fresnel. La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel se muestra en la siguiente expresión Donde: Fórmula para el cálculo del radio de la enésima zona de Fresnel. rn: es el radio de la enésima zona de Fresnel [m]. d1: es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km]. d2: es la distancia desde el objeto al receptor en [Km]. d: es la distancia total del enlace en [Km]. f: es la frecuencia en [MHz].
47 46 Fig. 2.7 Diagrama explicativo de las zonas de Fresnel. n: es el valor de la primera zona de Fresnel y se le asigna el valor de 1 solamente ya que solo se ulitizarán cálculos ahí, el resto de los datos son todos variables.
48 Teoría de Propagación en Radiofrecuencia El modelado y predicción de la forma en que las ondas electromagnéticas se propagan constituyen un campo de gran interés para el diseño de redes de comunicaciones inalámbricas. Un modelo de propagación es una ecuación normalmente dada en db (decibeles) que trata de calcular y describir las pérdidas de una señal en determinado ambiente de propagación. En gran parte de las predicciones para un diseño son los datos tomados de la realidad que se mezclan con datos estadísticos y en algunos casos teóricos, gracias a esto se logra una descripción de la forma en que las ondas se propagan. Durante varios años se ha buscado el modelo que describa correctamente la propagación de ondas, pero al pasar de los años, diversos modelos se han propuestos y se han llegado a diseñar modelos específicos para ambientes específicos, frecuencias especificas y aplicaciones especificas. La utilidad específica de los modelos esta en predecir la potencia de la señal que se transmite y que se recibe a determinada distancia, aunque también se toma en cuenta las variaciones de la potencia en el punto receptor Modelos de Propagación. Se pueden clasificar a los modelos de propagación en tres grandes tipos, el primero de ellos son los llamados modelos de gran escala o Large Scale Models, este tipo de modelos nos ayuda a predecir perdidas cuando el transmisor y el receptor se encuentran a una distancia grande. El segundo tipo de modelos son los de pequeña escala o Small Scale Models, los cuales posteriormente se trabajara prácticamente, este tipo de modelos son útiles para distancias cortas y cuando se desea una predicción de los rápidos cambios en la intensidad de la potencia. El tercer tipo de modelo son los llamados Indoor Propagation Models, este tipo de modelo describe o predice las perdidas dentro de construcciones e interiores.
49 Modelo para propagación en ambientes abiertos. El tipo de enfoque de estos modelos está condicionado a la casi nula existencia de obstáculos para la propagación de las ondas electromagnéticas, estos modelos surgen por la necesidad de modelar una zona geográfica de terreno irregular, pero con el menor número de obstáculos para así lograr la predicción de las pérdidas que se tienen en el camino hacia el móvil, este tipo de modelos a pesar de llegar a ser de los más sencillos que existen no deben de dejar de tomar en cuenta ciertos parámetros para sus cálculos Modelando la zona de cobertura Para poder crear un modelo de zona de cobertura se debe tomar en cuenta la existencia de obstáculos (árboles, edificios, montañas). En los sistemas de comunicación la transmisión de señales frecuentemente se lleva a cabo sobre terrenos irregulares, por lo tanto, es necesario tomar en cuenta el perfil del terreno de un área para calcular las perdidas por trayectoria, así como los obstáculos, maleza, árboles, edificios, etc. Existen varios modelos de propagación que tratan de predecir las perdidas por trayectoria. - Longley-Rice (ITS, Irregular Terrain Model). - Durkin (Edwards, Durkin, Dadson). - Okumura. - Hata. - PCS extensión to Hata Model. - Walfish & Bertoni. - Wideband PCS Microcell Model. - Walfish-Ikegami. - Knife-Edge diffraction Model. - Radar Cross Section Model. - Three-Ray Multipath Dispersive Fading Channel Model (incluye una señal refractada de la atmósfera).
50 Modelos de Propagación para ambientes Urbanos. Para la propagación en ambientes urbanos se tienen diferentes obstáculos con lo que los parámetros a tomar en cuenta son mucho más que en un modelo para espacios abiertos, los modelos para ambientes urbanos son de gran interés en la época actual, ya que para telefonía móvil, es necesaria una descripción del comportamiento de la propagación en las grandes urbes. Actualmente la telefonía celular tiene un gran auge con lo que este tipo de modelos marca la diferencia en el diseño de la cobertura en zonas urbanas, el crecimiento de las comunicaciones inalámbricas y con esto las redes del mismo tipo también marcan otro aspecto importante a tomar en cuenta para tener una buena predicción de la propagación de las señales. Las investigaciones para hacer este tipo de modelos se iniciaron desde hace varios años, las primeras investigaciones se hicieron por Okumura en Japón, el método que utilizó Okumura requirió de un gran esfuerzo en su tiempo, ya que requería de interpretación de gráficas creadas a partir de mediciones hechas en su país. La persona que continuo con las investigaciones de Okumura fue el investigador Masaharu Hata, el logró modelar las gráficas tomadas por Okumara y con esto logro realizar las ecuaciones del modelo que actualmente se conoce con los apellidos de estos dos personajes Modelo de Okumura. Este modelo es uno de los más utilizados para la predicción dentro de ambientes urbanos, es aplicable para frecuencias que van de los 150Mhz a los 1920Mhz, por lo que se encuentra dentro de las bandas VHF y UHF, pero también se está utilizando en frecuencias superiores a los 3000Mhz y para distancias que van de 1Km hasta los 100 Km. Los rangos para la altura de las antenas para telefonía celular van de los 30m a los 100m. L50(dB) = LF + Amu - G (hte)- G (hre)- GAREA
51 50 Donde: L50(dB): es la atenuación mediana por trayectoria en decibeles. LF: es la atenuación por el espacio libre. Amu(f,d): es la atenuación Relativa Promedio(curvas). G(htx): Ganancia de la altura de la antena de Tx. G(hrx): Ganancia de la altura de la antena Rx. GAREA: es la ganancia debida al tipo ambiente. Okumura encontró que G(hte) tiene una variación de pérdidas de 20dB/década y que G(hre) tiene una variación de 10dB/década para alturas menores de 3m. G (hte)= 20 Log (hte/200) para 30 m< hte< 1000 m G (hre)= 10 Log (hre/3) para hre < 3 m G (hre)= 20 Log (hre/3) para 3 m < hre < 10 m Fig Curvas de las mediciones realizadas por Okumura
52 51 Muestra las gráficas de las mediciones a partir de la cuales se logró concretar el modelo de Okumura, el cual no es un modelo analítico, este es un modelo bastante simple y además de esto adecuado para calcular las pérdidas para sistemas celulares y sistemas de radio terrestre en ambientes poblados Modelo Okumura-Hata Este es un tipo de modelo empírico, que se basa en los datos de las pérdidas de propagación provistos por Okumura y es válido para el rango de frecuencias VHF y UHF pero dentro de los límites de los 150Mhz hasta los 1500Mhz. Las pérdidas en un área urbana fueron presentadas en una fórmula general para un ambiente urbano, sin embargo existen caracterizaciones de esta ecuación para distintos ambientes. L50(urbano)(dB) = log fc log hte - a(hre)+ ( log hte) log d Se deben de tomar en cuenta ciertas restricciones como: 150Mhz<fc<1500Mhz 30m<hte<200m 1m<hre<10m Con respecto a las variables de la ecuación se puede notar que son las mismas que para el modelo Okumura. fc: es la frecuencia portadora en Mhz. hte: es la altura de la antena transmisora en metros para un rango que va de 30m a 200m. hre: es la altura de la antena receptora en metros para un rango que va de 1m a 10m. a(hre): es el factor de corrección por la altura efectiva del móvil que es función del tipo de área de servicio. d: es la distancia entre el transmisor y el receptor en Kilómetros.
53 52 La única nueva variable incluida en este modelo es la del factor de corrección por altura efectiva del móvil a(hre), este factor es dependiente de la zona de cobertura. Se pueden definir diferentes valores de a(hre) para diferentes ambientes de propagación. El valor de a(hre) para ciudades pequeñas y medianas es: a(hre) = (1.1 log fc -0.7) a(hre) - ( 1.56 log fc 0.8) db Para un ambiente suburbano la ecuación para calcular a(hre) es: L(dB) = L50(urbano) 2[ log (fc/28)]2 5.4 Para áreas rurales se utiliza la siguiente ecuación para encontrar el valor de a(hre) L(dB) = L50(urbano) 4.78(log fc) log fc Para ciudades grandes se utilizan diferentes ecuaciones dependiendo del valor de la frecuencia. a(hre) = 8.29(log 1.54 hre) db para fc < 300 Mhz a(hre) = 3.2(log 11.7 hre) db para fc > 300 Mhz La categoría de gran ciudad usada en el modelo de Hata implica edificios más grandes de 15 m. Para el caso de los 850 MHz la pérdida promedio se expresa en la ecuación. L(dB) = log fc log hte -a(hre)+ ( log h te ) log d
54 53 3. CAPITULO III: NORMATIVA LEGAL EN CHILE 3.1 Requisitos Legales Establecidos Para poder realizar pruebas con los dispositivos se deben establecer cuáles son los requerimientos legales para poder plantearse puntos de prueba en distintos lugares que se necesite, para ello toda regulación de Frecuencias en Chile esta normado por la Subsecretaria de Telecomunicaciones (Subtel) que tiene como principales funciones proponer las políticas nacionales en materias de telecomunicaciones, de acuerdo a las directrices del Gobierno, ejercer la dirección y control de su puesta en práctica, supervisar a las empresas públicas y privadas del sector en el país, controlando el cumplimiento de las leyes, reglamentos y normas pertinentes Especificaciones En la banda de 900 MHz. se asigna caso a caso dependiendo de la zona y ocupación del espectro. Hay restricciones de asignación en 2,4 GHz entre la VII y la X Reg. Por lo que se verá si hay disponibilidad dependiendo de la zona y de la solicitud. Se debe señalar el plazo de experimentación y concluida ésta se deberá entregar informe técnico de pruebas a la Subtel. Por lo anterior, es recomendado adjuntar todos los antecedentes solicitados y aquellos que se estime necesarios para complementar la solicitud, indicando claramente la fecha de pruebas y ubicaciones de las instalaciones, ojalá con información de coordenadas geográficas, así como señalar claramente la banda, sub banda o frecuencias que se utilizaran, para el estudio interno en la Subtel.
55 Normativa en Banda de 900 Mhz Requisitos Básicos de Experimentación en banda de 900 Mhz Para los requisitos técnicos debe ser firmado por profesional acreditado. Para requisitos de presentación: Si es persona natural, deberá indicar: Nombre, Rut y dirección. En caso de sociedad deberá indicar: Nombre, Rut, conformación de la sociedad y poderes, y todo lo que respalde a dicha sociedad. Por esto, se debe completar un formulario técnico para entregar en Subsecretaria de Telecomunicaciones, muy parecido al indicado en el Anexo Nº2, teniendo en cuenta que es un enlace punto a punto en la banda de frecuencia señalada. 3.3 Normativa en Banda de 2.4 Ghz La solicitud deberá dar cumplimiento a las disposiciones legales, reglamentarias y técnicas que regulan las telecomunicaciones, en las zonas correspondientes, tanto en la transmisión de datos como en el uso del ancho de banda Requisitos legales específicos en banda de 2.4 Ghz Norma técnica para el Servicio Público de Transmisión de Datos, Resolución Exenta N 345/1989 y modificada por Resolución Exenta N 1677/1999. Norma técnica para el Uso de la Banda de Frecuencias 2.400, ,5 MHz, Resolución Exenta N 746/2004 y sus posteriores modificaciones.
56 Detalle sobre requisitos y restricciones. El servicio público de transmisión de datos podrá ser provisto mediante otras tecnologías y protocolos diferentes del X.25, para lo cual las empresas interesadas en prestar dichos servicios deberán suministrar, en el respectivo proyecto técnico que acompañe a la solicitud de concesión, los antecedentes necesarios que permitan caracterizar la tecnología y el íntegro cumplimiento de los requisitos correspondientes que la ley exija respecto a los servicios públicos de telecomunicaciones, en particular cumplir con lo dispuesto en el artículo 3º letra b) de la ley en cuanto a las interconexiones con otros servicios públicos de telecomunicaciones del mismo tipo. Si en la solicitud de concesión la tecnología no estuviera lo suficientemente caracterizada, la Subsecretaría de Telecomunicaciones podrá requerir a las empresas solicitantes, en forma previa al otorgamiento de la respectiva concesión, los antecedentes complementarios que estime necesarios. Las concesionarias que utilicen la banda de frecuencias de ,5 MHz, la compartirán sin reclamar protección contra interferencia que produzcan otros usuarios de esta banda, debidamente autorizados, y las aplicaciones industriales, científicas y médicas. Además, no deberán interferir a los sistemas autorizados con anterioridad a la fecha de publicación en el Diario Oficial de la Resolución N 746 del 2004, que operen en frecuencias asignadas en carácter exclusivo en las regiones VII, VIII, IX y X. Mientras se encuentren en operación enlaces en la banda ,5 MHz autorizados con anterioridad a la fecha de publicación de esta resolución en el Diario Oficial, con frecuencias exclusivas en las regiones VII, VIII, IX y X, la Subsecretaría podrá autorizar en una determinada zona geográfica, sólo parte de dicha banda o denegar nuevas autorizaciones si existiera probabilidad de interferencia con las antiguas asignaciones exclusivas.
57 Normativa en Banda de 5 Ghz Los requisitos y restricciones respecto a la Norma técnica para el Uso de la Banda de Frecuencias 5.725, ,0 MHz, la encontramos en la resolución exenta N 517/2001 y sus posteriores modificaciones. Las concesionarias que utilicen la banda de frecuencias de MHz, la compartirán sin reclamar protección contra interferencia que produzcan otros usuarios de esta banda, debidamente autorizados, y las aplicaciones industriales, científicas y médicas. Las transmisiones de los equipos de radiocomunicación autorizados, no deben causar interferencias a los equipos de cobro electrónico automático de peaje que operan en la banda MHz, los que tendrán prioridad independientemente de la fecha de su instalación. Por lo tanto, quien provoque interferencias al sistema de cobro electrónico automático de peaje, deberá suspender inmediatamente sus transmisiones hasta subsanar dicha situación, informando a la Subsecretaría de Telecomunicaciones. En caso de eventuales interferencias entre equipos de radiocomunicación autorizados, las respectivas concesionarias deberán coordinarse, directamente entre ellas, para efectos de eliminarlas, informando del resultado a la Subsecretaría de Telecomunicaciones.
58 57 Capitulo IV. Implementación de tecnología 4.1 Soluciones de Mercado Se consultaron algunos Proveedores de dispositivos inalámbricos, de diferentes lugares, todos ellos trabajaban con tecnologías OUTDOOR similares a las empleadas por Netkrom, donde se procedió a averiguar sobre precios y calidad de los dispositivos este estudio se desglosa por cada fabricante los que veremos a continuación Equipamiento Meraki Meraki es un distinguido proveedor de soluciones de red Wi-Fi. Los servicios son fundamentalmente la mejora de la calidad, la rapidez de despliegue, y la economía de la prestación de alta velocidad de acceso inalámbrico a Internet. Existen diversas soluciones Outdoor que ofrece esta empresa, pero existen dos que se acercan más al servicio que se implemento con los dispositivos Netkrom. El primero son puntos de acceso inalámbrico OUTDOOR los cuales se implementan para dar cobertura en áreas verdes, parques, plazuelas, etc., resistente al viento, polvo, lluvia, nieve y sol directo, con un alcance de 100 a 250 metros en exteriores, incluso tienen la posibilidad de conectarles antenas externas que aumentan aún más la señal, y pueden compartir su conexión tanto por WiFi como por Ethernet. La configuración de las estaciones se hace completamente vía web. Este sistema a sido implementado en algunos municipios del país, no solo por su calidad, si no que por su precio, ya que son dispositivos bastante económicos. Meraki Outdoor Fig Indoor/outdoor wireles access point, Gateway, and Repeater
59 58 El segundo son repetidores de acceso inalámbrico OUTDOOR, situados a larga distancia creando puntos de acceso en lugares en que el cableado eléctrico es muy costoso o muy complicado. Para la energización de estos dispositivos se utilizan paneles solares, estos proveen la energía necesaria para inyectar la potencia que necesiten los AP. Así también poseen una batería que mientras exista luz se carga y cuando se oscurezca se activa inyectando energía a los dispositivos. Existe una disponibilidad de energía en función de los lugares en los cuales se piensen instalar los dispositivos. Fig Disponibilidad de energía según el sector en el cual se desee instalar Si se desea implementar dentro de la zona roja, se deben adquirir paneles de 20 Watts de Potencia. Para implementar los dispositivos en la zona naranja se deben adquirir paneles con una potencia de 60 Watts. Para implementar los dispositivos en la zona amarilla se deben utilizar paneles de sobre los 60 Watts de Potencia.
60 59 Fig Panel Solar y Repetidor Wireless A continuación se incluyen los precios de los dispositivos Equipo Contenido Precio 20 Watt Solar Pole Mount Package Meraki Solar Radio Meraki Solar 20W Panel Meraki 20W Pole Mount US$ Watt Solar Pole Mount Package Meraki Solar Radio Meraki Solar 40W Panel Meraki 40W Pole Mount US$1497
61 Equipamiento Cisco Dentro de las LAN Inalámbricas se consulto por alguna tecnología OUTDOOR la cual de puntos de acceso a lugares en que el cableado sea complicado, Cisco ofrece la siguiente solución, ellos poseen el dispositivo Cisco Aironet 1510 Lightweight Outdoor Mesh Access Point, el cual trabaja a doble banda Wi-Fi (2.4 Ghz) y Enlace (5 Ghz) Fig Cisco Aironet 1510 Lightweight Outdoor Mesh Access Point Además ofrece el servicio Mesh, se consulto a la empresa TRIORED la cual es Partner de Cisco en Chile, y nos entrego los siguientes costos. Descripción Cantidad Precio (Dólares) Cisco Aironet 1510 Lightweight Outdoor GHz, 5.5 dbi Omni Ant. with N Connect GHz-5.8 GHz, 7.5 dbi Omni with N Connector Aironet 5.8 GHz 9.5 dbi Sector Antenna Aironet 1500 Pole Mount Kit Aironet 1500 Street Light Power Tap, VAC Aironet 1500 Power Injector Aironet 1500 Outdoor Ethernet Cable, 150 ft Series WLAN Controller for up to 6 Lightweight Aps WCS-Standard-K9 50 APs. License Only Valor Total Equipamiento US$ 11001
62 Equipamiento Netkrom NETKROM TECHNOLOGIES es diseñador, desarrollador y fabricante de equipos de telecomunicaciones, antenas y accesorios para redes inalámbricas en las bandas de frecuencia libres (900 MHz, 2.4, 5.2 y 5.8 GHz), bandas de frecuencias licenciadas (2.3 a 2.7GHz y 3.4 a 3.6GHz) y la banda de seguridad pública (4.9GHz). La tecnología con la cual están hechos los productos NETKROM es revolucionaria, y cuenta con tecnología Wi-Fi y Wi-MAX de bajo costo. Debido a que NETKROM TECHNOLOGIES usa frecuencias licenciadas y no licenciadas bien conocidas, el costo de instalación y mantenimiento es mucho menor. Las principales aplicaciones de sus productos son: Proveedor de Servicios de Internet Inalámbrico (WISP) Enlaces Punto a Punto Enlaces Punto a Multipunto Radio T1/E1 (Banda No Licenciada). Scada y Automatización Radio Modems Video sobre IP Voz sobre IP/Internet Se trabajo con un enlace, en el cual existiría un equipo base el cual iluminaría y daría cobertura, siendo el otro equipo para tomar muestras y ver con que potencia efectiva disipaba esta antena, por esto se utilizaron dos routers, mas dos antenas en la banda de 900 MHZ para realizar el enlace, para dar los puntos de acceso se utilizaron antenas omnidireccionales en la banda de 2.4 Ghz, se anexa también costo de cables y fuente de poder:
63 62 Descripción Cantidad Precio (Dólares) NETKROM WiMAX/Wi-Fi Multi-band Dual Radio - 2 port radio slot AP/Bridge/Router NETKROM 2.4GHz b/g 108Mb Mini- PCI Module Ultra High Power 600mW for MB-ROMB NETKROM 2.4GHz 12dBI Omnidirectional Antenna VPOL (N Female Connector Pigtail) NETKROM 5 ft (1.5m) RG8 low Loss cable adapter, N Male to N Male Omnidirectional Antenna 900MHz NLOS Yagi Antenna Datasheet 900MHz NLOS Valor Total Equipamiento US$ 2138 Netkrom facilito estos aparatos con el fin de una propuesta de implementación y dar conectividad Wireless en lugares que con la tecnología actual es muy complicado, se implementaría esta solución en base a la disponibilidad para las pruebas Outdoor en los Campus de la Universidad Austral de Chile, donde se configurarían, instalarían y se realizarían las pruebas de calidad de servicio en el entorno Campus, se procede a realizar la configuración de los equipos.
64 Configuración Antenas Software de Configuración. Para poder ingresar a los dispositivos Netkrom, dentro de las herramientas que entrega Netkrom para la administración de los dispositivos se encuentra un Software, el Netkrom Manager Versión en el cual se puede realizar el monitoreo y administración de las interfaces en línea. La pantalla principal la podemos ver en el siguiente dibujo. Fig Software de configuración Netkrom Technologies Configuración Local Una vez instalado el software, se deben ingresar los dispositivos a los cuales queremos poner en línea, por defecto las direcciones IP de las interfaces Ethernet de cada Router es la , por lo que debemos incluir nuestro PC en el mismo segmento de red, nos dirigimos a cambiar nuestra dirección Ip a la de modo que se pueda quedar en línea los dispositivos.
65 64 Fig Configuración TCP/IP local Instalación de Interfaces Una vez realizado esto se procede agregar la interfaz al software. Para ello tenemos dos posibilidades: a) La primera es agregando la Ip de la interfaz Ethernet conocida (la que viene por defecto), a un nuevo nodo que se desee incluir, este nodo puede ser cualquier Ip de las tres interfaces incluidas dentro del Router Netkrom, como se ingresa por primera vez solo tenemos acceso a la interfaz Ethernet. Fig Configuración TCP/IP de interfaz Ethernet forma manual b) La segunda opción es buscar Interfaces Ethernet del dispositivo dentro de un segmento de red clase C donde podemos situarnos en cualquier punto de modo de poder enlazar los dispositivos, en este caso buscamos algún Ip dentro del segmento X de modo que al subir la búsqueda nos ofreció el Ip el cual estaba en red como para poder administrarse.
66 65 Fig Configuración TCP/IP de interfaz ethernet forma automática De este modo se agregaría las Ip de los dispositivos, pudiendo tener acceso a la configuración por la puerta ethernet del Router Netkrom quedando en el software de la siguiente manera. Fig Software en condiciones de poder configurar primer dispositivo
67 Ruteo Inalámbrica Para poder ingresar a la configuración inalámbrica de nuestro dispositivo, debemos primeramente seleccionar el router a configurar, luego con el botón derecho del mouse, seleccionamos Advanced Node Configuration, donde obtendremos el siguiente cuadro. Fig Pantalla principal de acceso a las herramientas de configuración Esta pestaña nos ofrece una gran cantidad de opciones para configurar los dispositivos para cualquiera de las tres interfaces, esta configuración se debió hacer en base a la disponibilidad de Ip que nos otorgaba la Vlan local, para esto y para ver la cantidad de Ips necesarias se debió crear un diagrama para considerar la cantidad de Ip que se utilizaran en los dos Routers.
68 67 Fig Esquema de enlace entre antenas Configuración de Ruteo Inalámbrico Para comenzar a configurar las interfaces del Router, debemos activar las interfaces a utilizar, ya que de fabrica vienen desactivadas, para ello se selecciona la pestaña enable/disable selected interface, con esto la interfaces quedan activas y funcionando En este caso se trabajará con las tres interfaces disponibles de cada Router, ya que queremos realizar enlaces como se mostró en la figura Luego asignamos las Ips correspondientes a cada interfaz. Fig Routers Netkrom con Ips asignadas
69 68 En la figura 4.12 se observa que los datos ingresan por la interfaz Ethernet la cual a su vez envía estos a la interfaz ATH0 (Interfaz Wi-Fi), y a su vez envía la información a la interfaz ATH1 (Interfaz de Enlace) donde esta se comunica con la interfaz ATH1 del segundo router, y así se rutea hacia la interfaz ETH0 y ATH0 otorgando conectividad Wi- Fi a los sectores donde se instale la antena. En función de esto se otorgan Ip para cada interfaz para producir un ruteo estático entre las interfaces Configuración de Interfaces Routers Netkrom Para asignar una Ip Valida dentro de la interfaz Ethernet se debió prever en qué lugar se harían las pruebas de propagación de RF, esto para asignar Ip valida al dispositivo dentro del segmento de red otorgado por las Vlan de cada sector de la Universidad, por lo cual se decidió realizar estas pruebas primeramente en el sector de Servicios, lugar en el cual la Vlan nos permitía utilizar la Ip , en función de esto la configuración de la interfaz Ethernet nos queda de la siguiente manera. Fig Asignación de Ip Interfaz Ethernet Una vez ingresada la dirección Ip a la interfaz se procede a ingresar una Ip válida a la interfaz ATH0 (Wi-Fi). Para esta y las demás interfaces de los dispositivos se incluyo una dirección Ip clase B de modo que las direcciones sean más ordenadas y también estén dentro de las direcciones asignadas en el router principal. Se procedió a incluir la dirección en la interfaz ATH0
70 69 Fig Asignación de Ip interfaz ATH0 De la misma manera se procedió a asignar la dirección Ip a la interfaz ATH1 (900Mhz) quedando estas con la dirección Ip Fig Asignación de Ip interfaz ATH1 De este modo quedan activas todas las interfaces del Router 1, también quedan con una Ip fija de modo de poder dar un ruteo estático en el Router Ruteo Estático En este lugar se dejan establecidas las direcciones por donde deben dirigir los datos que se desean mover. Fig Rutas estáticas dadas automáticamente por el Router una vez incluidas en cada interfaz
71 70 A continuación se definen cada pestaña de Ruteo Destination: Es el destino al cual queremos enviar los datos adquiridos por la fuente preferencial Subnet: La sub-red utiliza para otorgar host en la UACH es de clase C por ello utilizamos la Ip Gateway: Puerta de enlace que conecta todas las interfaces del Router a la Red Universitaria Preferred Source: Son las rutas fijas de cada interfaz del router Interface: Es la puerta que se selecciona para otorgar Ruteo Estático De esta forma se puede ofrecer un ruteo fluido para las dos interfaces Wireless que componen el Router 1 Netkrom, teniendo rebote de información o salida de datos por toda la red, esto no quiere decir que el equipo este habilitado para trabajar en Wi-Fi ya que debemos habilitar la configuración inalámbrica Configuración Inalámbrica Interfaz ATH0 Una vez habilitadas las interfaces wireless para funcionar se deben configurar varios aspectos importantes que deben incluirse dentro de la red Wi-Fi. Primero debemos seleccionar la interfaz a configurar, en este caso empezaremos por la Interfaz Wi-Fi, ya que es aquí donde debemos probar el primer enlace. Por lo que seleccionamos la pestaña ATH0. Modo Operacional Comenzamos configurando la pestaña en modo operacional (OpMode), donde seleccionamos nuestro dispositivo como Access Point, luego le debemos asignar un nombre para la SSID (Service Set IDentifier) para que los usuarios puedan incluirse dentro de esta red, en este caso el nombre propuesto es Wi-Fi_Uach.
72 71 Fig Selección de acceso operacional 2.4Ghz Se Debe encontrar si dentro del radio de propagación de nuestro dispositivo existen otros dispositivos que puedan dar ruido a nuestra señal y que no esten en un canal que se utilice, para ello tenemos que ver frecuencias que están siendo utilizadas y no utilizar estas para que no opongan ruido, esto lo logramos asciendo click en el botón del sitio de estudio (Site Survey). Donde se puede visualizar todas las frecuencias que están siendo utilizadas. Fig Datos sobre frecuencias Utilizadas
73 72 En función de la lista dada utilizamos alguna frecuencia distinta a las otorgadas o alguna que refleje baja potencia sin dar ruido a nuestro enlace. Es por ello que al analizar las frecuencias que nos entrega el dispositivo, comprobamos que ninguna frecuencia existente en el lugar es suficiente para dar cobertura Wi-Fi, es mas las SSID que muestra el monitoreo de la antena son dispositivos que se encuentran fuera de la superficie en la cual se esta pidiendo cobertura Wi-Fi, también la potencia con que se visualizan estas no es suficiente como para otorgar algún ruido con nuestro dispositivo, al revisar el sector de Servicios y Guardias (lugar que se hizo el requerimiento) pudimos comprobar que no existe ningún tipo de fuente de Wi-Fi dentro de ese lugar por lo que podemos utilizar cualquier frecuencia. Se decide utilizar el canal 11 (2.437 MHz) Radio Esta pestaña entrega específicamente la configuración de transferencia de información en la cual seleccionaremos en función de la disponibilidad local Fig Distribución de Radio Local 2.4Ghz Seleccionamos en Physical la norma adecuada según el sistema. Por los requerimientos de sistema utilizamos las normas B-G ya que en el sistema existen Portátiles con ambas normas para recepción de Red Inalámbrica, luego el canal 11
74 73 anteriormente nombrado, la transmisión de datos será en función de los requerimientos y no por un estándar dado, por lo que dejaremos automática la transferencia. El Frag lo dejaremos desactivado ya que no queremos determinar el tamaño de los paquetes de transmisión, será de forma automática. El RTS también quedará inactivo ya que no queremos reservar ningún canal para transmisión ya que las antenas son Full duplex y direccionan de forma fluida en ambos sentidos Otro punto importante es la potencia de transferencia, la cual quedara al máximo ya que veremos de forma práctica con pruebas en terreno, cuál sería la máxima cobertura de transmisión. Seguridad Un aspecto clave en cualquier transmisión inalámbrica pública es que sistema de seguridad de acceso se utilizará, la administración local nos permite trabajar en dos tipos de acceso, WPA y WEP Fig Configuración para la seguridad de acceso 2.4 Ghz
75 74 Ahora se procede a configurar el protocolo de seguridad, aquí utilizamos el WPA, el cual otorga una clave de ingreso para los usuarios del sistema, por estar en el sector de servicios nuestro Router1 decidimos dejar activo este servicio de modo que solo lo utilicen los usuarios que necesiten el servicio, por ello se le da la información de clave correspondiente a los usuarios del sector Interfaz ATH1 Una vez instalada y habilitada la interfaz ATH1 (ENLACE) se procede a configurar de modo que pueda dar cobertura a distintos puntos de prueba que se plantearan más adelante. Para ello comenzamos seleccionando esta antena como punto de acceso (Acces Point), en el lugar que instalemos una antena repetidora tomara esta para enlazar los datos transferidos. Luego le otorgamos un nombre a la antena para que pueda identificarse dentro del rango de propagación (SSID) el cual le asignamos Servicios-900 por encontrarse en ese sector del Campus. Así también como en la interfaz ATH0 se realiza un escáner local (Site Survey), donde se advierte posibles interferencias con otros dispositivos que trabajen en la misma frecuencia, a lo cual no se reflejo resultado alguno, ya que no existen dispositivos que trabajen en frecuencias cercanas, lo mas cercano a ella son los dispositivos PHS, incluidos por la empresa Telefónica del Sur, los cuales trabajan en la frecuencia de 850 Mhz. Fig Selección de acceso operacional 900 Mhz.
76 75 Radio Existen dos canales disponibles para poder trabajar, estos se ubican en las frecuencias 912 MHz y 917 MHz, se puede utilizar cualquiera de estas dos frecuencias, pero se debe tener en cuenta la frecuencia utilizada para poder enlazar la antena con otra situada en otro sector, configurando todas las antenas de enlace en la misma frecuencia y así teniendo un flujo total de información. Se decide dejar la frecuencia 5 (917 MHz), ya que es la que viene por defecto DHCP Significa Protocolo de configuración de host dinámico. Es un protocolo que permite que un equipo conectado a una red pueda obtener su configuración Ip en forma dinámica (es decir, sin intervención particular). Sólo se tiene que especificar al equipo, mediante DHCP, que encuentre una dirección IP de manera independiente. Es por ello que fue necesario configurar en este modo las interfaces Wi-Fi de cada Router para poder dar una dirección Ip a cada usuario que necesite el servicio, además es la forma en la cual está configurada la red interna de la Universidad Austral de Chile. Las Interfaces de Enlace de cada Router no fue necesario asignar este protocolo ya que se realizarán enlaces punto a punto en los cuales damos Ip fija a cada interfaz Interfaz ATH0 (Router 1) Para ello ingresaremos un rango de direcciones para que tengan a disposición los usuarios que necesiten conectividad
77 76 Fig Se incluye el rango de direccionamiento DHCP en interfaz ATHO (Router 1) Se seleccionó la interfaz ATH0 en la cual se ingresaron el Ip de inicio el cual quedo en , y el Ip de término el cual quedo en , así quedo un rango de 40 direcciones disponibles para un Ruteo dinámico a los dispositivos, con esto todos los usuarios que se encuentren en el sector deberían dejar su direccionamiento Ip en forma automática de manera que el Router 1 le asigne una de estas 40 direcciones Interfaz ATH0 (Router 2) De la misma manera se debió asignar DHCP a la interfaz inalámbrica ATH0 del Router 2 el cual se instalaría en distintos puntos de prueba, así se debería también conectar de forma automática a la interfaz Wi-Fi del Router 2. Se decidió anexar 40 direcciones, las cuales comenzarían con el Ip hasta el el , esto no solamente para labor de pruebas si no que para dar un servicio de conectividad si se necesitara en algún lugar del Campus Teja. ETH0 (Router 2) A esta Interfaz igualmente se le asigno este protocolo para poder direccionar de forma fluida, esto ya que también se asignaron direcciones como para poder incluir en esta
78 77 puerta algún Switch u otro dispositivo que pueda dar conectividad a múltiples usuarios de red cableada 4.3 Instalación de Antenas Una vez realizado la configuración de los Routers Netkrom se procede a buscar posibles puntos de instalación y prueba para los distintos enlaces que se desean medir, se debe incluir un punto centro el cual nos otorgue acceso y conectividad de enlace con el segundo Router, realizando las pruebas con este ultimo en puntos extremos del Campus, con esto se comprobara la efectividad real de transmisión. En esta sección se detallara la cantidad y el modo en que se instalaron los dispositivos Netkrom en el Campus Teja Dispositivos incluidos El Dispositivo Pre-Wimax Multiband Dual Radio posee un paquete de dispositivos los cuales vienen para apoyar el correcto funcionamiento de éste, dentro de los dispositivos podemos encontrar: a) Un mini-disc el cual posee el software de monitoreo de los dispositivos de Netkrom, y además un manual de administración b) Un transformador AC/DC c) Un mini-switch el cual otorga el puente para paquetes de información y además la potencia necesaria para el funcionamiento del las interfaces correspondientes d) Conectores RJ45, que comunican el puerto ethernet con el mini-switch e) Enclavaje y tornillos correspondientes para su montaje al aire libre f) Un Router Pre-Wimax Multiband Dual Radio g) Una antena OUTDOOR omnidireccional para trabajar en la banda de 2.4 Ghz h) Una antena OUTDOOR omnidireccional para trabajar ne la banda de 900 Mhz
79 78 Fig Dispositivos incluidos con cada Router Conexión del Mini Switch al Router El Dispositivo Pre-Wimax Multiband Dual Radio posee una interfaz Ethernet la cual nos ofrece la entrada de paquetes de datos que se pueden enviar por las otras dos interfaces wireless que posee el dispositivo. A la vez por esta misma interfaz Ethernet se inyecta la potencia necesaria que necesita nuestro dispositivo, esta potencia llega gracias a la incorporación de un miniswitch al cual se le conecta un transformador, el switch posee un puerto LAN, el cual lo podemos conectar ya sea a un PC u otro switch, dando el acceso a redes remotas. El otro puerto que posee este switch se le llama PoE (Power of Ethernet) Injector que proporciona como se indico anteriormente la tensión necesaria para el router y las antenas que conectemos a ella.
80 79 Fig Conexión que se debe incluir para el Router Netkrom Conexión de interfaces al Router La tensión necesaria para su funcionamiento se incluye dentro del mismo cable UTP donde ingresan los datos, a la vez también las correspondientes antenas que se incluyan dentro de la demás interfaces de la instalación quedarían al aire libre conectadas al mástil sostenedor de los dispositivos, a través del cable UTP nos conectaríamos al Router. Fig Conexión interfaz ethernet La interfaces Externas las debemos conectar a las antenas correspondientes de 2.4 Ghz, donde su puerto le llamaremos ATH0, y la de 900 Mhz le llamaremos ATH1, entonces se debe montar el Router Pre-Wimax Multiband Dual Radio sobre un mástil el cual debe estar fijo en algún lugar que cual posea ciertas características para una buena
81 80 propagación de RF, y así llegue de forma óptima esta señal a los usuarios de los dispositivos. Fig Router Netkrom incluido en soporte Importante es que el mini-switch debe estar dentro de un recinto cerrado sin acceso a la humedad, desde aquí conectamos el PoE hasta el puerto Ethernet del Wimax Multiband Dual Radio utilizando el cable UTP con una distancia máxima de 80 Mts.
82 81 Fig Instalación del Router Netkrom con las antenas Omnidireccional en la banda de 900 Mhz y 2.4 Mhz (Caseta Guardias)
83 Pruebas de Enlace El lugar propuesto para la instalación de la antena fue en el sector de Guardias frente a los edificios de Microbiología en el sector Teja de la Universidad Austral de Chile, esto ya que se necesitaba un servicio Wi-Fi que abarcara tres edificios importantes, y como la tecnología actual no permite poder iluminar todos estos lugares con un dispositivo, se deberían utilizar al menos tres AP (Puntos de Accesos) INDOOR, para poder irradiar con Internet a los edificios propuestos, se procedió a instalar la antena de prueba en el techo de la caseta de guardias como se ve en la figura Microbiología Bioquímica Química y Farmacia Fig Imagen aérea del Sector Ex-Servicios (Campus Teja) Propagación Wi-Fi en el Punto de Enlace Al salir del sector la Unidad de Servicios, y ser reemplazado por unidades como Bioquímica y Microbiología, la red alámbrica se perdió por completo quedando sin ningún tipo de conectividad a la Red de la Universidad, se realizaron las pruebas correspondientes de propagación de los dispositivos Netkrom para comprobar cómo llegaba la señal al interior de estos lugares, se instalo una antena Wi-Fi OUT-DOOR en el techo del edificio
84 83 propuesto lugar el cual da línea vista a estas tres unidades, se comprobó si existía algún canal que produzca interferencia. Se utilizo el software Netstumbler el cual muestra gráficamente con que potencia llega la señal. Fig Potencias en Sector Guardias (Software Netstumbler) Resultado de Pruebas 1.- Potencia recibida en las afueras del edificio de Microbiología aprox. A unos 40 mts. del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -30 dbm 2.- Potencia recibida al interior del edificio de Microbiología, aproximadamente 50 mts. del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -42 dbm 3.- Potencia recibida en las afueras del edificio de Bioquímica aprox. 55 mts del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -36 dbm 4.- Potencia recibida al interior del edificio de Bioquímica aprox. A unos 65 mts del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -44 dbm 5.- Potencia recibida en las afueras del edificio de Química y Farmacia aprox. A unos 80 mts del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -32 dbm
85 Potencia recibida al interior del edificio de Química y Farmacia aprox. A unos 90 mts del AP Netkrom OUTDOOR, la potencia recibida fue aproximadamente -48 dbm 7.- Potencia recibida al interior del edificio de Química y Farmacia, específicamente en la parte mas alejada del edificio, aprox. A unos 100 mts del AP Netkrom OUTDOOR,, la potencia recibida fue aproximadamente -55 dbm Si bien la propagación de la señal al exterior de cada edificio es de forma aceptable, además al interior de los edificios de Microbiología y Bioquímica también se comprobó una buena calidad de señal, esto no ocurrió de la misma manera en el interior del edificio de Química y Farmacia, ya que la potencia de recepción que se adquiere en los lugares extremos no es de muy buena calidad, pero aceptable para transmisión de datos, ya que el requerimiento para navegar en la intranet lo solicitaba. Por lo que se instalo y dejo en funcionamiento la interfaz Wireless del Router 1 en el edificio de Guardias. Una vez instalado tanto el Router 1 como la Antena Wi-Fi en el techo del edificio se procedió a instalar la antena de enlace ATH1 en el mismo lugar y se decidió tomar este punto como punto de acceso para probar distintos puntos de enlace en el Campus Teja Pruebas en la Banda de 900Mhz Configurados e Instalados los Routers Netkrom en la caseta de guardias del Campus Teja, se procede a realizar las pruebas de propagación de RF en función de distancias, edificaciones y vegetación existente en el Campus. Para visualizar los puntos de prueba se utilizo el Software Google Earth el cual nos da una vista aérea del Campus y también nos otorga las distancias a las cuales podremos hacer pruebas.
86 Guardias Arquitectura Enlace Al visualizar la imagen aérea que nos entrega el software Google Earth podemos obtener la distancia que existe entre los dos puntos, además podemos visualizar los edificios y que tanta densidad arbórea existe entre los puntos, esto nos da una idea de cuanta señal puede ser reflejada y obstruida por los distintos elementos urbanos que están incorporados en el Campus. Fig Imagen Aérea Campus Teja (Enlace Guardias Arquitectura) Luego se instalaron los equipos en el último piso del edificio de Arquitectura, lugar con buena altura (aprox. 10 mts.), se procedió a buscar la red Wi-Fi_Uach (Configurada en la interfaz ATH0 del Router 2), encontrándose y conectándose normalmente a ésta, luego se ingresa al software de monitoreo de Netkrom, pudiendo observar una conectividad y monitoreo total de todas las interfaces incluidas ambos Routers Netkrom.
87 86 Fig Dispositivos enlazados y funcionando por software Netkrom Manager. Los bordes de los iconos de cada Router se colocan de color verde lo que indica que esta asciendo enlace con las demás interfaces incluidas, y así un ruteo total sobre los dispositivos incluidos Potencia de Enlace Una vez subidas estas interfaces, se procede a visualizar que tan fuerte llega en este sector la señal de RF, para ello ingresamos al software en el sector Wireless de la interfaz ATH1, aquí utilizamos el botón de sitio de estudio (Site Survey), en el cual se puede comprobar con que potencia se están enlazando las antenas en la banda de 900 MHz. Fig Potencia en tiempo real de enlace.
88 87 Aquí podemos ver el ESSID con el nombre de la interfaz ATH1 de Servicios-900, así también la potencia de link la cual está a un 61% de conectividad total, siendo esta buena calidad de señal, a si también la potencia de la señal es de -79 dbm y con un ruido de -95 dbm Tasa de Transferencia Se procedió a comprobar que tanto ancho de banda otorgaba el enlace a la distancia y con las condiciones propuestas para ello se ingreso a descargar archivos directamente desde la Intranet de la Universidad, esto ya que de este modo es posible descargar a la máxima velocidad que entregan los switch de red, también depende de factores como que tanto sea el flujo de datos por los usuarios de la Red UACH, los datos recogidos los podemos visualizar en la siguiente tabla. Se realizaron 6 pruebas de transferencia de archivos. Tamaño de Archivo Tasa de Transferencia 12.5 Mb Mb Mb Mb Mb Tabla Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Arquitectura). Podemos decir que existe una gran variabilidad en las tasas de transferencia expuestas en cada archivo que se quiso descargar desde la Intranet, esto por factores tanto internos (de la Red Uach), como por factores específicos del enlace propuesto, el valor promedio expuesto en esta primera prueba es de 600 KB/s.
89 Guardias Filosofía Enlace El enlace propuesto esta trazado en función de una mayor espesura, tanto arbórea como de edificaciones, se podría decir que este enlace cruza el Campus Teja entre sus extremos, pasando por edificios con importante altura como los son el gimnasio, el edificio Biblioteca, el Aula Magna y el Pabellón Docente, lugares que producen gran reflexión en la señal de radiofrecuencia, la línea que une estos dos puntos se puede visualizar en la siguiente figura. Fig Imagen Aérea Campus Teja enlace (Guardias Filosofía) La distancia en línea recta entre los dos puntos otorgados por el software Google Earth nos da aproximadamente 704 mts. Se procedió a armar el Router 2 en el último piso con una altura aproximada de 10 mts. y se inicio el software Netkrom, enlazando todas las interfaces como se ve en la figura (Guardias-Arquitectura).
90 Potencia de Enlace Se Procedió a visualizar con que potencia llegaba la señal a este sector: Fig Potencia en tiempo real de enlace (Guardias Filosofía) Al igual que el enlace anterior el ESSID es de Servicios-900, la calidad del enlace (Link Quality) máximo para esta prueba fue de 58%, siendo de media a buena calidad de señal, la potencia es de -81 dbm, con el mismo ruido otorgado en el enlace de arquitectura de -95 dbm Tasa de Transferencia Se Comprobó la velocidad de transferencia de datos, en la siguiente muestra: Tamaño del Archivo (Mb) Tasa de Transferencia (Mb) Tabla Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Filosofía) En esta prueba podemos ver una mayor estabilidad de la transferencia de información del enlace, esto se asume por factores de mayor espesura arbórea y edificaciones que en la prueba anterior
91 Guardias Veterinaria Enlace El tercer punto de prueba se realizó pensando en un sector en que no hay edificio entre estos puntos, en el sector de Veterinaria, el cual si bien no es edificado, si tiene una buena densidad arbórea, además el sector el cual está la Clínica Veterinaria esta casi al nivel del Río sin una altura considerable como para crear un enlace optimo. Fig Imagen Aérea Campus Teja enlace (Guardias Veterinaria) La distancia que están estos dos sectores es aproximadamente 635 mts. Aproximadamente, tal como se ve en la figura 4.33 dada por el software Google Earth, donde se procedió a instalar el Router 2 al nivel del suelo de ese sector Potencia de Enlace Se ejecutó el software de monitoreo de Netkrom, comprobándose un completo enlace entre sus interfaces tal como se ve en la figura 4.33, por lo que se visualizo con que potencia se enlazaba la señal, esto se demuestra en la figura 4.34.
92 91 Fig Potencia en tiempo real de enlace (Guardias Veterinaria) Al buscar las señales en la banda de 900 MHz incluye automáticamente la señal de Servicios-900, luego la calidad de enlace de señal nos dio 72%, así también la potencia de recepción de la señal fue -69 dbm y de ruido -95 dbm. Estos resultados fueron excelentes ya que la señal de recepción esta dentro de los rangos de potencias de entrada que incluye el Ruter Netkrom, luego se procedió a verificar la taza de transferencia, los resultados fueron los siguientes Tasa de Transferencia Tamaño del Archivo (Mb) Tasa de Transferencia (Mb) Tabla Registro Tasa de Transferencia de enlace (Guardias Veterinaria) En esta prueba obtuvimos una tasa de transferencia promedio de 820 KB/s lo cual es mayor a las otras obtenidas, esto puede haber sido ya que el enlace solo obstruían arboles sin dar mayor oposición a la tasa de transferencia

References: Resolución 
 Resolución 
 Resolución 
 artículo 3
 Resolución 
 resolución 
 resolución