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Timestamp: 2017-05-24 04:35:18+00:00

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MILTON FERLEY RENTERIA FLOREZ
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES PEREIRA 2011
DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN RADIO ENLACE ENTRE LOS MUNICIPIOS DE ALCALÁ Y ANSERMANUEVO (VALLE DEL CAUCA)
ASESOR EHUMIR SALAZAR ROJAS ESPECIALISTA EN TELECOMUNICACIONES
DERECHOS DE AUTOR Con este proyecto se busca resaltar la importancia del estudio de las telecomunicaciones para contribuir en el progreso de las empresas de nuestro país con soluciones prácticas y equipos de comunicación de altas prestaciones a precios bajos. Además se busca enriquecer el conocimiento de los futuros ingenieros de sistemas y telecomunicaciones con un ejemplo práctico el cual puedan tomar como referencia al momento de construir proyectos telemáticos, por esta razón es un honor autorizar a la Universidad Católica de Pereira para que incluya este proyecto a su catalogo de consulta en la Biblioteca para que cualquier persona interesada tenga libre acceso a su contenido, respetando la propiedad intelectual de su autor.
DEDICATORIA Este proyecto lo dedico a mi familia que siempre me ha apoyado en este difícil pero gratificante proceso de adquirir conocimiento. A mi padre y a mi madre por darme ejemplo de entereza y dedicación. Muchas gracias.
AGRADECIMIENTOS Principalmente agradezco a mis padres por el apoyo incondicional que me han brindado a lo largo de mi proceso educativo y por ser los pilares que sostienen mi ánimo en lo más alto. Agradezco a mi compañero de estudio Diego Fernando Figueroa por su colaboración. Agradezco a la Universidad Católica de Pereira por darme la oportunidad de adquirir nuevos conocimientos al lado de sus excelentes docentes. Agradezco a mis amigos por apoyarme a seguir adelante con este proyecto.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 15 FORMULACIÓN DEL PROYECTO ................................................................ 16 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 SITUACIÓN ACTUAL............................................................................... 16 PROBLEMA ............................................................................................. 16 OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 16 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 16 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................... 17 PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS .................................................... 17 Identificación de variables ........................................................................ 17 Presupuesto ............................................................................................. 18 Cronograma de actividades ..................................................................... 19
MARCO CONTEXTUAL ................................................................................. 20 3.1 DESCRIPCIÓN DEL CONTEXTO............................................................ 20
MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 24 4.1 COMUNICACIONES INALÁMBRICAS .................................................... 24 Sistemas de comunicación ................................................................ 24 Ondas electromagnéticas .................................................................. 26 Espectro electromagnético ................................................................ 28 Propagación de la señal .................................................................... 29 Estándares de comunicación ............................................................. 36 Topología e infraestructura básica de redes inalámbricas ................. 39 Normatividad...................................................................................... 44 Carga y cobertura .............................................................................. 45 Ancho de banda y rendimiento .......................................................... 46 Interferencia ................................................................................... 48 Cifrado ............................................................................................ 49 Diseño punto a punto ..................................................................... 50
4.1.13 4.1.14 4.2  
Consideraciones sobre la ruta ........................................................ 53 Antenas .......................................................................................... 54
MODELOS DE REFERENCIA ................................................................. 64 El modelo de referencia OSI .............................................................. 64
Direcciones privadas ................................................................................ 68 Máscara de subred................................................................................... 69 El modelo de referencia TCP/IP ........................................................ 71
SIMULACIÓN POR COMPUTADORA ..................................................... 74 Simulación de radio enlaces .............................................................. 74
MODELO TEÓRICO ....................................................................................... 76 5.1 5.2 ANÁLISIS DEL CLIMA Y DE LA REGIÓN ............................................... 76 ASUNCIONES DE INGENIERÍA .............................................................. 78
5.2.1 Perfiles para cada uno de los saltos que componen cada enlace, altura y ubicación de las antenas .................................................................... 78 5.2.2 5.2.3 5.2.4 Formulas para calcular la zona de Fresnel y la altura de la antena ... 80 Tipo, diámetro y ganancia de las antenas a utilizar ........................... 81 Detalle de los cálculos de propagación ............................................. 84
5.3 SIMULACIÓN DEL RADIO ENLACE CON LA APLICACIÓN RADIO MOBILE ............................................................................................................. 86 5.3.1 5.3.2 5.4 6 Configuraciones iniciales ................................................................... 86 Simulación del radio enlace ............................................................... 91
MODELO LÓGICO Y FÍSICO DE LA RED............................................... 96
CONCRECIÓN DEL MODELO TEORICO...................................................... 97 6.1 INSTALACIÓN FÍSICA DE LAS ANTENAS ............................................. 97
6.2 CONFIGURACIÓN DEL FIRMWARE AIROS V5.2 DE UBIQUITI NETWORKS EN LAS ANTENAS. .................................................................... 106 6.3 PRUEBAS .............................................................................................. 115 Comando Ping ................................................................................. 115 Comando Tracert ............................................................................. 117 Ancho de banda............................................................................... 118
6.4 7 8 9 10
CAMBIOS EN LA IMPLEMENTACIÓN DEL RADIO ENLACE ............... 120
CONCLUSIONES ......................................................................................... 122 RECOMENDACIONES ................................................................................. 124 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 125 APÉNDICE ................................................................................................ 128
FIGURA 1. UBICACIÓN EN EL MAPA DE COLOMBIA ................................................................... 20 FIGURA 2. DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA ................................................................ 21 FIGURA 3. SUSCRIPTORES A INTERNET (BANDA ANCHA – BANDA ANGOSTA) .................... 22 FIGURA 4. COMUNICACIÓN ENTRE DOS PERSONAS ............................................................... 25 FIGURA 5. MODELO SIMPLIFICADO PARA LAS COMUNICACIONES ........................................ 25 FIGURA 6. COMPONENTES DE UNA ONDA ................................................................................. 27 FIGURA 7. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO....................................................................... 29 FIGURA 8. ZONA DE FRESNEL ...................................................................................................... 33 FIGURA 9. MEJORA DEL EFECTO FRESNEL ............................................................................... 34 FIGURA 10. USO DE UN GLOBO .................................................................................................... 34 FIGURA 11. ZONAS DE FRESNEL .................................................................................................. 35 FIGURA 12. MATRIZ DE CANAL, H ................................................................................................. 39 FIGURA 13. TOPOLOGÍAS BÁSICAS DE RED. .............................................................................. 41 FIGURA 14. ENLACE PUNTO A PUNTO ......................................................................................... 42 FIGURA 15. PUNTO MULTIPUNTO ................................................................................................. 43 FIGURA 16. MULTIPUNTO A MULTIPUNTO .................................................................................. 43 FIGURA 17. ASIGNACIÓN DE CANALES ....................................................................................... 46 FIGURA 18. ANCHO DE BANDA ..................................................................................................... 47 FIGURA 19. VELOCIDADES DE TRANSMISIÓN ............................................................................ 48 FIGURA 20. AUMENTO DEL ANCHO DE BANDA .......................................................................... 51 FIGURA 21. EJEMPLO DISEÑO URBANO PUNTO A PUNTO ....................................................... 52 FIGURA 22. EJEMPLO DISEÑO RURAL PUNTO A PUNTO .......................................................... 53 FIGURA 23. OBSTÁCULOS POTENCIALES ................................................................................... 53 FIGURA 24. ZONA DE FRESNEL Y CURVATURA DE LA TIERRA ............................................... 54 FIGURA 25. ANCHO DEL HAZ......................................................................................................... 57 FIGURA 26. GANANCIA DE LA ANTENA ........................................................................................ 59 FIGURA 27. PATRONES DE RADIACIÓN ....................................................................................... 61 FIGURA 28. ANTENAS DIPOLARES ............................................................................................... 62 FIGURA 29. MODELO OSI ............................................................................................................... 64 FIGURA 30. EL MODELO DE REFERENCIA TCP/IP ...................................................................... 71 FIGURA 31. PROTOCOLOS Y REDES EN EL MODELO TCP/IP INICIALMENTE ........................ 73 FIGURA 32. IMAGEN DEL RELIEVE DE LA ZONA ......................................................................... 77 FIGURA 33. IMAGEN SATELITAL DE LA ZONA (TOMADA DE GOOGLE MAPS) ........................ 78 FIGURA 34. ENLACE DIRECTO ALCALÁ - ANSERMANUEVO ..................................................... 79 FIGURA 35. PERFILES .................................................................................................................... 79 FIGURA 36. DATASHEET RADIO NANOBRIDGE M5 .................................................................... 82 FIGURA 37. DATASHEET RADIO AIRGRID M5 .............................................................................. 83 FIGURA 38. CONFIGURACIÓN DE LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL CERRO MODÍN .......... 86 FIGURA 39. CONFIGURACIÓN DE LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA CIUDAD DE ALCALÁ ................................................................................................................................................... 87 FIGURA 40. INGRESANDO LAS CONFIGURACIONES DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN EN ESTE CASO LAS DE EL RADIO Y ANTENA NANOBRIDGE M5 ...................................... 88 FIGURA 41. INGRESANDO LAS CONFIGURACIONES DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN EN ESTE CASO LAS DEL RADIO Y ANTENA AIRGRID M5 .................................................. 89
FIGURA 42. CONFIGURACIÓN DE LAS REDES ............................................................................ 90 FIGURA 43. RED 2 – MODÍN Y ANSERMANUEVO ........................................................................ 91 FIGURA 44. IMAGEN DEL RELIEVE DE LA REGIÓN INDICANDO UN POSIBLE RADIO ENLACE DIRECTO ENTRE LAS CIUDADES DE ALCALÁ Y ANSERMANUEVO ................................. 92 FIGURA 45. SE MUESTRA LA SIMULACIÓN DEL RADIO ENLACE DIRECTO ENTRE LAS CIUDADES DE ALCALÁ Y ANSERMANUEVO ........................................................................ 92 FIGURA 46. IMAGEN DEL RELIEVE DE LA REGIÓN INDICANDO UN POSIBLE RADIO ENLACE DIRECTO ENTRE ALCALÁ Y MODÍN ...................................................................................... 93 FIGURA 47. SIMULACIÓN RADIO ENLACE ENTRE ALCALÁ Y MODÍN ....................................... 94 FIGURA 48. RELIEVE DE LA REGIÓN INDICANDO UN POSIBLE RADIO ENLACE ENTRE MODÍN Y ANSERMANUEVO ................................................................................................... 95 FIGURA 49. SIMULACIÓN DEL ENLACE ENTRE MODÍN Y ANSERMANUEVO .......................... 95 FIGURA 50. ESQUEMA DE LA RED ................................................................................................ 96 FIGURA 51. SITIO DE INSTALACIÓN DE ANSERMANUEVO ....................................................... 97 FIGURA 52. ANTENA PARABÓLICA TIPO GRILLA EN ANSERMANUEVO .................................. 98 FIGURA 53. SITIO DE INSTALACIÓN EN LA CIUDAD DE ALCALÁ ............................................. 99 FIGURA 54. INSTALANDO EL RADIO QUE ESTÁ INTEGRADO EN EL FOCO DE LA ANTENA100 FIGURA 55 MODÍN DESDE ALCALÁ............................................................................................. 101 FIGURA 56. ANTENA PARABÓLICA TIPO DISCO INSTALADA EN ALCALÁ ............................. 101 FIGURA 57. SITIO DE INSTALACIÓN EN MODÍN ........................................................................ 102 FIGURA 58. PREPARACIÓN DE LAS ANTENAS QUE SE INSTALARAN EN EL CERRO MODÍN ................................................................................................................................................. 103 FIGURA 59. INSTALACIÓN DE LA ANTENA QUE HARÁ EL ENLACE MODÍN - ANSERMANUEVO ................................................................................................................................................. 104 FIGURA 60. INSTALACIÓN DE LA ANTENA QUE HARÁ EL ENLACE MODÍN - ALCALÁ.......... 105 FIGURA 61. CONFIGURACIÓN DE LA PESTAÑA NETWORK DE FIRMWARE AIROS V5.2 DEL EQUIPO DE RADIO QUE SE INSTALÓ EN ALCALÁ ............................................................ 106 FIGURA 62. CONFIGURACIÓN DE LA PESTAÑA WIRELESS EL RADIO DE ALCALÁ ............. 107 FIGURA 63. CONFIGURACIÓN DE LA PESTAÑA NETWORK DEL RADIO DE MODÍN QUE APUNTA HACIA ALCALÁ ....................................................................................................... 108 FIGURA 64. PESTAÑA WIRELESS EN LA RADIO DE MODÍN QUE APUNTA HACIA ALCALÁ . 109 FIGURA 65. PANTALLA PRINCIPAL, PESTAÑA MAIN EN EL RADIO DE ALCALÁ ................... 110 FIGURA 66. PANTALLA PRINCIPAL, DEL RADIO DE MODÍN QUE APUNTA HACIA ALCALÁ . 111 FIGURA 67. CONFIGURACIÓN DE LA RED EN EL RADIO DE MODÍN QUE SE ENLAZA CON ANSERMANUEVO .................................................................................................................. 112 FIGURA 68. CONFIGURACIÓN INALÁMBRICA EN EL RADIO DE MODÍN QUE APUNTA HACIA ANSERMANUEVO .................................................................................................................. 113 FIGURA 69. PANTALLA PRINCIPAL DEL RADIO EN MODÍN QUE APUNTA HACIA ANSERMANUEVO .................................................................................................................. 114 FIGURA 70. PANTALLA PRINCIPAL DEL RADIO DE ANSERMANUEVO ................................... 115 FIGURA 71. PING DESDE ALCALÁ ............................................................................................... 116 FIGURA 72. TRACE ROUTE DESDE ALCALÁ.............................................................................. 117 FIGURA 73. TEST DE ANCHO DE BANDA DOS VÍAS. ................................................................ 118 FIGURA 74. TEST DE ANCHO DE BANDA UNA VÍA.................................................................... 119 FIGURA 75. OBSTRUCCIÓN POR UN ÁRBOL ............................................................................. 120 FIGURA 76. CONFIGURACIÓN DE LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA CIUDAD DE ANSERMANUEVO .................................................................................................................. 128
FIGURA 77. CONFIGURACIÓN DE LA RED EN EL RADIO DE ANSERMANUEVO ................... 129 FIGURA 78. CONFIGURACIÓN INALÁMBRICA EN EL RADIO DE ANSERMANUEVO .............. 130
TABLA 1. PRESUPUESTO ............................................................................................................... 18 TABLA 2. CRONOGRAMA ............................................................................................................... 19 TABLA 3. 802.11A/B/G/N .................................................................................................................. 37 TABLA 4. TOPOLOGÍAS BÁSICAS DE RED ................................................................................... 40 TABLA 5. DIRECCIONES IP VERSIÓN 4 ........................................................................................ 68 TABLA 6. CALCULO ZONA DE FRESNEL DEL ENLACE ALCALÁ – MODÍN ................................ 81 TABLA 7. CALCULO ZONA DE FRESNEL DEL ENLACE MODÍN - ANSERMANUEVO................ 81
ECUACIÓN 1. VELOCIDAD DE LA LUZ, FRECUENCIA Y LAMBDA ............................................ 26 ECUACIÓN 2. FRECUENCIA ........................................................................................................... 28 ECUACIÓN 3. PERDIDA EN LA TRAYECTORIA POR EL ESPACIO LIBRE (ADIMENSIONAL) .. 30 ECUACIÓN 4. PERDIDA EN LA TRAYECTORIA POR EL ESPACIO LIBRE (DB) ......................... 30 ECUACIÓN 5. PERDIDA EN LA TRAYECTORIA POR EL ESPACIO LIBRE (MHZ) ...................... 31 ECUACIÓN 6. PERDIDA EN LA TRAYECTORIA POR EL ESPACIO LIBRE (GHZ) ...................... 31 ECUACIÓN 7. MARGEN DE DESVANECIMIENTO......................................................................... 31 ECUACIÓN 8. ZONA DE FRESNEL ................................................................................................. 35 ECUACIÓN 9. CORRECCIÓN CURVATURA (CC):......................................................................... 80 ECUACIÓN 10. ALTURA CORREGIDA CON CURVATURA (ACC):............................................... 80 ECUACIÓN 11. ALTURA CORREGIDA POR NATURALEZA (ACN): ............................................. 80 ECUACIÓN 12. RAYO DIRECTO: .................................................................................................... 80 ECUACIÓN 13. ZONA DE FRESNEL (RF): ..................................................................................... 80 ECUACIÓN 14. ALTURA A LIBRAR (AL): 100% => PROBABILIDAD = 1 ..................................... 80 ECUACIÓN 15. ALTURA MÍNIMA DE LA ANTENA (AM): ............................................................... 80 ECUACIÓN 16. GANANCIA DEL SISTEMA ..................................................................................... 85
SÍNTESIS SÍNTESIS Este proyecto se origina de la intención de mejorar la calidad del servicio y disminuir los costos de funcionamiento de una empresa dedicada a brindar servicios de comunicación en dos café internet ubicados en los municipios de Alcalá y Ansermanuevo (Valle del Cauca). Estos municipios se encuentran separados por una distancia aproximada de 26 kilómetros en línea recta, entre ellos hay una cadena montañosa que impide la línea de vista entre los dos municipios. Se tiene como objetivo lograr una comunicación eficiente y económica, para lograrlo se diseñará e implementará una solución que se adapte a las necesidades de la empresa, también se realizará una simulación para prevenir los posibles errores al momento de realizar la implementación. Descriptores: Telecomunicaciones, Radio enlace, simulación, redes de computadores, inalámbrico, ondas, señales, electromagnéticas, antenas. ABSTRACT This project originates from the intention of improving service quality and lower costs of running a company dedicated to providing communication services at two internet cafes located in the municipalities Ansermanuevo and Alcala (Valle del Cauca), these municipalities are separated by a distance of approximately 16 miles in a straight line between them is a mountain chain that prevents the line of sight between the two municipalities. It aims to achieve efficient communication and economic, to achieve this design and implement a solution that suits the needs of the company, also conduct a simulation to prevent errors at the time of deployment. Descriptors: Telecommunications, Radio link, simulation, computer networks, wireless waves, signals, electromagnetic antennas.
Desde que James Clerk Maxwell desarrolló la teoría electromagnética el entendimiento de la física se llevó a un nivel superior, así mismo se aprovechó este conocimiento para aplicarlo y crear nuevas y mejores tecnologías que aumentaron en gran medida la calidad de vida de muchas personas alrededor del mundo, una de las tecnologías que surgió con base en las teorías de Maxwell fueron las telecomunicaciones las cuales tienen diferentes campos de acción pero todos ellos fundamentados en las leyes de Maxwell, algunos de los campos de acción son las comunicaciones cableadas y las inalámbricas estas son muy usadas en la actualidad por todo el mundo algunos ejemplos son la televisión, las emisoras de radio, las comunicaciones celulares, internet entre otros. En este proyecto se utilizarán esos principios físicos para lograr una comunicación inalámbrica efectiva entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo (Valle del Cauca) utilizando los últimos avances tecnológicos que aprovechan las teorías de Maxwell y les agregan nuevas funcionalidades que aumentan el rendimiento y la capacidad de la comunicación. Se estudiarán los diferentes fenómenos que interactúan con las señales emitidas por los que equipos de telecomunicaciones utilizados para enlazar los dos municipios, pero antes se harán los diseños físicos y lógicos de la red y junto con la simulación del radio enlace se tendrá una fundamentación teórica para proceder con seguridad a la implementación de los equipos de comunicaciones, en donde se pondrá a prueba la información obtenida en los procesos de análisis, diseño y simulación,
En la actualidad cada café internet de la empresa de centro de comunicaciones My Space se paga un cargo mensual por el servicio de internet de una velocidad de máximo 4Mbps cada una y con diferente ISP. Hasta hace algunos meses esta era la velocidad máxima que los proveedores de internet podían ofrecer en cada uno de los municipios donde se encuentran las sedes, pero hace poco uno de los proveedores de internet aumentó la capacidad de su red y ofrece velocidades de máximo 20Mbps a un precio que no supera la suma de los costos de internet que se pagan por las dos sedes. La prioridad de la empresa es brindar servicios de calidad y como esta calidad depende en gran parte de la velocidad de la conexión a internet, la empresa plantea como proyecto conectar las dos sedes por medio de un radio enlace en la banda libre para que compartan el mismo canal de internet y así disminuir los costos de la conexión y al tiempo mejorar la calidad del servicio de internet aumentando la velocidad a un máximo de 20Mbps.
Lograr una comunicación eficiente y económica entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo (Valle del Cauca), los cuales están separados por una distancia aproximada de 26 kilómetros en línea recta, entre ellos hay una cadena montañosa que impide la línea de vista entre los dos municipios.
Diseñar, simular e implementar un radio enlace entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo y lograr una comunicación eficiente y económica
Estudiar teorías que permitan entender el funcionamiento de las comunicaciones inalámbricas. Analizar las diferentes tecnologías y estándares de comunicación inalámbrica.
Diseñar un radio enlace que se ajuste a las necesidades de la empresa. Simular el radio enlace para confirmar si el diseño soluciona el problema. Implementar la solución más adecuada para la empresa solo si los objetivos anteriores logran establecer la factibilidad de la implementación.
Internet está evolucionando todos los días, cada vez hay más aplicaciones que consumen gran cantidad de ancho de banda, y también cada día aumenta el número de usuarios que las utiliza, razón por la cual se necesita una infraestructura adecuada que permita el intercambio de información y datos de manera confiable y eficiente para que los usuarios tengan una buena experiencia al utilizar internet. En un entorno tan competitivo como el actual, se deben buscar alternativas para brindar a los clientes un producto que satisfaga sus necesidades y además les ofrezca un valor agregado. La empresa Centro de Comunicaciones My Space buscando ser competitiva y ofrecer un servicio de calidad analizo los factores que afectaban la calidad de su servicio y se encontró que el factor más importante era tener una buena conexión a interne, por lo anterior se decidió estudiar diferentes opciones para aumentar la velocidad de acceso y la más apropiada según la empresa era enlazar las sedes de Alcalá y Ansermanuevo, y así en vez de pagar dos canales de internet de 4Mbps para cada sede, pagarían uno de 20Mbps para las dos sedes a un menor precio.
Con el presente proyecto se pretende - Mejorar la calidad del servicio que ofrece la empresa Centro de Comunicaciones My Space. Comunicar y compartir el acceso a internet de manera eficiente y confiable entre las sedes de Alcalá y Ansermanuevo (Valle del Cauca)
Potencia Ganancia Frecuencia Ancho de banda Propagación de las ondas Clima Tiempo Polarización Ruido
Tabla 1. Presupuesto Valor Descripción Cantidad Valor unidad total Cable UTP C-5E exteriores X mt 120 $ 1.350 $ 162.000 Conector RJ45 20 $ 250 $ 5.000 Antena NanoBridge M5- 22 2 $ 245.000 $ 490.000 Antena AirGrid M5 - 27 2 $ 230.000 $ 460.000 Soporte antenas 4 $ 20.000 $ 80.000 Alquiler de herramienta para instalación 1 $ 80.000 $ 80.000 Pago ayudantes 1 $ 150.000 $ 150.000 Transporte 1 $ 70.000 $ 70.000 Alimentación 1 $ 30.000 $ 30.000 Anticipo alquiler torre X antena 1 mes 2 $ 50.000 $ 100.000 $ TOTAL 1.627.000
2.9 Cronograma de actividades Tabla 2. Cronograma ACTIVIDADES octubre noviembre diciembre enero febrero marzo abril mayo 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º º
Etapa de investigación obtención de requerimientos Análisis de requerimientos Investigación comunicacion es inalámbricas Diseño físico de la red Diseño lógico de la red Investigación simuladores Simulación radio enlace Demostración ecuaciones Instalación radio enlace Pruebas y correcciones Construcción del documento
El proyecto “Diseño, simulación e implementación de un radio enlace entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo (Valle del Cauca)” se desarrollara en los municipios mencionados los cuales están ubicados al norte del Valle del Cauca. Figura 1. Ubicación en el mapa de Colombia
Fuente: http://maps.google.com
Figura 2. Departamento del Valle del Cauca
Ansermanue vo
El norte del valle del cauca es una zona de terrenos muy irregulares, tiene extensas planicies rodeadas de montañas muy empinadas y una de ellas es el cerro Modín en donde podrán ser ubicadas las antenas repetidoras. Con este proyecto se busca resaltar la importancia del estudio de las telecomunicaciones para contribuir en el progreso de las empresas de nuestro país con soluciones prácticas y equipos de comunicación de altas prestaciones a precios bajos. Además se busca enriquecer el conocimiento de los futuros ingenieros de sistemas y telecomunicaciones con un ejemplo práctico el cual puedan tomar como referencia al momento de construir proyectos telemáticos. A septiembre de 2010, Colombia alcanzó un total de 4.046.997 suscriptores del servicio de acceso a Internet fijo y móvil, que equivalen a 8,9 suscriptores por cada 100 habitantes como se observa en la Figura 2. Esta cifra representa un crecimiento en suscriptores del 12,83% respecto de junio de 2010. (MinTIC, Ministerio de tecnologias de la informacion y las comunicaciones, 2011) Figura 3. Suscriptores a internet (banda ancha – banda angosta)
Fuente: (MinTIC, Ministerio de tecnologias de la informacion y las comunicaciones, 2011) Es evidente la masificación del internet en Colombia y la tendencia es seguir aumentando, además del esfuerzo que el gobierno está haciendo para hacer de Colombia un país digital con la puesta en marcha de gigantescos proyectos que buscan masificar aun más el internet.
A lo anterior deben sumarse, los positivos resultados de los esfuerzos realizados por el Gobierno Nacional, entre los cuales se destaca el significativo avance en relación con la Ley de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, de iniciativa gubernamental, cuya consecuencia directa corresponde a la configuración de una verdadera Sociedad de la Información y, con ello, del reconocimiento que se debe hacer sobre el acceso y uso de las TIC como política de Estado, el despliegue y uso eficiente de la infraestructura, el desarrollo de contenidos y aplicaciones, la protección de los derechos de los usuarios y la capacitación del recurso humano en las tecnologías citadas, como pilares para la consolidación de una sociedad de la información y del conocimiento. Así las cosas, la gestación de la Sociedad de la Información en el país se evidencia con dicha Ley, con la cual se quiere contar con normas reglamentarias y regulatorias adaptadas a la nueva realidad del sector y, como consecuencia de ello, disponer de un marco institucional orientado por unos principios y conceptos claros sobre la Sociedad de la Información y la promoción de las TIC. (Comision de Regulacion de Comunicaciones, 2009)
COMUNICACIONES INALÁMBRICAS 4.1.1 Sistemas de comunicación
Para dejar claro el significado de sistema de comunicación se consideró tomar como referencia las siguientes definiciones: El objetivo fundamental de un sistema de comunicaciones, es transferir información de un lugar a otro. Por consiguiente, se puede decir que las comunicaciones son la transmisión, recepción y procesamiento de información entre dos lugares. La fuente original de información puede estar en forma analógica (continua), como por ejemplo la voz humana o la música, o en forma digital (discreta), como por ejemplo los números codificados binariamente o los códigos alfanuméricos. Sin embargo todas las formas de información se deben convertir a energía electromagnética antes de ser propagadas a través de un sistema electrónico de comunicaciones (TOMASI, 2003). Un sistema de comunicación transporta información desde su fuente hasta un destino situado a cierta distancia. Un sistema convencional incluye numerosos componentes que cubren todas las posibilidades de la ingeniería eléctrica: circuitos, electrónica, electromagnetismo, procesamiento de señales, microprocesadores y redes de comunicación, por mencionar solo algunos de los campos relevantes (Carlson, Crilly, & Rutledge, 2007). Considérese lo que ocurre en una conversación cuando una persona dice la palabra “señal” y otra la escucha (figura 4). El hablante piensa primero en el concepto de una señal. Su cerebro convierte rápidamente el concepto a la palabra “señal”. Luego su cerebro envía impulsos nerviosos a sus cuerdas vocales y al diafragma para crear el movimiento y vibración del aire y los movimientos de la lengua y los labios para producir el sonido. Este sonido se propaga después a través del aire entre el hablante y el oyente. El sonido choca contra el tímpano auditivo del oyente y las vibraciones se convierten en impulsos nerviosos que el cerebro del escucha convierte primero en el sonido, después en la palabra y luego en el concepto, por lo tanto la conversación ordinaria se lleva a cabo a través de un sistema de gran complejidad (ROBERTS, 2005).
Figura 4. Comunicación entre dos personas
Fuente: (ROBERTS, 2005) La comunicación entre dos personas involucra señales y el procesamiento de éstas mediante sistemas. En general los elementos de un sistema de comunicación se pueden considerar como se muestra en la figura 5a, por medio de diagramas de bloques. Figura 5. Modelo simplificado para las comunicaciones
Fuente: (Carlson, Crilly, & Rutledge, 2007) Todo sistema de comunicación tiene como objetivo principal intercambiar información entre dos entidades. La Figura 5b se muestra un ejemplo de 25
comunicación entre una estación de trabajo y un servidor a través de una red de telefonía pública. La fuente: Este dispositivo genera los datos a transmitir, por ejemplo teléfonos o computadores. El transmisor: Normalmente los datos generados por la fuente no se transmiten directamente tal y como son generados. Al contrario, el transmisor transforma y codifica la información, generando señales electromagnéticas susceptibles de ser transmitidas a través de algún sistema de transmisión. Por ejemplo, un modem convierte las señales de bits generadas a través de la red telefónica. El sistema de transmisión (canal): Es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de la información, puede ser un medio físico y otras veces no, ya que las ondas electromagnéticas son susceptibles de ser transmitidas por el vacio. El receptor: Acepta la señal proveniente del sistema de transmisión y la transforma de tal manera que pueda ser manejada por el dispositivo destino. Por ejemplo, un modem captara la señal analógica de la red o línea de transmisión y la convertirá en una cadena de bits. El destino: es quien toma los datos del receptor (STALLINGS, 2000). 4.1.2 Ondas electromagnéticas Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Son Ondas producidas por el movimiento de una carga eléctrica. Son disturbios ondulatorios que se repiten en una distancia determinada llamada la longitud de onda. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio físico para propagarse, se propagan libremente por el aire alcanzando velocidades de 300,000 Km/s. (CLANAR, 2007) El espectro electromagnético (EM) es simplemente un nombre que los científicos han dado al conjunto de todos los tipos de radiación cuando se habla de ellos como grupo. La radiación es la energía que viaja en ondas y que se propaga con la distancia. La luz visible procedente de una lámpara y las ondas de radio de una estación de radio son dos tipos de ondas electromagnéticas. Otros ejemplos son las microondas, la luz infrarroja, la luz ultravioleta, los rayos x y los rayos gamma. Todas las ondas EM viajan a la misma velocidad que la luz en el vacío y tienen una longitud de onda (x) y una frecuencia (f) características, que pueden determinarse utilizando la siguiente ecuación:
Ecuación 1. Velocidad de la luz, frecuencia y lambda
C= x*f Donde c es la velocidad de la luz (3*108m/s).
Esta fórmula dice que la longitud de onda de cualquier onda EM viajando en el vacío, en metros, multiplicada por la frecuencia de esa misma onda EM, en Hz, siempre es igual a la velocidad de la luz, es decir, 3*10 8 m/s, o 300.000 kilómetros por segundo. Cuando no viaja en el vacío, el material afecta a la velocidad de una onda EM. (CISCO, SYSTEM, 2006) Las ondas EM exhiben las siguientes propiedades: - Reflexión (rebote) - Refracción ( curvatura ) - Difracción ( propagación de los obstáculos ) - Dispersión (re direccionadas por las partículas). Figura 6. Componentes de una onda
Fuente: (ROBERTS, 2005) Amplitud: Es la distancia máxima vertical entre la base y la onda. Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda. En las ondas electromagnéticas la amplitud del campo eléctrico está expresada en metros. La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posición. La forma de la variación de amplitud es llamada la envolvente de la onda. Periodo: Es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. Frecuencia: Se refiere a cuantos periodos por unidad de tiempo (segundos) se repite la onda y es medida en hertzios. (ROBERTS, 2005) La frecuencia y el periodo de una onda son recíprocos entre si y están representados por la siguiente fórmula:
Ecuación 2. Frecuencia
1 T Donde “f” igual a frecuencia y “T” igual a periodo. Longitud de Onda: La longitud de onda es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros. A menor frecuencia mayor longitud de onda, esto es mayor alcance, las de mayor longitud de onda nos traspasan, atraviesan obstáculos, pero tienen bajas velocidades, por el contrario a mayor frecuencia menor longitud de onda, mayor velocidad, menor alcance y no atraviesan obstáculos a grandes distancias. (CLANAR, 2007) f= 4.1.3 Espectro electromagnético
El objetivo de un sistema de comunicaciones es transferir información entre dos o más lugares, cuyo nombre común es estaciones. Esto se logra convirtiendo la información original en energía electromagnética, para transmitirla a continuación a una o más estaciones receptoras, donde se reconvierte a su forma original. La energía electromagnética se puede propagar en forma de voltaje o corriente, a través de un conductor o hilo metálico, o bien en forma de ondas de radio emitidas hacia el espacio libre, o como ondas luminosas a través de una fibra óptica. La energía electromagnética se distribuye en un intervalo casi infinito de frecuencias. (TOMASI, 2003) La frecuencia no es más que la cantidad de veces que sucede un movimiento periódico, como puede ser una onda senoidal de voltaje o corriente, durante determinado periodo. Cada inversión completa de onda se llama ciclo. La unidad básica de frecuencia es el hertz (Hz), y un hertz es igual a un ciclo por segundo (1 Hz = 1 cps). (TOMASI, 2003).
Figura 7. El espectro electromagnético
Fuente: http://www.diosesimaginario.com
4.1.4 Propagación de la señal
La propagación de las ondas electromagnéticas por el espacio libre se suele llamar propagación de radiofrecuencia (RF). O simplemente radio propagación. Aunque el espacio libre implica al vacío, con frecuencia la propagación por la atmósfera terrestre se llama propagación por el espacio libre, y se puede considerar casi siempre así. La diferencia principal es que la atmósfera de la tierra introduce pérdidas de la señal que no se encuentran en el vacío. Las ondas EM se propagan a través de cualquier material dieléctrico, incluyendo el aire. Sin embargo, no se propagan bien a través de conductores con pérdidas, como por ejemplo agua de mar, porque los campos eléctricos hacen que fluyan corrientes en el material, que disipan con rapidez la energía de las ondas. (TOMASI, 2003) El termino radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético,
situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena. (CLANAR, 2007) Las ondas electromagnéticas de radio que viajan dentro de la atmósfera terrestre se llaman ondas terrestres, y las comunicaciones entre dos o más puntos de la Tierra se llaman radiocomunicaciones terrestres. Las ondas terrestres se ven influidas por la atmósfera y por la tierra misma. En las radiocomunicaciones terrestres, las ondas se pueden propagar de varias formas, que dependen de la clase del sistema y del ambiente. Las ondas electromagnéticas también viajan en línea recta, excepto cuando la tierra y su atmósfera alteran sus trayectorias. En esencia, hay tres formas de propagación de ondas electromagnéticas dentro de la atmósfera terrestre: onda terrestre, onda especial (que comprende ondas directas y reflejadas en el suelo) y ondas celestes o ionosféricas. (TOMASI, 2003)
4.1.4.1 Pérdidas en la trayectoria por el espacio libre Se define a las pérdidas en la trayectoria en espacio libre (a veces llamadas pérdidas dispersión) como la pérdida incurrida por una onda electromagnética en línea recta a través del vacío, sin energías de absorción o reflexión debidas a objetos cercamos. Las pérdidas en la trayectoria en espacio libre dependen de la frecuencia, y aumentan con la distancia. La ecuación para determinar estas pérdidas es la siguiente. (TOMASI, 2003)
Ecuación 3. Perdida en la trayectoria por el espacio libre (adimensional)
4𝜋𝐷 2 = 4𝜋𝑓𝐷 2 𝜆 𝑐
Lp= perdida en la trayectoria por el espacio libre (adimensional) D= Distancia (Kilómetros) f= frecuencia (hertz) λ= Longitud de onda (metros) c= Velocidad de la luz en el espacio libre (3 X 10 8 metros por
segundo) Al pasar a dB se obtiene:
Ecuación 4. Perdida en la trayectoria por el espacio libre (dB)
Lp(dB) = 10log = 20 log = 20log
4𝜋𝑓𝐷 𝑐 4𝜋 𝑐
4𝜋𝑓𝐷 2 𝑐
+ 20log f+ 20 logD
Cuando la frecuencia está en MHz y la distancia en Km
Ecuación 5. Perdida en la trayectoria por el espacio libre (MHz)
Lp (dB) = 20log
4𝜋 10 10 3 3𝑥10 8
+ 20log f(MHz) +20log Dkm
= 32.4 +20log f(MHz) + 20log Dkm Cuando la frecuencia está en GHz y la distancia en km,
Ecuación 6. Perdida en la trayectoria por el espacio libre (GHz)
Lp(dB) = 92.4+20logf(GHz)+20log D(km) Se puede hacer conversiones parecidas para la distancia en millas, frecuencia en KHz, etc. (TOMASI, 2003) 4.1.4.2 Margen de desvanecimiento En esencia el margen de desvanecimiento es un “factor ficticio” que se incluye en la ecuación de ganancia del sistema, para tener en cuenta en las características no ideales y menos predecibles de la propagación de las ondas de radio, por ejemplo, la propagación por múltiples trayectorias (perdida por múltiples trayectorias) y la sensibilidad del terreno. Estas características son causa de condiciones atmosféricas temporales y anormales que alteran las pérdidas en la trayectoria en espacio libre y, por lo general, son perjudiciales para la eficiencia general del sistema. El margen de desvanecimiento también tiene en cuenta los objetivos de confiabilidad de un sistema. Por lo anterior, el margen de desvanecimiento se incluye como una pérdida en la ecuación de ganancia del sistema. (TOMASI, 2003) W.T Barnett, de Bell Telephone Laboratories, describió en abril de 1969, formas de calcular el tiempo de interrupción debido al desvanecimiento en una trayectoria sin diversidad, en función del terreno, el clima, la longitud de la trayectoria y el margen de desvanecimiento. Arvids Vignant, también de Bell Laboratories, dedujo en junio de 1970 fórmulas para calcular el mejoramiento efectivo alcanzable mediante diversidad espacial vertical, en función de la distancia de separación, longitud de trayectoria y frecuencia. (TOMASI, 2003) Al resolver las ecuaciones de confiabilidad de Barnett – Vignant para determinada disponibilidad anual de un sistema no protegido y sin diversidad, se obtiene la siguiente ecuación:
Ecuación 7. Margen de desvanecimiento
Fm = 30log D + 10log (6ABf) Efecto de Sensibilidad Trayectoria múltiple del terreno
– 10log (1-R) Objetivos de confiabilidad
-70 Constante
Siendo Fm = margen de desvanecimiento (dB) D = distancia de (kilómetros) f= frecuencia (gigahertz) r = confiabilidad en decimales (es decir, 99.99% = 0.9999 de confiabilidad) 1 – R = objetivo de confiabilidad para una ruta de 400km en un sentido A = factor de aspereza = 4 sobre agua o un terreno muy liso = 1 sobre terreno promedio = 0.25 sobre un terreno muy áspero y montañoso B = factor para convertir la probabilidad del peor de los meses en probabilidad anual = 1 para convertir una disponibilidad anual a la base del peor de los meses = 0.5 para áreas cálidas o húmedas = 0.25 para áreas continentales promedio = 0.125 para áreas muy secas o montañosas 4.1.4.3 Rayo de Fresnel Zona de fresnel (CISCO, SYSTEM, 2006) La instalación de redes inalámbricas requiere la misma planificación básica que una red cableada. La principal diferencia es que debido a la naturaleza de la señal inalámbrica, se necesita una planificación adicional. Esa planificación incluye la selección del emplazamiento y el análisis de la ruta de RF. También es posible que tenga que investigar las leyes locales de la zona, así como las regulaciones gubernamentales, cuando se trata de levantar torres. La planificación de un enlace inalámbrico implica la recopilación de información mediante el estudio del sitio físico y la toma de decisiones. Estas tareas de diseño del enlace son las siguientes: - Levantar el punto de montaje de la antena. - Construir una estructura nueva, como una torre de radio, suficientemente alta como para instalar la antena. - Aumentar la altura de una torre existente. - Localizar un punto de montaje diferente para la antena. - Cortar los árboles problemáticos. Al diseñar una conexión de punto a punto, no olviden la zona fresnel. Estos son algunos de los detalles más importantes sobre la línea de división y la zona Fresnel: - Las señales de microondas viajan en línea recta, pero se dispersan al viajar.
La zona despejada necesaria se denomina zona Fresnel. La zona Fresnel es una elipse imaginaria que rodea la ruta lineal entre las antenas. - La zona Fresnel despejada necesaria es más grande en mitad de la ruta y disminuye cerca del emplazamiento de cada antena. - El grosor de la zona Fresnel es una función de la longitud de la ruta. Cuanto más larga es la ruta, más ancha es la zona Fresnel. - Las antenas tienen que ser suficientemente altas para que la primera zona Fresnel franquee montañas, la curvatura de la tierra, edificios y árboles. La zona Fresnel es un área elíptica que rodea la ruta visual, es una zona que varía en función de la longitud de onda de la señal y de su frecuencia. La zona Fresnel se puede calcular, y debe tenerla en cuenta cuando diseñe un enlace inalámbrico. Las figuras 8, 9 y 10 muestran algunas formas de mejorar el efecto Fresnel. Las siguientes herramientas pueden ser útiles para conseguir una alineación precisa: - Globo. La cuerda debe marcarse a intervalos de 3 metros (10 pies) a fin de poder establecerse una altura. Este valor le ayudará a determinar la altura global de la torre o mástil necesario (véase la Figura 10). - Binoculares o Telescopio. Los necesitará para los enlaces más distantes. Recuerde que el globo debe ser visible desde el sitio remoto. - Sistema de posicionamiento global (GPS). Para los enlaces de radio muy distantes, esta herramienta permite al instalador apuntar las antenas en la dirección correcta. - Luz estroboscópica. En lugar del globo, puede utilizar la luz estroboscópica de noche para determinar donde alinear la antena y a qué altura. Figura 8. Zona de Fresnel
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006)
Figura 9. Mejora del efecto Fresnel
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Figura 10. Uso de un globo
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) En un diseño de un enlace punto a punto es muy importante tener en cuenta la zona Fresnel, que puede concebir como la línea de visión. Para las WLAN la línea de visión es más que una línea directa entre las dos antenas. La línea de visión es más que una elipse libre de obstáculos; debe tenerse en cuenta el futuro crecimiento de los árboles. Debido a la elipse de la zona Fresnel, las antenas deben instalarse a bastante altura para mantener despejada el punto central de la zona Fresnel. (CISCO, SYSTEM, 2006) Las zonas de Fresnel representan regiones sucesivas donde las ondas secundarias tienen un camino con una longitud desde el transmisor hasta el receptor que es de nλ/2 más largo que el camino de línea de vista. La siguiente figura muestra un plano transparente puesto entre el transmisor y el receptor. Los círculos concéntricos en el plano representan el punto de origen de las ondas secundarias que se propagan hacia el receptor y así, la longitud del camino total se incrementa por λ/2 para círculos sucesivos. (Freeman, 2007)
Figura 11. Zonas de Fresnel
Fuente: (Freeman, 2007) Los círculos concéntricos son llamados zonas de Fresnel. Las zonas de Fresnel posteriores tienen un efecto que alternadamente proveen interferencia constructiva y destructiva para la señal total recibida por la antena receptora. El radio del enésimo círculo de la zona de Fresnel es denominado Rn y está determinado por n, d1, d2. (Freeman, 2007)
Ecuación 8. Zona de Fresnel
d1d2 d1 + d2
Donde: d1= distancia del transmisor al obstáculo d2= distancia del receptor al obstáculo λ = longitud de onda n = numero entero que caracteriza la elipse correspondiente
4.1.4.4 Curvatura de la Tierra La curvatura de la tierra se convierte en un problema para los enlaces superiores a los 11 Km (7 millas). La línea de visión desaparece a los 25 Km (16 millas). Por consiguiente, debe tener en cuenta la curvatura de la tierra a la hora de determinar la altura a la que instalara la antena. Cuanto más larga sea la ruta, mas altura adicional será necesaria para la antena. Utilice la siguiente fórmula para calcular la altura adicional: Altura añadida = 𝐷 2 / 8 Donde D es la distancia de la ruta, en millas; la altura añadida se expresa en pies. Para tener en cuenta la obstrucción de la curvatura de la tierra, las antenas deben elevarse más que si la tierra fuera plana. (CISCO, SYSTEM, 2006) 35
4.1.5 Estándares de comunicación
IEEE corresponde a las siglas de (Institute of Electrical and Electronics Engineers) en español Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, es una asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Es la mayor asociación internacional sin ánimo de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica, científicos de la computación, ingenieros en informática, ingenieros en biomédica, ingenieros en telecomunicación e ingenieros en mecatrónica. (IEEE, 2011) Su creación se remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a personalidades de la talla de Thomas Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre de IEEE al fusionarse asociaciones como el AIEE (American Institute of Electrical Engineers) y el IRE (Institute of Radio Engineers). (IEEE, 2011) A través de sus miembros, más de 400.000 voluntarios en 160 países, el IEEE es una autoridad líder y de máximo prestigio en las áreas técnicas derivadas de la eléctrica original: desde ingeniería computacional, tecnologías biomédica y aeroespacial, hasta las áreas de energía eléctrica, control, telecomunicaciones y electrónica de consumo, entre otras. Según el mismo IEEE, su trabajo es promover la creatividad, el desarrollo y la integración, compartir y aplicar los avances en las tecnologías de la información, electrónica y ciencias en general para beneficio de la humanidad y de los mismos profesionales. (IEEE, 2011) IEEE es una empresa líder en desarrollo de normas internacionales que sustentan muchas de las telecomunicaciones de hoy en día, la tecnología de la información y productos de generación de energía y servicios. A menudo la fuente central para la normalización en una amplia gama de tecnologías emergentes, la IEEE Standards Association tiene una cartera de más de 1300 normas y proyectos en desarrollo. Esto incluye el destacado ® IEEE 802, estándares para redes inalámbricas. (IEEE, 2011) 4.1.5.1 IEEE 802 IEEE 802 es un estudio de estándares elaborado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) que actúa sobre Redes de Ordenadores. Concretamente y según su propia definición, sobre redes de área local (en inglés LAN) y redes de área metropolitana (MAN en inglés). También se usa el nombre IEEE 802 para referirse a los estándares que proponen, algunos de los cuales son muy conocidos: Ethernet (IEEE 802.3), o Wi-Fi (IEEE 802.11). Está, incluso el estandarizado Bluetooth en el 802.15 (IEEE 802.15). (IEEE, 2001)
4.1.5.2 IEEE 802.11 La especificación IEEE 802.11 es un estándar internacional que define las características de una red de área local inalámbrica (WLAN). Wi-Fi (que significa "Fidelidad inalámbrica", a veces incorrectamente abreviado WiFi) es el nombre de la certificación otorgada por la Wi-Fi Alliance, anteriormente WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), grupo que garantiza la compatibilidad entre dispositivos que utilizan el estándar 802.11. (IEEE, 2007) El estándar 802.11 establece los niveles inferiores del modelo OSI para las conexiones inalámbricas que utilizan ondas electromagnéticas, por ejemplo: La capa física (a veces abreviada capa "PHY") ofrece tres tipos de codificación de información. La capa de enlace de datos compuesta por dos subcapas: control de enlace lógico (LLC) y control de acceso al medio (MAC). (IEEE, 2007)
La capa física define la modulación de las ondas de radio y las características de señalización para la transmisión de datos mientras que la capa de enlace de datos define la interfaz entre el bus del equipo y la capa física, en particular un método de acceso parecido al utilizado en el estándar Ethernet, y las reglas para la comunicación entre las estaciones de la red. Tabla 3. 802.11a/b/g/n Tecnología Wi-Fi Banda de frecuencia 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n Ancho de banda o velocidad de datos máxima De 5 GHz 54 Mbps 2,4 GHz 11 Mbps 2,4 GHz 54 Mbps 2,4 GHz, 5 GHz, 450 Mbps 2,4 o 5 GHz (seleccionable), o 2,4 y 5 GHz (concurrente)
4.1.5.3 IEEE 802.11n Es una propuesta de modificación al estándar IEEE 802.11-2007 para mejorar significativamente el rendimiento de la red más allá de los estándares anteriores, tales como 802.11b y 802.11g, con un incremento significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600 Mbps
La versión oficial de 802.11n es la producida por el grupo de trabajo 802.11 ratificado por la IEEE. El Grupo de Trabajo de 802,11 está en el proceso de la elaboración de un borrador de 802.11n. (IEEE, 2009) El WI-FI Alliance, es una organización de la industria que proporciona la certificación de interoperabilidad entre los dispositivos 802.11, comenzó a certificar la interoperabilidad de los dispositivos 802.11n en junio de 2007. Para la certificación utiliza un primer borrador del estándar IEEE 802.11n, (borrador 2.0. 802.11n) el borrador 2.0 es el primer borrador de 802.11n para conseguir un consenso suficiente en el Grupo de Trabajo 802.11 para ser considerado un "aprobado" el proyecto de la residencia. MIMO Múltiple-input múltiple-ouput (MIMO) es el corazón de 802.11n. Esta discusión técnica de MIMO proporciona una base para entender cómo 802.11n puede alcanzar velocidades de datos de 600 Mbps. Los sistemas MIMO, cuyo nombre proviene del empleo de múltiples antenas en transmisión y en recepción, consiguen una mejora de la eficiencia espectral (bit/s/Hz) y una reducción de los desvanecimientos mediante la utilización de técnicas de codificación y diversidad. (Pascual, 2008) Se asemejan, en cierto modo, a la tecnología de antenas inteligentes (pequeñas antenas) que emplean técnicas de procesado de señal para realizar un apuntamiento dinámico del haz, aunque en este caso con el fin principal de aumentar la tasa de bit. En el mercado se pueden encontrar multitud de dispositivos que emplean la tecnología MIMO, habitualmente en combinación con técnicas de modulación OFDM (orthogonal frequency division multiplexing). A modo de ejemplo, las redes 3G y los sistemas WiMAX ya implementan esta tecnología, y en el futuro se espera que lo hagan todas las redes 4G. Arquitectura del sistema y fundamentos básicos El esquema básico de un sistema MIMO consiste en la utilización de N antenas transmisoras y M antenas receptoras, las cuales trabajan de forma coordinada con el fin de optimizar el rendimiento del canal de transmisión en términos de tasa de bit y propagación multicamino. Podemos decir, pues, que MIMO crea múltiples flujos (enlaces) de datos paralelos entre las diferentes antenas transmisoras y receptoras, los cuales pueden diferenciarse en recepción gracias a las técnicas de codificación empleadas en la propagación multicamino. Luego se trata de sendas agrupaciones de antenas alimentadas desde un punto común, ya que en el caso de antenas independientes el sistema no funcionaría. (Pascual, 2008) El fundamento de las técnicas MIMO se basa en conseguir una ganancia de canal, la cual puede obtenerse mediante técnicas de diversidad (fiabilidad del sistema con respecto a desvanecimientos), o bien mediante multiplexación (capacidad del
sistema). Se tiene así los dos métodos que se emplean habitualmente en los sistemas MIMO, los cuales pueden a su vez combinarse: Figura 12. Matriz de canal, H
Fuente: (Pascual, 2008) • Multiplexación espacial: en este caso, la señal a transmitir se divide en varios flujos de datos de menor velocidad que se transmiten a la misma frecuencia por medio de cada una de las antenas transmisoras. Posteriormente, bajo ciertas condiciones de diseño, en el receptor se pueden volver a recuperar dichos flujos de datos y crear varios canales en paralelo. Es un método muy eficiente para aumentar la capacidad del sistema con relaciones señal a ruido altas. • Codificación de diversidad: a diferencia del caso anterior, se transmite un único flujo de datos, pero la señal se codifica empleando códigos espacio-temporales. La técnica puede aplicarse en el transmisor sin tener conocimiento de las propiedades del canal. La mejora de la señal por diversidad se basa en que los desvanecimientos se producen de forma relativamente independiente en cada uno de los enlaces individuales. La polarización de las antenas se convierte también en un aspecto importante en esta técnica. Los diversos enlaces entre antenas constituyen lo que se conoce como matriz de canal. Luego matemáticamente un sistema MIMO se puede expresar por medio de la ecuación: y = Hx + n, donde “x” e “y” son los vectores de señal transmitida y recibida, respectivamente, H es la matriz de canal, de dimensiones MxN, y n es el vector de ruido. Con estas variables, la capacidad media de un sistema MIMO es mín (M, N) veces mayor que la de un sistema SISO (single input single output) tradicional, es decir, con una única antena tanto en transmisión como en recepción. (Pascual, 2008) 4.1.6 Topología e infraestructura básica de redes inalámbricas 4.1.6.1 Topologías básicas de red La topología de una red representa la disposición de los enlaces que conectan los nodos de una red. Las redes pueden tomar muchas formas diferentes dependiendo de cómo están interconectados los nodos. Hay dos formas de
describir la topología de una red: física o lógica. La topología física se refiere a la configuración de cables, antenas, computadores y otros dispositivos de red, mientras la topología lógica hace referencia a un nivel más abstracto, considerando por ejemplo el método y flujo de la información transmitida entre nodos. (Buettrich & Escudero Pascual, 2007). A continuación una breve descripción de las topologías de red básicas cableadas e inalámbricas. Tabla 4. Topologías básicas de red
Fuente: (Buettrich & Escudero Pascual, 2007)
Figura 13. Topologías básicas de red.
4.1.6.2 Componentes de redes inalámbricas
Un punto de acceso es un “concentrador” inalámbrico. El transmisor/receptor conecta entre si los nodos de la red inalámbrica y normalmente también sirve de puente entre ellos y la red cableada. Un conjunto de puntos de acceso (coordinados) se pueden conectar unos con otros para crear una gran red inalámbrica. Desde el punto de vista de los clientes inalámbricos (como las computadoras portátiles o las estaciones móviles), un punto de acceso provee un cable virtual entre los clientes asociados. Este “cable inalámbrico” conecta tanto a los clientes entre si, como los clientes con la red cableada. Un punto de acceso debe distinguirse de un enrutador inalámbrico, que es muy común en el mercado actual. Un enrutador inalámbrico es una combinación entre un punto de acceso y un enrutador, y puede ejecutar tareas más complejas que las de un punto de acceso. Considere un enrutador inalámbrico como un puente (entre la red inalámbrica y la red Ethernet) y un enrutador (con características de enrutamiento IP). (Buettrich & Escudero Pascual, 2007) 41
Un cliente inalámbrico es cualquier estación inalámbrica que se conecta a una red de área local (LAN –Local Área Network) inalámbrica para compartir sus recursos. Una estación inalámbrica se define como cualquier computador con una tarjeta adaptadora de red inalámbrica instalada que transmite y recibe señales de Radio Frecuencia (RF). Algunos de los clientes inalámbricos más comunes son las computadoras portátiles, PDAs, equipos de vigilancia y teléfonos inalámbricos de VoIP. (Buettrich & Escudero Pascual, 2007) 4.1.6.3 Tipos de enlaces inalámbricos
Los enlaces punto a punto generalmente se usan para conectarse a Internet donde dicho acceso no está disponible de otra forma. Uno de los lados del enlace punto a punto estará conectado a Internet, mientras que el otro utiliza el enlace para acceder al mismo. Con antenas apropiadas y existiendo línea visual, se pueden hacer enlaces punto a punto seguros de más de treinta kilómetros. (wndw.net, 2008) Figura 14. Enlace punto a punto
Fuente: (wndw.net, 2008) Por supuesto, una vez hecha una conexión punto a punto, se pueden añadir otras para extender la red aún más. Mediante la instalación de otro enlace punto a punto hacia el lugar remoto, se puede unir a la red otro nodo y hacer uso de la conexión central a Internet. Los enlaces punto a punto no necesariamente tienen que estar relacionados con el acceso a Internet. Las redes inalámbricas pueden proveer suficiente ancho de banda como para transmitir grandes cantidades de datos (incluyendo audio y
video) entre dos puntos, aún en ausencia de conexión a Internet.
La siguiente red más comúnmente encontrada es el punto a multipunto donde varios nodos están hablando con un punto de acceso central, esta es una aplicación punto a multipunto. El ejemplo típico de esta disposición es el uso de un punto de acceso inalámbrico que provee conexión a varias computadoras portátiles. Las computadoras portátiles no se comunican directamente unas con otras, pero deben estar en el rango del punto de acceso para poder utilizar la red. Figura 15. Punto multipunto
Fuente: (wndw.net, 2008)
El tercer tipo de diseño de red es el multipunto a multipunto, el cual también es denominado red ad hoc o en malla (mesh). En una red multipunto a multipunto, no hay una autoridad central. Cada nodo de la red transporta el tráfico de tantos otros como sea necesario, y todos los nodos se comunican directamente entre sí. Figura 16. Multipunto a multipunto
El beneficio de este diseño de red es que aún si ninguno de los nodos es alcanzable desde el punto de acceso central, igual pueden comunicarse entre sí. Las buenas implementaciones de redes mesh son auto reparables, detectan automáticamente problemas de enrutamiento y los corrigen. Extender una red mesh es tan sencillo como agregar más nodos. Si uno de los nodos en la “nube” tiene acceso a Internet, esa conexión puede ser compartida por todos los clientes 4.1.7 Normatividad La ley 1341 determina el marco general para la formulación de las políticas públicas que requerirán el Sector de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, su ordenamiento general, el régimen de competencia, la protección del usuario, así como lo concerniente a la cobertura, la calidad del servicio, la promoción de la inversión en el sector y el desarrollo de estas tecnologías, el uso eficiente de las redes y del espectro radioeléctrico, así como las potestades del Estado en relación con la planeación, la gestión, la administración adecuada y eficiente de los recursos, regulación, control y vigilancia del mismo y facilitando el libre acceso y sin discriminación de los habitantes del territorio nacional a la Sociedad de la Información. El decreto 4949 de 2009, tiene por objeto la reglamentación de la habilitación general para la provisión de redes y/o servicios de telecomunicaciones y el Registro TIC; de acuerdo a lo establecido en los artículos 10 y 15 de La Ley 1341 de 2009. La Resolución 689 de 2004 atribuyó unas bandas de frecuencias radioeléctricas para su libre utilización dentro del territorio nacional, mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que utilicen tecnologías de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, en las condiciones establecidas por dicha resolución. El artículo 5º de la norma atribuyó las siguientes bandas de frecuencias para la operación de dichos sistemas inalámbricos de banda ancha y baja potencia: a) Banda de 902 a 928 MHz b) Banda de 2.400 a 2.483,5 MHz c) Banda de 5.150 a 5.250 MHz d) Banda de 5.250 a 5.350 MHz e) Banda de 5.470 a 5.725 MHz f) Banda de 5.725 a 5.850 MHz Igualmente, La Resolución 797 de 2001 atribuyó unas frecuencias y bandas de frecuencias radioeléctricas para su uso libre por parte del público en general, en aplicaciones de: telemetría, telecomando, telealarmas, telecontrol vehicular, dispositivos de operación momentánea, microfonía inalámbrica y transreceptores de voz y datos, que posean bajos niveles de potencia o de intensidad de campo,
con las características técnicas particulares descritas en dicha resolución. También la Resolución 2190 de 2003 atribuyó unas frecuencias radioeléctricas para su uso libre por parte del público en general, en aplicaciones de radios de baja potencia y corto alcance de operación itinerante, cuya instalación y operación se autoriza de manera general, y definió las características técnicas de operación para la utilización de los mismos, en las condiciones que se establecen en esta norma. (Agencia Nacional del Espectro, 2010) 4.1.8 Carga y cobertura Habrá lagunas de cobertura en cada velocidad de transmisión de datos. Si el cliente quiere contar con una determinada zona con cobertura a una velocidad de transmisión de datos específica, se podrían necesitar varias inspecciones. Es necesario inspeccionar cada velocidad para averiguar dónde está la laguna de cobertura para cada velocidad. Es importante averiguar el rendimiento que necesitaran los usuarios para determinar la ubicación de los AP. Los requisitos de ancho de banda para la conectividad inalámbrica determina potencialmente el número de AP necesarios. Si se requiere una velocidad constante y esa velocidad es bastante alta (por ejemplo, 11 Mbps), la cobertura será inferior y se necesitaran muchos AP. (CISCO, SYSTEM, 2006) En muchas situaciones es más importante la cobertura del AP que el ancho de banda, por lo que se puede recurrir a la negociación automática de la velocidad de ancho de banda. Con la negociación automática de la velocidad, el cliente elige la mejor velocidad en función de su distancia actual. Cuando el cliente se acerca a un AP, utiliza un ancho de banda alto (por ejemplo, 54 Mbps). Cuando el cliente se aleja del AP y la distancia aumenta, el ancho de banda se reduce para conseguir la mejor calidad de señal posible. En cualquier diseño hay que considerar la carga de un AP o el número total de clientes potenciales. Un problema que surge con las WLAN es que no se conoce el número potencial de clientes, porque la libertad que supone la tecnología inalámbrica permite que dentro de un área converja cualquier número de personas. El número máximo de clientes como indica la tabla de direcciones del AP es 256. Este máximo no es práctico, porque las WLAN son una infraestructura compartida, similar a los hubs de una red cableada. (CISCO, SYSTEM, 2006) A medida que se añaden más clientes a un AP, se reduce el ancho de banda global disponible para cada usuario, algo que podría ser aceptable para las aplicaciones de ancho de banda variable. No obstante, para muchas aplicaciones, especialmente los entornos gráficos modernos que procesan gran cantidad de datos, esta solución podría resultar inadecuada. La distribución de los clientes entre mas AP, particularmente en las áreas congestionadas, resuelve fácilmente este problema. Esto distribuye la carga gracias a la superposición de la cobertura entre AP. Asegúrese de que cada AP se está comunicando en su canal único
para evitar la interferencia con los demás. Si solo dos AP tendrán las coberturas superpuestas, se pueden utilizar cualesquiera dos canales entre 1 y 11, pero deberán estar separados como mínimo por cinco canales (por ejemplo, 1 y 6, 1 y 7, 2 y 9). Si se utilizan tres o más AP para superponer la cobertura, los canales 1,6 y 11 son los canales FCC no superpuestos que deben utilizarse. El ETSI y Japón tienen otras posibilidades en cuanto al conjunto de canales. En algunos entornos, el ancho de banda y la carga del AP son factores de diseño determinantes para la implementación de una WLAN. Una forma de asegurarse de que una pequeña área de usuarios utiliza el AP seleccionado consiste en manipular la configuración de potencia del AP para ajustar el tamaño de la celda. Este ajuste crea células que cubren áreas específicas. Los niveles de potencia se pueden controlar tanto en el AP como en los clientes. Figura 17. Asignación de canales
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) 4.1.9 Ancho de banda y rendimiento
Muchas personas piensan que un producto a 11 Mbps soportará muchos radios a 2 Mbps y proporcionará una velocidad de datos total o agregada de 11 Mbps, con cada unidad alcanzando a 2 Mbps completos. El problema es que las unidades de 2 Mbps transmiten a 2 Mbps, invirtiendo cinco veces más de tiempo en la transmisión de datos que un producto a 11 Mbps. Esto significa que la velocidad de transmisión de datos es de solo 2 Mbps para cualquier sitio remoto dado y el total que la unidad de 11 Mbps podría ver seria de 2 Mbps.
Figura 18. Ancho de banda
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Todos los dispositivos tienen que estar configurados a 11 Mbps para conseguir una velocidad total agregada de 11 Mbps. Lo mismo ocurre con 802.11a, 802.11g y 802.11n. Si una sola unidad es inferior al máximo, la velocidad global será algo inferior a la máxima. Esto es porque la unidad base o central tiene que servir a la unidad remota más lenta. Tenga en cuenta lo siguiente: - Si todos los dispositivos operan a la misma velocidad de transmisión de datos, todos invierten el mismo tiempo en enviar paquetes del mismo tamaño. - Si algunos dispositivos están operando a velocidades más altas, el paquete se transfiere más rápidamente. Esto permite que la RF quede disponible antes para el siguiente dispositivo que esté esperando a enviar algunos datos. - Si se hace un intento de reducir el rendimiento a un sitio dado bajando la velocidad del puente, esto también afecta a los puentes de alta velocidad. La cantidad de datos de usuario que pasan por el medio es el rendimiento. Cuando se compara el rendimiento con la capacidad del conducto, la velocidad es la cantidad de todos los datos que el medio puede pasar. Esto incluye la sobrecarga de paquetes como los ACK, los paquetes de asociación y los reintentos. Normalmente, en un sistema inalámbrico el rendimiento es aproximadamente del 50 al 60 por ciento de la velocidad de transmisión de datos.
Figura 19. Velocidades de transmisión
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Sobre la Figura anterior hay que hacer algunas consideraciones: - Si la velocidad de transmisión de datos es de 11 Mbps, por qué se ve solo 5 Mbps? - Rendimiento = datos + sobrecarga. - Ethernet 10 Mbps tiene un rendimiento aproximado de 6 a 7 Mbps. Cuando se comparan los conductos dedicados con los conductos compartidos, una configuración de puente punto a punto es un ejemplo de conducto dedicado. Si el enlace de RF está configurado a 11 Mbps, la velocidad entre esos sitios es de 11 Mbps. Un conducto compartido consta de una red de RF punto a multipunto. Si el enlace de RF está configurado a 11 Mbps, todos los sitios remotos comparten ese conducto de 11 Mbps. Esta compartición se puede comparar con el hecho de compartir un segmento Ethernet. Cuando un segmento cableado tiene varios dispositivos Ethernet, comparten el conducto en que residen. Cuantos más dispositivos se añadan al conducto, menor será el rendimiento global. Recuerde que el rendimiento es este escenario es de aproximadamente 6 Mbps. 4.1.10 Interferencia Las WLAN utilizan un espectro sin licencia, que permite a los clientes administrar sus propios productos e implementaciones. Esto hace que las WLAN sean escalables y fáciles de implementar e instalar. El inconveniente de utilizar un espectro sin licencia es que otros dispositivos también pueden utilizar las mismas frecuencias y, por tanto, afectarse mutuamente. Otros dispositivos que utilizan 2,4 ó 5 GHz, como los teléfonos inalámbricos, pueden tener un impacto independientemente del SSID y de las implementaciones WEP. Aunque WEP proporciona seguridad para los datos de la WLAN, la propia señal de RF todavía
está sujeta a la interferencia, porque se trata de una transmisión de capa 1. La interferencia se puede evitar en la mayoría de los casos seleccionando productos que operen fuera de estos rangos. (CISCO, SYSTEM, 2006) El impacto solo se produce si los dispositivos de terceros utilizan más de una cantidad mínima de RF. Si alguien simplemente activa otro dispositivo de 2,4 GHz, no ocurriría mucho, y no se produciría un impacto real. Pero si ese dispositivo de terceros empezara utilizando el espectro de 2,4 GHz, ambos sistemas sufrirían la degradación del rendimiento. Esto proviene del hecho de que los productos WLAN están basados en CSMA/CA (Acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones, Carrier-Sense Múltiple Acces Collision Detect). Antes de enviar una transmisión, el transmisor comprueba las ondas radiofónicas para ver si se puede utilizar el canal, si un tercero está utilizando el espectro, las ondas no están disponibles. El dispositivo es rechazado hasta que la RF queda disponible. En una red Ethernet cableada es lo mismo que ejecutar una trama de difusión constante por el cable, y tiene el mismo efecto. 4.1.11 Cifrado En las WLAN están disponibles las opciones de cifrado WEP y están definidas en el AP:  Sin cifrado.  Cifrado de 40 bits.  Cifrado de 128 bits. En Estados Unidos Cisco solo comercializa productos con la opción de 128 bits, aunque el cliente puede decidir no activar el cifrado. Cisco tiene un procesamiento de cifrado basado en Hardware, pero afecta muy poco al rendimiento (3% de sobrecarga) cuando el cifrado esta activado en el producto. Otros fabricantes de productos WLAN tienen un cifrado basado en software, que reduce significativamente el rendimiento de la LAN. Todos los procesos de cifrado dependen de las claves para el cifrado. A estas alturas las claves están configuradas manualmente en el AP y en el cliente para un WLAN dentro del edificio. Se pueden definir cuatro posibles claves para cifrar los datos, aunque solo se pueda seleccionar una como clave de transmisión. En esta situación todos los datos procedentes del dispositivo se cifran utilizando la clave de transmisión. Las cuatro claves se pueden utilizar como claves de recepción, por lo que en el dispositivo opuesto hay que definir como clave de transmisión una de las cuatro claves del dispositivo de recepción. El cifrado WEP es conocido por su debilidad. El IEEE está mejorando WEP con TKIP y ofreciendo opciones de autenticación solida con 802.1 x para hacer seguras las WLAN basadas en 802.11. Al mismo tiempo, el IEEE está investigando mecanismos de cifrado más sólidos.
El IEEE ha adoptado el uso del estándar de cifrado avanzado (AES, Advanced Encryption standard) en la sección de privacidad de datos del estándar 802.11i propuesto. Al implementar WEP deben utilizarse mecanismos adicionales como TKIP y MIC. Cuando aparezcan los productos WPA v2 (Compatibles con 802.11i), WEP será reemplazado por el cifrado más fuerte que es AES. (CISCO, SYSTEM, 2006) 4.1.12 Diseño punto a punto  Línea visual o línea de vista
El término “línea de vista”, a menudo abreviada como LOS (por su sigla en inglés, Line of Sight), es fácil de comprender cuando hablamos acerca de la luz visible: si podemos ver un punto B desde un punto A donde estamos, tenemos línea visual. Dibuje simplemente una línea desde A a B, y si no hay nada en el camino, tenemos línea visual. Las cosas se ponen un poco más complicadas cuando estamos tratando con microondas. Recuerde que la mayoría de las características de propagación de las ondas electromagnéticas son proporcionales a la longitud de onda. Este es el caso del ensanchamiento de las ondas a medida que avanzan. La luz tiene una longitud de onda de aproximadamente 0,5 micrómetros, las microondas usadas en las redes inalámbricas tienen una longitud de onda de unos pocos centímetros. Por consiguiente, los haces de microondas son más anchos, necesitan más espacio. La línea visual que necesitamos para tener una conexión inalámbrica óptima desde A hasta B es más que simplemente una línea delgada –su forma es más bien la de un cigarro, una elipse. Su ancho puede ser descrito por medio del concepto de zonas de Fresnel. (wndw.net, 2008)  Diseño
Las WLAN de punto a punto presentan algunos desafíos. Cuando aumenta la distancia entre los emplazamientos, es más difícil crear enlaces de calidad. Además, las antenas deben implantarse en función de la distancia entre los sitios. El costo de instalar una torre podría ser lo más caro del proyecto. Aparte del costo, las regulaciones locales, estatales o federales podrían plantear obstáculos a la hora de levantar torres. Incluso el montaje de antenas en los edificios podrían ir contra algunas regulaciones de construcción locales. Investigue todos estos temas y obtenga los permisos necesarios antes de finalizar el plan de diseño. Un permiso denegado puede poner seriamente en peligro un proyecto. Lo mejor es enfrentarse a estos problemas durante la fase de diseño. (CISCO, SYSTEM, 2006)
Al considerar los diseños del enlace punto a punto, la distancia y el ancho de banda tienen un gran impacto en el diseño global. Las distancias más grandes son posibles con las velocidades más lentas. Esto es porque la señal se va debilitando a medida que se aleja, y por el nivel de ruido más bajo debido a las técnicas de compresión y modulación utilizadas. La WLAN debe integrarse correctamente para maximizar el ancho de banda entre los emplazamientos. Esto se puede conseguir de varias formas: - enviando únicamente los datos necesarios. - Filtrando en el puente. - Filtrado de capa 2 utilizando un switch. - Filtrado de capa 3 utilizando un router. Figura 20. Aumento del ancho de banda
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) La solución del router es la mejor de lejos por que permite un control muy granular del tráfico. Un router puede controlar lo siguiente: - Protocolos de enrutamiento como RIP, OSPF y EIGRP. El router minimiza la cantidad de ancho de banda necesario para los protocolos de enrutamiento. Las rutas estáticas no requieren ancho de banda y son las recomendadas para crear una red interna. - Protocolos enrutados como IP, IPX y Apple Talk. El router minimiza los protocolos enrutados a través del enlace. Debido a las publicaciones frecuentes, IPX puede consumir el ancho de banda necesitado. Si es posible, limite el tráfico a IP “puro”. - Origen y destino. El router minimiza las direcciones que tiene permitido cruzar el enlace. - Seguridad. El router maximiza la seguridad a través del enlace utilizando IPSec para crear una red privada virtual (VPN). - Difusiones LAN. El router elimina el tráfico de difusión de las capas 2 y 3, como ARP, NetBEUI, CDP, IPX e IP generado por los dispositivos LAN (por ejemplo, estaciones de trabajo, servidores e impresoras). (CISCO, SYSTEM, 2006)
Ejemplo de diseño urbano punto a punto El ejemplo de diseño punto a punto, es para una conexión punto a punto que requiere un enlace puente para atravesar una autopista. La distancia necesaria es de solo 0,8 km (0.5 millas). Por tanto, las antenas deben instalarse a 3,9 metros (13 pies). Asumiendo que las antenas están instaladas en los tejados de los edificios, esto no es un problema, porque los edificios exceden la altura mínima. El cableado desde el puente hasta la antena es de 6,09 metros (20 pies) en el edificio A y de 15, 24 metros (50 pies) en el edificio B esto no tiene un impacto, porque la distancia es tan corta. En este caso, utilice antenas patch para que el haz pueda mantenerse enfocado y para no preocuparse por la interferencia con otras empresas. Figura 21. Ejemplo diseño urbano punto a punto
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Ejemplo de diseño rural punto a punto El ejemplo de diseño de la siguiente Figura es un área rural que requiere una distancia de 40 km (25 millas). Dada esta larga distancia se eligieron platos parabólicos y se mantuvo al mínimo la longitud de los cables. Una velocidad de 11 Mbps es imposible debido a la distancia (en el estándar 802.11b), por lo que se utilizó la velocidad de 2 Mbps. Esta configuración está bien dentro de las especificaciones necesarias. Aunque la distancia posible con 2 Mbps es realmente de 80 km (50 millas), una línea de vista superior a los 40 km (25 millas) resulta difícil de alinear y no es recomendable. (CISCO, SYSTEM, 2006)
Figura 22. Ejemplo diseño rural punto a punto
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) 4.1.13 Consideraciones sobre la ruta El principal factor que debe tener en cuenta al diseñar WLAN de edificio a edificio es la línea de visión de la radio. La antena de la ubicación remota debe ser visible desde el sitio principal. No debe haber obstáculos, como arboles, edificios, relieves topográficos (colinas y montañas), sin olvidar el abultamiento de la Tierra, este abultamiento tiene en cuenta la curvatura de la tierra y la refracción atmosférica. Normalmente, se puede ignorar el abultamiento de la Tierra por debajo de los 11,2 km (7 millas). (CISCO, SYSTEM, 2006) Figura 23. Obstáculos potenciales
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Otra consideración es el diseño de edificio a edificio es la zona Fresnel, que está relacionada con la línea de visión. La línea de visión no existe como una línea entre las dos antenas. Es más bien un elipse, debido a como las ondas de radio se propagan realmente. Dicha elipse debe estar libre de obstáculos durante todo el año. La primera consideración clave es garantizar que las antenas están instaladas a suficiente
altura como para proporcionar una visión despejada en el punto medio de la zona Fresnel. A medida que aumenta la distancia hay que añadir el problema de la curvatura de la Tierra, cuando la línea de visión desaparece a unos 9,7 km (6 millas) desde la perspectiva de la persona cuya altura sea de 1,8 metros (6 pies). Esto hay que tenerlo en cuenta al determinar la altura de montaje de una antena. Para determinar la altura de montaje de una antena, tome la anchura de la zona Fresnel a mitad de ruta, al 60% de los 2,4 GHz, y añada la curvatura de la Tierra. Los enlaces con una distancia superior a los 40 km (25 millas) son muy difíciles de instalar y alinear, por lo que debe tener cuidado a la hora de recomendar estos tipos de configuraciones. (CISCO, SYSTEM, 2006) Figura 24. Zona de Fresnel y Curvatura de la tierra
4.1.14 Antenas 4.1.14.1 Fundamentos de las antenas
Una antena otorga al sistema inalámbrico tres propiedades fundamentales: - Ganancia.
- Dirección. - Polarización. La ganancia es una medida de aumento de la potencia. La dirección es la forma del patrón de transmisión. Una buena analogía para una antena es el reflector de una linterna. El reflector concentra e intensifica el rayo de luz en una determinada dirección, de forma parecida a lo que hace una antena parabólica de plato con una fuente de RF en un sistema de radio. Las antenas se evalúan en comparación con las antenas isotrópicas o dipolares. Una antena isotrópica es una antena con un patrón de radiación teóricamente uniforme tridimensional, parecida al de una bombilla sin reflector. A diferencia de las antenas isotrópicas, las antenas dipolares son antenas reales. Estas antenas tienen un patrón de radiación diferente en comparación con las antenas isotrópicas. El patrón de radiación dipolar es de 360 grados en el plano horizontal y de 75 grados en el plano vertical, asumiendo que la antena dipolar se coloca en vertical, y su forma es parecida a la de una rosquilla. (CISCO, SYSTEM, 2006)  Normalmente, las antenas se encuadran en dos categorías: direccionales y omnidireccionales. Las antenas direccionales irradian la energía RF principalmente en una dirección. Los tipos más comunes de antenas direccionales son los siguientes: Yagi. Parabólica sólida. Semiparabólica. Patch o panel.  Las antenas omnidireccionales irradian la energía RF uniformemente en todas las direcciones horizontales. Esta radiación horizontal abarca 360°. Los tipos más comunes de antenas omnidireccionales son los siguientes: Montadas en un mástil. Rubber dipolar. Una buena antena transfiere la energía eficazmente. La eficacia de la transferencia de la energía depende de una polarización, alineación e impedancia correctas de la antena. La polarización es la orientación física del elemento de la antena que realmente emite la energía RF. Conseguir la coincidencia de impedancia implica igualar eléctricamente la línea de transmisión con la antena. Esto se traduce en que la línea de transmisión transfiere toda la potencia a la antena y no irradia energía propia. (CISCO, SYSTEM, 2006)
 Variables de las antenas Las distancias máximas para las antenas exteriores se expresan normalmente en kilómetros o metros. Determinar la distancia máxima entre las antenas situadas en los extremos de un enlace no es un problema fácil de resolver. La distancia de enlace máximo está regida por todo lo siguiente: Potencia de transmisión máxima disponible Sensibilidad del receptor Disponibilidad de ruta despejada para la señal de radio Ganancia máxima disponible para las antenas situadas en cada extremo del enlace - Perdidas del sistema (como la perdida a través de los tendidos de cable coaxial, los conectores, etcétera. - El nivel de fiabilidad deseado para el enlace (disponibilidad). (CISCO, SYSTEM, 2006) La documentación de algunos productos o tablas de aplicaciones citan una distancia. En general, ese valor que se menciona es la distancia óptima, con todas esas variables optimizadas: - Ancho de banda - Ancho de haz - Ganancia - Polarización - Diversidad - Patrones de radiación - Potencia Además, el requisito de disponibilidad tiene un efecto drástico sobre el enlace máximo. La distancia de un enlace puede exceder las distancias estándares si las tasas de error más altas son aceptables. (CISCO, SYSTEM, 2006) La mejor forma de conocer la distancia funcional entre dispositivos WLAN es hacer buena inspección del emplazamiento, que implica examinar las ubicaciones propuestas para el enlace. La evaluación del terreno y de los obstáculos construidos por el hombre ayuda a determinar la viabilidad del sitio. En las inspecciones de puenteados exteriores, también puede ayudar el hecho de determinar las posibles necesidades de la torre. Los resultados de una inspección de este tipo puede proporcionar la siguiente información: La perdida de la ruta de la señal de radio Cualesquiera problemas que pudieran comprometer el rendimiento del enlace, como una interferencia potencial. Tan pronto termine la inspección de un emplazamiento, tiene que hacer una serie de cálculos y tomar unas decisiones en cuanto a equipamiento. Variables como la -
ganancia y el tipo de antena conducen a una respuesta definitiva en relación con el alcance máximo. (CISCO, SYSTEM, 2006) Aquí tiene algunos conceptos importantes que debe tener en cuenta sobre las antenas: Dirección Omnidireccional ( 3600 de cobertura) Direccional ( rango limitado de cobertura) Ganancia Se mide en dBi y dBd (0 dBd es igual a 2,14 dBi). Mas ganancia significa más cobertura en ciertas direcciones Polarización Vertical, Horizontal (CISCO, SYSTEM, 2006)
 Ancho de haz de la antena El ancho de haz es una medida que se utiliza para describir las antenas. En ocasiones se le denomina half- power beanwidth. El ancho de haz es la anchura total o apertura en grados entre los dos puntos del lóbulo de radiación principal que se encuentran a 3 dB de la línea central del lóbulo. (CISCO, SYSTEM, 2006) Figura 25. Ancho del haz
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006)  Ganancia de la antena La ganancia de una antena es, esencialmente una medida de lo bien que enfoca la energía de RF irradiada en una dirección en particular. Para realizar esta medición hay varios métodos, en función del punto de referencia elegido. A fin de
garantizar un conocimiento común, la unidad dBi se utiliza para especificar la medición de la ganancia. Este método utiliza una antena isotrópica teórica como punto de referencia para comparar la ganancia de una antena. Algunas antenas se miden en dBd, que utiliza una antena de tipo dipolar en lugar de una isotrópica como punto de referencia. Para convertir un numero de dBd a dBi, añada 2,14 al número de dBd. Los fundamentos de la ganancia de una antena son los siguientes: La ganancia de una antena es un parámetro fundamental en la ingeniería del enlace por radio. - La ganancia es una indicación de la concentración de la energía radiada en una dirección dada. - La ganancia de una antena se expresa normalmente en dBi, que es la ganancia respecto a una antena isotrópica. - Algunas antenas vienen especificadas en dBi. Este número se puede convertir a dBi añadiendo 2,14 al valor en dBd. Por ejemplo, 18 dBd= 20,14 dBi. - Una antena isotrópica es una antena ideal que irradia en todas las direcciones y que tiene una ganancia de 1 (0 dB). O lo que es lo mismo, ganancia 0 y perdida 0. Las antenas de alta ganancia dirigen la energía según un patrón más estrecho y preciso. Las antenas de baja ganancia dirigen la energía según un patrón más ancho y amplio. Con las antenas de tipo plato, por ejemplo, el funcionamiento es parecido al del reflector de una linterna. El reflector concentra la salida de la bombilla de la linterna en una dirección preferente para maximizar el brillo de la luz en esa dirección. Muy poca luz se emite en otras direcciones. Este principio también se aplica a la ganancia de cualquier antena, porque siempre hay un intercambio entre ganancia, que es comparable a la estrechez del haz. Por consiguiente, la ganancia de una antena y su patrón de radiación están relacionados. Las antenas de alta ganancia siempre tiene haces o patrones más estrechos. Las antenas de baja ganancia siempre tienen ancho de haz más amplio. La figura 26 ilustra esta relación. (CISCO, SYSTEM, 2006) -
Figura 26. Ganancia de la antena
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006)  Polarización de la antena La polarización es la orientación física del elemento de la antena que realmente emite la energía de RF. La polarización es un fenómeno físico sobre la propagación de la señal de radio. Normalmente, cualesquiera dos antenas que forman un enlace entre sí deben fijarse a la misma polarización. La polarización se puede ajustar por lo general durante o después de la instalación de la antena. La polarización se refiere a la orientación del campo eléctrico que se crea al moverse la onda electromagnética por el espacio. Las reglas básicas de la polarización son las siguientes: En una antena polarizada horizontalmente, el campo eléctrico está en el plano horizontal. En una antena polarizada verticalmente, el campo eléctrico se encuentra en el plano vertical. - Dado un enlace cualquiera entre dos unidades, las dos antenas deben tener la misma polarización. Si no es así, habrá una pérdida de señal no deseada adicional. Las dos categorías, o tipos, de polarización son lineal y circular, cada tipo tiene dos subcategorías. Las subcategorías de la polarización lineal son verticales y horizontales. La subcategorías de la polarización circular son right-handed (a mano derecha) y left-handed (a mano izquierda). (CISCO, SYSTEM, 2006) Normalmente, las antenas omnidireccionales se polarizan verticalmente. No es necesario que las antenas de los dos extremos de un enlace tengan el mismo tamaño o sean del mismo tipo. En algunos casos, los requisitos físicos de montaje de la antena en uno de los extremos de un enlace solo permiten una antena relativamente pequeña. El enlace podría necesitar una antena más grande en el otro extremo para suministrar la ganancia de antena necesaria a la longitud de ruta. Por el contrario, en uno de los extremos podría necesitarse una antena de -
alta ganancia y de patrón estrecho para evitar un problema de interferencia, que a lo mejor no es un problema en el otro extremo. (CISCO, SYSTEM, 2006) Si dos antenas tienen ganancias diferentes, no importa qué antena se coloca en cada extremo, excepto que se deben tener en consideración los problemas de montaje e interferencia. Aunque las dos antenas de un enlace puedan parecer muy diferentes, deben tener la misma polarización para que el enlace funcione correctamente. (CISCO, SYSTEM, 2006)  Polarización cruzada Cuando dos antenas no tienen la misma polarización, se habla de polarización cruzada. Por ejemplo, si dos antenas tienen polarización lineal, pero una tiene polarización vertical y la otra la tiene horizontal, están polarizadas de forma cruzada. El término “polarización cruzada” también se utiliza para describir a dos antenas con polarización opuesta. En un entorno de LAN, todos los dispositivos pertenecientes a esa LAN deben tener la misma polarización de antena. La polarización cruzada es beneficiosa a veces. Por ejemplo, suponga que las antenas del enlace A están polarizadas de forma cruzada respecto a las antenas del enlace B. En este ejemplo, los enlaces A y B son dos enlaces diferentes cercanos entre sí, pero no se pretende que se comuniquen entre sí. En este caso, el hecho de que los enlaces A y B estén polarizados de forma cruzada es beneficioso, porque la polarización cruzada reduce cualquier posible interferencia entre los enlaces. La relación de polarización cruzada se puede resumir como sigue: La discriminación por polarización cruzada define la eficacia con que una antena discrimina entre una señal con la polarización correcta y otra con la polarización opuesta. Es típico el aislamiento de 20 a 40 dB. El mayor beneficio de la polarización cruzada se da cuando las dos antenas pertenecen a enlaces diferentes, como en un hub. Esto puede ayudar a minimizar cualquier interferencia potencial que un enlace podría provocar a otro.
 Patrones de radiación de una antena Un patrón de radiación es la variación de la intensidad de campo de una antena como función angular respecto al eje. Un patrón de radiación es tridimensional y puede ser complejo. Para simplificar los patrones de radiación, normalmente se utiliza un sistema bidimensional de coordenadas cartesianas. Los plost de radiación se muestran principalmente en el plano del eje de la antena o en el plano perpendicular al eje. El eje del plano de la antena se conoce normalmente como
plano vertical, plano de elevación o plano E. El plano perpendicular al eje se denomina plano horizontal, plano H o plano acimut. (CISCO, SYSTEM, 2006) Todas las antenas se miden respecto a lo que se conoce como antena isotrópica, que es una antena teórica (véase la Figura 27). Es la base de todas las demás antenas. La cobertura de una antena isotrópica puede imaginarse como un globo que se expande por igual en todas las direcciones. Cuando una antena omnidireccional está diseñada para tener ganancia, se pierde cobertura en determinadas áreas. Figura 27. Patrones de radiación
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Imagínese presionar un globo por los extremos superior e inferior. Esto provoca que el globo se expanda hacia el exterior, abarcando más área en el patrón horizontal. También reduce el área cubierta por encima y por debajo del globo. Esto arroja una ganancia mayor, porque el globo, que representa la antena, parece extenderse para cubrir un área horizontal más grande (véase la Figura 28) Para obtener la ganancia omnidireccional de una antena isotrópica, se “presiona hacia dentro” los lóbulos de energía por los extremos superior e inferior, y se empuja hacia fuera siguiendo un patrón en forma de rosquilla. Cuanto más alta es la ganancia, menor es el ancho de haz vertical, y más grande el área del lóbulo horizontal. La Figura 28 muestra un patrón dipolar típico. La ganancia dipolar es de 2,14 dBi (0 dBd). (CISCO, SYSTEM, 2006)
Figura 28. Antenas dipolares
Fuente: (CISCO, SYSTEM, 2006) Recuerde que cuanta más alta es la ganancia, más pequeño es el ancho de haz vertical. La siguiente lista describe algunos tipos de antenas: Antena isotrópica. Es una hipotética antena que irradia o recibe energía uniformemente en todas las direcciones. Las antenas isotrópicas no existen físicamente, pero representan unas antenas de referencia que sirven para expresar las propiedades direccionales de las antenas físicas. Antena dipolar. Normalmente es una antena recta, de alimentación central y una longitud de media onda Antena array. Es un ensamble de elementos de antena con dimensiones, espaciado y secuencia de iluminación alineados de forma que se combinen los campos de elementos individuales. Esta combinación produce una intensidad máxima en una dirección concreta y una intensidad de campo mínima en las demás direcciones.
 Antenas omnidireccionales Una antena omnidireccional está diseñada para ofrecer un patrón de radiación de 360° este tipo de antena se utiliza cuando se requiere una cobertura en todas las direcciones. Las antenas omnidireccionales son de diferentes estilos y formas. La mayoría opera en el rango de los 2,4 GHz, pero unas pocas lo hacen en el rango de los 5 GHz. Las antenas omnidireccionales pueden ser dipolares, montadas en un mástil, montadas en un pilar o de tipo patch (consulte la Tabla 7.8). La antena
Rubber duck estándar de 2,2 dBi es la antena omnidireccional más utilizada para los AP.  Antenas direccionales Las antenas direccionales son de varios estilos y formas. Este tipo de antena no ofrece potencia añadida a la señal. En su lugar, simplemente redirecciona la energía que recibe del transmisor. La redirección de esta energía tiene el efecto de proporcionar más energía en una dirección y menos en todas las demás direcciones. Como la ganancia de una antena direccional aumenta, el ángulo de radiación normalmente disminuye, proporcionándose en consecuencia una mayor distancia cubierta, pero con un ángulo de cobertura reducido. Entre las antenas direccionales hay antenas yagi, antenas patch y antenas parabólicas de plato. Los platos parabólicos tienen una ruta de energía RF muy estrecha, por lo que el instalador debe ser muy preciso al apuntar estas antenas entre sí.  ANTENA YAGI Una antena yagi es una antena direccional de alta ganancia. Está compuesta por al menos tres elementos, que son barras metálicas que complementan la energía de onda transmitida. Una antena yagi tiene al menos un elemento de conducción, un elemento reflector y, normalmente, uno o más elementos de orientación. Esta antena también se conoce como antena end-fire lineal o array yagi-uda.  PLATO SÓLIDO Un plato parabólico sólido puede admitir WLAN que operan a largas distancias. Su haz es estrecho y, en función de la velocidad y la ganancia de la antena utilizada, es posible alcanzar distancias de hasta 40km (25 millas). Es importante evaluar lo bien que el plato resistirá las condiciones del hielo y vientos fuertes. Igualmente importante es la robustez del mástil y de la torre donde se instalará la antena.
MODELOS DE REFERENCIA 4.2.1 El modelo de referencia OSI
Figura 29. Modelo OSI
Fuente: (TANENBAUN, 2003) El modelo se llama OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) de ISO (Organización Internacional de Normalización) por qué tiene que ver con la conexión de sistemas abiertos, es decir, sistemas que están abiertos a la comunicación con otros sistemas. Para abreviar, lo llamaremos modelo OSI. El modelo OSI tiene siete capas como se muestran en la figura 29. Podemos resumir brevemente los principios que se aplicaron para llegar a dichas capas: 1. Una capa se debe crear donde se necesite una abstracción diferente. 2. Cada capa debe realizar una función bien definida. 64
3. La función de cada capa se debe elegir con la intención de definir protocolos estandarizados internacionalmente. 4. Los límites de las capas se deben elegir a fin de minimizar el flujo de información a través de las interfaces. 5. La cantidad de capas debe ser suficientemente grande para no tener que agrupar funciones distintas en la misma capa y lo bastante pequeña para que la arquitectura no se vuelva inmanejable. (TANENBAUN, 2003) A continuación se analizará cada capa del modelo, comenzando con la capa inferior. Observe que el modelo OSI no es en sí una arquitectura de red, debido a que no especifica los servicios y protocolos exactos que se utilizaran en cada capa. Solo indica lo que debe hacer cada capa. Sin embargo, ISO también ha producido estándares para todas las capas, aunque estos no son parte del modelo de referencia mismo. Cada uno se ha publicado como un estándar internacional separado. 4.2.1.1 La capa física En esta capa se lleva a cabo la transmisión de bits puros a través de un canal de comunicación. Los aspectos del diseño implican asegurarse que cuando un lado envía un bit 1, este se reciba en el otro lado como tal, no como bit 0. Las preguntas típicas aquí son: ¿Cuántos voltios se deben emplear para representar un 1 y cuantos para representar un 0?, ¿Cuántos nanosegundos dura un bit?, ¿la transmisión se debe llevar a cabo en ambas direcciones al mismo tiempo?, ¿Cómo se establece la conexión inicial y como se finaliza cuando ambos lados terminan?, ¿Cuántos pines tiene un conector de red y para que se utiliza cada uno? Los aspectos de diseño tienen que ver mucho con interfaces mecánicas, eléctricas y de temporización, además del medio físico de transmisión, que está bajo la capa física. (TANENBAUN, 2003) 4.2.1.2 La capa de enlace de datos La tarea principal de esta capa es transformar un medio de transmisión puro en una línea de comunicación que, al llegar a la capa de red, aparezca libre de errores de transmisión. Logra esta tarea haciendo que el emisor fragmente los datos de entrada en tramas de datos (típicamente, de algunos cientos o miles de bytes) y transmitiendo las tramas de manera secuencial. Si el servicio es confiable, el receptor confirma la recepción correcta de cada trama devolviendo una trama de confirmación de recepción. Otra cuestión que surge en la capa de enlace de datos (y en la mayoría de las capas superiores) es como hacer que un transmisor rápido no sature de datos a un receptor lento. Por lo general se necesita un mecanismo de regulación de tráfico que indique al transmisor cuanto espacio de búfer tiene el receptor en ese
momento. Con frecuencia, esta regulación de flujo y el manejo de errores están integrados. Las redes de difusión tienen un aspecto adicional en la capa de enlace de datos: como controlar el acceso al canal compartido. Una subcapa especial de la capa de enlace de datos, la subcapa de control de acceso al medio, se encarga de este problema. (TANENBAUN, 2003) 4.2.1.3 La capa de red Esta capa controla las operaciones de la subred. Un aspecto clave del diseño es determinar cómo se enrutan los paquetes desde su origen a su destino. Las rutas pueden estar basadas en tablas estáticas (enrutamiento estático) codificadas en la red y que rara vez cambian. Si hay demasiados paquetes en la subred al mismo tiempo, se interpondrán en el camino unos y otros, lo que provocara que se formen cuellos de botella. La responsabilidad de controlar esta congestión también pertenece a la capa de red aunque esta responsabilidad también puede ser compartida por la capa de transmisión. De manera más general, la calidad del servicio proporcionado (retardo, tiempo de transito, inestabilidad, etcétera) también corresponde a la capa de red. Cuando un paquete tiene que bajar de una red a otra para llegar a su destino, pueden surgir muchos problemas. El direccionamiento utilizado por la segunda red podría ser diferente del de la primera. La segunda podría no aceptar todo el paquete porque es demasiado largo. Los protocolos podrían ser diferentes, etcétera. La capa de red tiene que resolver todos estos problemas para que las redes heterogéneas se interconecten. En las redes de difusión, el problema de enrutamiento es simple, por lo que la capa de red a veces es delgada o, en ocasiones, ni siquiera existe. (TANENBAUN, 2003) En este segmento del modelo OSI funciona el direccionamiento IP, Una dirección IP es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a un interfaz (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del protocolo TCP/IP (IETF, The Internet Engineering Task Force, 2011)  Direcciones IP v4 Las direcciones IPv4 se expresan por un número binario de 32 bits permitiendo un espacio de direcciones de 4.294.967.296 (232) direcciones posibles. Las direcciones IP se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos. El valor decimal de cada octeto está comprendido en el rango de 0 a 255 [el número binario de 8 bits más alto es 11111111 y esos bits, de derecha a izquierda, tienen valores decimales de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128, lo que suma 255. En la expresión de direcciones IPv4 en decimal se separa cada octeto por un carácter único ".". Cada uno de estos 66
octetos puede estar comprendido entre 0 y 255, salvo algunas excepciones. Los ceros iniciales, si los hubiera, se pueden obviar. (IETF, The Internet Engineering Task Force, 2011) En las primeras etapas del desarrollo del Protocolo de Internet, los administradores de Internet interpretaban las direcciones IP en dos partes, los primeros 8 bits para designar la dirección de red y el resto para individualizar la computadora dentro de la red. Este método pronto probó ser inadecuado, cuando se comenzaron a agregar nuevas redes a las ya asignadas. En 1981 el direccionamiento internet fue revisado y se introdujo la arquitectura de clases. En esta arquitectura hay tres clases de direcciones IP que una organización puede recibir de parte de la ICANN1: clase A, clase B y clase C.
En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 - 2 (se excluyen la dirección reservada para broadcast (últimos octetos en 255) y de red (últimos octetos en 0)), es decir, 16 777 214 hosts.  En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 2 16 - 2, o 65 534 hosts.  En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 28 - 2, ó 254 hosts.
Internet Corporation for Assigned Names and Numbers - Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Numeros.
Tabla 5. Direcciones IP versión 4 Clase Rango N° de N° de Host Máscara Redes Por Red Red de Broadcast ID
0.0.0.0 128 127.255.255.255
16.777.214 255.0.0.0
128.0.0.0 16.384 191.255.255.255
192.0.0.0 2.097.150 254 223.255.255.255
255.255.255.0 x.x.x.255
La dirección 0.0.0.0 es reservada por la IANA2 para identificación local. La dirección que tiene los bits de host iguales a cero sirve para definir la red en la que se ubica. Se denomina dirección de red.  La dirección que tiene los bits correspondientes a host iguales a uno, sirve para enviar paquetes a todos los hosts de la red en la que se ubica. Se denomina dirección de broadcast.  Las direcciones 127.x.x.x se reservan para designar la propia máquina. Se denomina dirección de bucle local o loopback.
El diseño de redes de clases (classful) sirvió durante la expansión de internet, sin embargo este diseño no era escalable y frente a una gran expansión de las redes en la década del 90, el sistema de espacio de direcciones de clases fue reemplazado por una arquitectura de redes sin clases Classless Inter-Domain Routing (CIDR) en el año 1993. CIDR está basada en redes de longitud de máscara de sub red variable (variable-length subnet masking VLSM) que permite asignar redes de longitud de prefijo arbitrario. Permitiendo una distribución de direcciones más fina y granulada, calculando las direcciones necesarias y "desperdiciando" las mínimas posibles. (IETF, The Internet Engineering Task Force, 2011)  Direcciones privadas Hay ciertas direcciones en cada clase de dirección IP que no están asignadas y que se denominan direcciones privadas. Las direcciones privadas pueden ser
IANA: Internet Assigned Numbers Authority la agencia que administra las direcciones de internet
utilizadas por los hosts que usan traducción de dirección de red (NAT3) para conectarse a una red pública o por los hosts que no se conectan a Internet. En una misma red no pueden existir dos direcciones iguales, pero sí se pueden repetir en dos redes privadas que no tengan conexión entre sí o que se conecten a través del protocolo NAT. Las direcciones privadas son:
Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (8 bits red, 24 bits hosts). Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (16 bits red, 16 bits hosts). 16 redes clase B contiguas, uso en universidades y grandes compañías.  Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (24 bits red, 8 bits hosts). 256 redes clase C contiguas, uso de compañías medias y pequeñas además de pequeños proveedores de internet ISP4. Muchas aplicaciones requieren conectividad dentro de una sola red, y no necesitan conectividad externa. En las redes de gran tamaño a menudo se usa TCP/IP. Por ejemplo, los bancos pueden utilizar TCP/IP para conectar los cajeros automáticos que no se conectan a la red pública, de manera que las direcciones privadas son ideales para estas circunstancias. Las direcciones privadas también se pueden utilizar en una red en la que no hay suficientes direcciones públicas disponibles. Las direcciones privadas se pueden utilizar junto con un servidor de traducción de direcciones de red (NAT) para suministrar conectividad a todos los hosts de una red que tiene relativamente pocas direcciones públicas disponibles. Según lo acordado, cualquier tráfico que posea una dirección destino dentro de uno de los intervalos de direcciones privadas no se enrutará a través de Internet. (IETF, The Internet Engineering Task Force, 2011)  Máscara de subred
La máscara permite distinguir los bits que identifican la red y los que identifican el host de una dirección IP. Dada la dirección de clase A 10.2.1.2 sabemos que pertenece a la red 10.0.0.0 y el host al que se refiere es el 2.1.2 dentro de la misma. La máscara se forma poniendo a 1 los bits que identifican la red y a 0 los bits que identifican el host. De esta forma una dirección de clase A tendrá como máscara 255.0.0.0, una de clase B 255.255.0.0 y una de clase C 255.255.255.0. Los dispositivos de red realizan un AND entre la dirección IP y la máscara para obtener la dirección de red a la que pertenece el host identificado por la dirección IP dada. Por ejemplo un router necesita saber cuál es la red a la que pertenece la dirección IP del datagrama destino para poder consultar la tabla de encaminamiento y poder enviar el datagrama por la interfaz de salida. Para esto
NAT:Network Address Translation Internet Service Provider
se necesita tener cables directos. La máscara también puede ser representada de la siguiente forma 10.2.1.2/8 donde el /8 indica que los 8 bits más significativos de máscara están destinados a redes, es decir /8 = 255.0.0.0. Análogamente (/16 = 255.255.0.0) y (/24 = 255.255.255.0). (IETF, The Internet Engineering Task Force, 2011)
4.2.1.4 La capa de transporte La función básica de esta capa es aceptar los datos provenientes de las capas superiores, dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario, pasar estas a la capa de red y asegurarse de que todas las piezas lleguen correctamente al otro extremo. Además, todo esto se debe hacer con eficiencia y de manera que aislé a las capas superiores de los cambios inevitables en la tecnología del hardware. La capa de transporte también determina qué tipo de servicio proporcionar a la capa de sesión y, finalmente, a los usuarios de la red. El tipo de conexión de transporte más popular en un canal punto a punto libre de errores que entregan mensajes o bytes en el orden en que se enviaron. Sin embargo, otros tipos de servicio de transporte posibles son la transportación de mensajes aislados, que no garantiza el orden de entrega, y la difusión de mensajes a múltiples destinos. El tipo de servicio se determina cuando se establece la conexión. (Como observación, es imposible alcanzar un canal libre de errores; lo que se quiere dar a entender con este término es que la tasa de error es tan baja que se puede ignorar en la práctica.) La capa de transporte es una verdadera conexión de extremo a extremo, en toda la ruta desde el origen hasta el destino. En otras palabras, un programa en la máquina de origen lleva a cabo una conversación con un programa similar en la máquina de destino, usando los encabezados de mensaje y los mensajes de control. En las capas inferiores, los protocolos operan entre cada máquina y sus vecinos inmediatos, y no entre las maquinas de los extremos, la de origen y la de destino, las cuales podrían estar separadas por muchos enrutadores. (TANENBAUN, 2003)
4.2.1.5 La capa de sesión Esta capa permite que los usuarios de máquinas diferentes establezcan sesiones entre ellos. Las sesiones ofrecen varios servicios, como el control de dialogo (dar seguimiento de a quien le toca transmitir), administración de token (que impide que las dos partes traten de realizar la misma operación crítica al mismo tiempo) y sincronización (la adicción de puntos de referencia a transmisiones largas para permitirles continuar desde donde se encontraban después de una caída). (TANENBAUN, 2003)
4.2.1.6 La capa de presentación A diferencia de las capas inferiores, a las que les corresponde principalmente mover bits, a la capa de presentación le corresponde la sintaxis y la semántica de la información transmitida. A fin de que las computadoras con diferentes representaciones de datos se puedan comunicar, las estructuras de datos que se intercambiaran se pueden definir de una manera abstracta, junto con una codificación estándar para su uso “en el cable”. La capa de presentación maneja estas estructuras de datos abstractas y permite definir e intercambiar estructuras de datos de un nivel más alto (por ejemplo, registros bancarios). (TANENBAUN, 2003) 4.2.1.7 La capa de aplicación Esta capa contiene varios protocolos que los usuarios requieren con frecuencia. Un protocolo de aplicación de amplio uso es HTTP (Protocolo de Transferencia de Hipertexto), que es la base de World Wide Web. Cuando un navegador desea una página web, utiliza este protocolo para enviar al servidor el nombre de dicha página. A continuación, el servidor devuelve la página. Otros protocolos de aplicación se utilizan para la transferencia de archivos, correo electrónico y noticias en la red. (TANENBAUN, 2003) 4.2.2 El modelo de referencia TCP/IP TCP/IP hace referencia a una serie de protocolos que permiten mantener conversaciones entre todos los dispositivos del internet global. En la siguiente figura se muestran las diferencias del modelo TCP/IP con el modelo OSI. Figura 30. El modelo de referencia TCP/IP
Fuente: (TANENBAUN, 2003)
4.2.2.1 La capa de interred Su trabajo es permitir que los hosts inyecten paquetes dentro de cualquier red y que estos viajen a su destino de manera independiente (podría ser en una red diferente). Tal vez lleguen en un orden diferente al que fueron enviados, en cuyo caso las capas más altas deberán ordenarlos, si se desea una entrega ordenada. Observe que aquí el concepto “interred” se utiliza en un sentido genérico, aun cuando esta capa se presente en internet. La capa de interred define un paquete de formato y protocolo oficial llamado IP (Protocolo de Internet). El trabajo de la capa de interred es entregar paquetes IP al destinatario. Aquí, el enrutamiento de paquetes es claramente el aspecto principal, con el propósito de evitar la congestión. Por estas razones es razonable decir que la capa de interred del modelo TCP/IP es similar en funcionalidad a la capa de red del modelo OSI. (TANENBAUN, 2003)
4.2.2.2 La capa de transporte La capa que está arriba de la capa de interred en el modelo TCP/IP se llama capa de transporte. Está diseñada para permitir que las entidades iguales en los hosts de origen y destino puedan llevar a cabo una conversación, tal como lo hace la capa de transporte OSI. Aquí se han definido dos protocolos de transporte de extremo a extremo. El primero, TCP (Protocolo de Control de Transporte), es un protocolo confiable, orientado a la conexión, que permite que un flujo de bytes que se origina en una maquina se entregue sin errores en cualquier otra máquina en la interred. Divide el flujo de bytes entrantes en mensajes discretos y pasa cada uno de ellos a la capa de interred. En el destino, el proceso TCP receptor reensambla en el flujo de salida los mensajes recibidos. TCP también maneja el control de flujo para asegurarse de que un emisor rápido no sature a un receptor lento con más mensajes de los que pueden manejar. (TANENBAUN, 2003) El segundo protocolo de esta capa, UDP (Protocolo de Datagrama de Usuario), es un protocolo no confiable y no orientado a la conexión para aplicaciones que no desean la secuenciación o el control de flujo de TCP y que desean proporcionar el suyo. También tienen un amplio uso en consultas únicas de solicitud-respuesta de tipo cliente-servidor en un solo envió, así como aplicaciones en las que la entrega puntual es más importante que la precisa, como en la transmisión de voz o video. La relación de IP, TCP y UDP se muestra en la figura 31. Puesto que el modelo se desarrollo, se ha implementado IP en muchas otras redes. (TANENBAUN, 2003)
Figura 31. Protocolos y redes en el modelo TCP/IP inicialmente
4.2.2.3 La capa de aplicación El modelo TCP/IP no tiene capas de sesión ni de presentación. No se han necesitado, por lo que no se incluyen. La experiencia con el modelo OSI ha probado que este punto de vista es correcto: son de poco uso para la mayoría de las aplicaciones. Arriba de la capa de transporte esta la capa de aplicación. Contiene todos los protocolos de nivel más alto. Los primeros incluyeron una terminal virtual (TELNET), transferencia de archivos (FTP) y correo electrónico (SMTP). El protocolo de terminal virtual permite que un usuario en una maquina se registre en una maquina remota y trabaje ahí. El protocolo de transferencia de archivos proporciona una manera de mover con eficiencia datos de una maquina a otra. El correo electrónico era originalmente solo un tipo de transferencia de archivos, pero más tarde se desarrollo un protocolo especializado (SMTP9) para él. Con el tiempo, se han agregado muchos otros protocolos: DNS (Sistema de Nombres de Dominio) para la resolución de nombres de host en sus direcciones de red; NNTP, para transportar los artículos de noticias de USENET; HTTP, para las páginas de World Wide Web, y muchos otros. (TANENBAUN, 2003)
4.2.2.4 La capa host a red Debajo de la capa de interred hay un gran vacío. El modelo de referencia TCP/IP en realidad no dice mucho acerca de lo que pasa aquí, excepto que puntualiza que el host se tiene que conectar a la red mediante el mismo protocolo para que le puedan enviar paquetes IP. Este protocolo no está definido y varia de un host a
otro y de una red a otra. Este tema rara vez se trata en libros y artículos sobre TCP/IP. (TANENBAUN, 2003) 4.3 SIMULACIÓN POR COMPUTADORA
Se puede definir la simulación como la técnica que imita el funcionamiento en sistema del mundo real cuando evoluciona en el tiempo. Esto se hace, por lo general, al crear un modelo de simulación. Un modelo de simulación comúnmente, toma la forma de un conjunto de hipótesis acerca del funcionamiento del sistema, expresado como relaciones matemáticas o lógicas entre los objetos de interés del sistema. En contraste con las soluciones matemáticas exactas disponibles en la mayoría de los modelos analíticos, el proceso de simulación incluye la ejecución del modelo a través del tiempo, en general en una computadora, para generar muestras representativas de las mediciones del desempeño o funcionamiento, calculamos el promedio de los resultados de muestra. Es claro que tanto mas puntos de muestra generemos, mejor será nuestra estimación. Sin embargo, hay otros factores que tienen influencia sobre la bondad de nuestra estimación final, como las condiciones iníciales de la simulación, la longitud del intervalo que se simula y la exactitud del modelo mismo. Hay dos tipos de modelo de simulación: el estático y el dinámico. Un modelo de simulación estático representa un sistema en determinado punto en el tiempo, este tipo será el utilizado en este proyecto. Un modelo de simulación dinámico representa a un sistema cuando evoluciona en el tiempo. Las simulaciones pueden ser deterministas o estocásticas. Una simulación determinista no contiene variables aleatorias, mientras que una simulación estocástica contiene una o más variables aleatorias. Por último, las simulaciones se pueden representar con modelos discretos o continuos. Una simulación discreta es aquella en la cual las variables de estado cambian solo en puntos discretos en el tiempo. En una simulación continua las variables de estado cambian de forma continua a través de tiempo. Estos modelos se llaman modelos de simulación de eventos discretos. (WINSTON, 1994) 4.3.1 Simulación de radio enlaces Se puede decir que la aplicación “Radio Mobile” es una de las herramientas de simulación más utilizadas por la industria y por la academia, además por ser gratuito se adapta a las necesidades de la empresa. Radio Mobile (Grupo de radiocomunicaciones, 2007) Es un programa de simulación de radiopropagación gratuito desarrollado por Roger Coudé para predecir el comportamiento de sistemas radio, simular radioenlaces y representar el área de cobertura de una red de radiocomunicaciones, entre otras funciones. El software trabaja en el rango de
frecuencias entre 20 MHz y 20 GHz y está basado en el modelo de propagación ITM (Irregular Terrain Model) o modelo Longley-Rice. Radio Mobile utiliza datos de elevación del terreno que se descargan gratuitamente de Internet para crear mapas virtuales del área de interés, vistas estereoscópicas, vistas en 3-D y animaciones de vuelo. Los datos de elevación se pueden obtener de diversas fuentes, entre ellas del proyecto de la NASA Shuttle Terrain Radar Mapping Misión (SRTM) que provee datos de altitud con una precisión de 3 segundos de arco (100m). En la página web de Radio Mobile se puede descargar de manera gratuita el software de simulación así como el tutorial paso a paso de cómo instalar la aplicación, la página principal es http://www.cplus.org/rmw/english1.html.
ANÁLISIS DEL CLIMA Y DE LA REGIÓN Alcalá (Valle)
Descripción Física: • Latitud 04° 40’ 52,2’’ N • Longitud 075° 46’ 52,2’’ O Extensión total: 63,70 km² Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 1.234 m Temperatura media: 21°Cº C Distancia de referencia: 214 Km de Cali Fuente: Alcaldía Municipal
Ansermanuevo (Valle). Descripción Física: • Latitud 04° 46’ 47,3’’ N • Longitud 075° 59’ 39,4’’ O Extensión total: 346 km² Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 927 m Temperatura media: 23ºC Distancia de referencia: 200,8 Km de Cali Fuente: Alcaldia Municipal Cerro Modín (Cartago Valle del Cauca). Descripción Física: • Latitud 04° 39’ 35,4’’ N
• Longitud 075° 53’ 14,2’’ O Altitud en el sitio de instalación (metros sobre el nivel del mar): 1575 m Temperatura media: 18ºC Los datos anteriores de ubicación geográfica (Latitud, Longitud) fueron tomadas de un GPS5 y ratificadas en Google maps. Figura 32. Imagen del relieve de la zona
Figura 33. Imagen satelital de la zona (tomada de Google maps)
Fuente: http://maps.google.com/ 5.2 ASUNCIONES DE INGENIERÍA 5.2.1 Perfiles para cada uno de los saltos que componen cada enlace, altura y ubicación de las antenas Se decidió realizar un salto ya no hay línea de vista entre los dos municipios, y se confirmo con la aplicación Radio Mobile como se muestra en la Figura 34. Además al examinar la opción de construir torres que permitan alcanzar la línea de vista, estas deberían tener una altura mínima de 120 metros cada una lo que haría inviable la implementación del proyecto.
Figura 34. Enlace directo Alcalá - Ansermanuevo
Fuente: Radio Mobile En los títulos siguientes se explica cómo se paramétrico el software Radio Mobile Figura 35. Perfiles
2000 1500 1000 500 0 0 1060 2040 3030 4010 5000 6060 7040 8020 9010 10000 11050 11890 12910 13940 14960 15870 16900 17920 18950 19970 20890 21910 22930 23950 24860 25890 26910 27940 28960 29760 Altura
Modín Ansermanuevo
Las alturas y distancias de la Figura 35. Fueron tomadas de la aplicación Radio Mobile 5.2.2 Formulas para calcular la zona de Fresnel y la altura de la antena Ecuación 9. Corrección curvatura (cc): d ∗ (Y1 − d) cc = 2KR Constante: 2KR = 17013333,33 Ecuación 10. Altura corregida con curvatura (Acc): Acc = h + cc Donde h= Altura Ecuación 11. Altura corregida por naturaleza (Acn): Acn = Acc + 5 Ecuación 12. Rayo directo: Rd = m ∗ d + y1 Donde m = x2−x1
Ecuación 13. Zona de fresnel (Rf): Rf = λ ∗ d ∗ (y1 − d) y1
Ecuación 14. Altura a librar (Al): 100% => probabilidad = 1 Al = Rd − (1 ∗ Rf) Ecuación 15. Altura mínima de la antena (Am): Am = 𝐴𝑐𝑛 − 𝐴𝑙 (Freeman, 2007)
Tabla 6. Calculo zona de Fresnel del enlace Alcalá – Modín
Altura final X1 1575 Altura inicial X2 1235 Distancia total Y1 11890 Distancia mínima Y2 0 Constante 2KR 17013333,33 Pendiente m (mt) 0,0286 Corrección por naturaleza (mt) 5 Frecuencia (GHZ) 5,245 Landa λ (mt) 0,057197331 Altura a Librar 100 % 1
Altura (mt) X 1235 1160 1223 1399 1575
Distancia(mt) Y 0 1229 7040 11050 11890
Corrección por curvatura 0,0000 0,7701 2,0069 0,5456 0,0000
Altura corregida por curvatura 1235,0000 1160,7701 1225,0069 1399,5456 1575,0000
Altura corregida por naturaleza (cc) (mt) 1240,0000 1165,7701 1230,0069 1404,5456 1580,0000
Rayo Directo (mt) 1235,0000 1270,1438 1436,3120 1550,9798 1575,0000
Radio Fresnel (mt) 0,0000 7,9391 12,8160 6,6822 0,0000
Altura a Librar (mt) 1235,0000 1262,2047 1423,4960 1544,2976 1575,0000
Altura mínima de la antena (mt) 5,0000 -96,4346 -193,4891 -139,7521 5,0000
Tabla 7. Calculo zona de Fresnel del enlace Modín - Ansermanuevo
Altura final X1 926 Altura inicial X2 1575 Distancia total Y1 17870 Distancia mínima Y2 0 Constante 2KR 17013333,33 Pendiente m (mt) -0,0363 Corrección por naturaleza (mt) 5 Frecuencia (GHZ) 5,685 Landa λ (mt) 0,052770449 Altura a Librar 100 % 1
Altura (mt) X 1575 910 926
Distancia(mt) Y 0 10020 17870
Corrección por curvatura 0,0000 4,6233 0,0000
Altura corregida por curvatura 1575,0000 914,6233 926,0000
Altura corregida por naturaleza (cc) (mt) 1580,0000 919,6233 931,0000
Rayo Directo (mt) 1575,0000 1211,0951 926,0000
Radio Fresnel (mt) 0,0000 15,2406 0,0000
Altura a Librar (mt) 1575,0000 1195,8545 926,0000
Altura mínima de la antena (mt) 5,0000 -276,2313 5,0000
Ubicación Modín
En las tablas anteriores se muestran los resultados de los cálculos realizados para calcular la zona de Fresnel de los enlaces, en la columna “Altura mínima de la antena” esta la información más importante ya que es allí donde se puede observar la altura mínima en la que se podrán colocar las antenas para realizar un radio enlace efectivo, en nuestro caso la altura mínima en cualquiera de las ubicaciones deberá ser de mínimo 5 metros, pero se debe tener en cuenta anticiparse a posibles cambios en los alrededores de donde se ubicaran las antenas ya que es posible que en un futuro se obstruya la señal debido factores naturales como el crecimiento de un árbol o humanos por ejemplo la construcción de una edificación. 5.2.3 Tipo, diámetro y ganancia de las antenas a utilizar En el radio enlace entre Alcalá y Modín se utilizarán 2 antenas parabólicas tipo disco con un diámetro de 0,326 metros y 22 dBi de ganancia, la marca es 81
UBIQUITY NETWORKS y la referencia es NanoBridge M5, el radio posee una potencia de 21 dBm o 0.126 Watt y su umbral de recepción es de -94 dBm. A continuación está el datasheet con la información necesaria para hacer los cálculos del enlace. Figura 36. Datasheet Radio NanoBridge M5
Fuente: www.ubnt.com En cuanto al radio enlace entre Modín y Ansermanuevo se utilizaran 2 antenas parabólicas tipo grilla con un diámetro en el eje “Y” de 0,4318 metros y en el eje “X” de 0,6096 metros, con ganancia de 27 dBi, la marca es UBIQUITY 82
NETWORKS y la referencia es AirGrid M5, su transmisor tiene una potencia de 18 dBm y un umbral de recepción de -95 dBm. A continuación el datasheet del equipo. Se utilizaron dos tipos de antenas diferentes para evaluar el desempeño de cada una, ya que la empresa tiene proyectado realizar más radioenlaces para abrir nuevas sedes, dependiendo de este desempeño se tomaran las decisiones para futuras compras de antenas. Figura 37. Datasheet Radio AirGrid M5
Fuente: www.ubnt.com
5.2.4 Detalle de los cálculos de propagación
Para el cálculo del margen de desvanecimiento se toma: AFactor de Rugosidad de terreno = 1 Terreno normal BFactor de Análisis climático = 0.25 Áreas mediterráneas de clima normal 5.2.4.1 Pérdidas en el espacio libre Ecuación 5. Perdida en la trayectoria por el espacio libre (MHz) 𝐿𝐹𝑆 = 32.45 + 20 𝑙𝑜𝑔 𝑓 (𝑀𝐻𝑧) + 20 𝑙𝑜𝑔 𝑑 Enlace Alcalá – Modín   𝐿𝐹𝑆 = 32,45 + 20 𝑙𝑜𝑔 5245 + 20 𝑙𝑜𝑔 11,89 𝐿𝐹𝑆 = 128,34854 𝑑𝐵
Enlace Modín – Ansermanuevo   𝐿𝐹𝑆 = 32,45 + 20 𝑙𝑜𝑔 5685 + 20 𝑙𝑜𝑔 17,87 𝐿𝐹𝑆 = 132,58710 𝑑𝐵
5.2.4.2 Margen de desvanecimiento La empresa necesita de que el servicio que presta tenga una disponibilidad ya que su razón de ser depende de este servicio es por esto que se desea una disponibilidad de 99,95%. Entonces r = 0,9995, en todos lugares hay ubicado bancos de baterías que ayudarán a garantizar la disponibilidad del enlace. Ecuación 7. Margen de desvanecimiento 𝐹𝑚 = 30 𝑙𝑜𝑔 𝑑 + 10 𝑙𝑜𝑔(6 ∗ 𝐴 ∗ 𝐵 ∗ 𝑓 ) − 10 𝑙𝑜𝑔 1 − 𝑟 − 70 Enlace Alcalá – Modín     𝐹𝑚 = 30 𝑙𝑜𝑔 11,89 + 10 𝑙𝑜𝑔(6 ∗ 1 ∗ 0.25 ∗ 6.245 ) − 10 𝑙𝑜𝑔 1 − 0,9995 − 70 𝐹𝑚 = 4,98199 𝑑𝐵 𝐹𝑚 = 30 𝑙𝑜𝑔 17,87 + 10 𝑙𝑜𝑔(6 ∗ 1 ∗ 0.25 ∗ 5,685 ) − 10 𝑙𝑜𝑔 1 − 0,9995 − 70 𝐹𝑚 = 9,88225 𝑑𝐵
Enlace Modín – Ansermanuevo
5.2.4.3 Ganancia del sistema y potencia del transmisor
Ecuación 16. Ganancia del sistema
𝐺𝑠= 𝐿𝑓𝑠 + 𝐹𝑚 − 𝐿𝑔𝑢𝑖𝑎 − 𝐿𝑖𝑛𝑠 − 𝐺𝑡𝑥 − 𝐺𝑟𝑥 Debido a que estas antenas traen incorporado el radio, las perdidas en la guía de onda y en los acoplamientos son despreciables. Enlace Alcalá – Modín 𝐺𝑡𝑥 = 22 𝑑𝐵𝑖 𝐺𝑟𝑥 = 22 𝑑𝐵𝑖  𝐺𝑠 = 128,34854 + 4,98199 − 44 𝐺𝑠 = 89,33053 𝑑𝐵 Aquí calculamos cuál es la potencia mínima en watts que necesitaríamos para lograr el radio enlace.  PTx = Gs + Sensibilidad PTx = 89,33053 + −92 dBm Para un MCS2
−2,66947
PTx = 10 10 PTx = 0.54982 mw Es decir necesitaríamos un radio que tenga una potencia mínima de 0.55 mw ó 2,6 dBm aproximada para lograr un enlace. Enlace Modín – Ansermanuevo Gtx = 27 dBi Grx = 27 dBi  Gs = 132,58710 + 9,88225 − 44 Gs = 88,46935 dB Aquí calculamos cuál es la potencia mínima en watts que necesitaríamos para lograr el radio enlace PTx = 88,46935 + −92 dBm Para un MCS2 PTx = 10 10 PTx = 0.44354 mw Para lograr este enlace necesitaríamos un radio con una potencia mínima de 0.44 mw ó -3,5 dBm aproximadamente.
−3,53065
SIMULACIÓN DEL RADIO ENLACE CON LA APLICACIÓN RADIO MOBILE 5.3.1 Configuraciones iniciales
Las siguientes imágenes muestran como se configuro la herramienta Radio Mobile. Figura 38. Configuración de la ubicación geográfica del cerro Modín
Fuente: Autor Aquí es donde se ingresan los datos de la ubicación geográfica donde quedaran las antenas, para este caso la ubicación será Modín. 86
Figura 39. Configuración de la ubicación geográfica de la ciudad de Alcalá
Fuente: Autor En la Figura 39. se puede observar que la altitud es de 1234,58 metros sobre el nivel del mar, hay dos maneras de obtener este dato, una es dirigirse al sitio exacto e tomar la medida con un altímetro o después de ingresar la latitud y la longitud correctas aplicación Radio Mobile automáticamente nos dará una altitud.
Figura 40. Ingresando las configuraciones de los sistemas de comunicación en este caso las de el radio y antena NanoBridge M5
Fuente: Autor En la Figura 40. Se observa donde se ingresan los datos que se encuentran en el datashee de la antena y el radio, en este caso se para las antenas que harán el enlace entre Modín y Alcalá y sus antenas son tipo disco.
Figura 41. Ingresando las configuraciones de los sistemas de comunicación en este caso las del radio y antena AirGrid M5
Fuente: Autor En la Figura 41. Se muestra la configuración de las antenas y los radios que se utilizarán en el enlace entre Modín y Ansemanuevo estas serán antenas tipo grilla.
Figura 42. Configuración de las redes
Fuente: Autor Las redes para esta simulación serán dos, el enlace entre Alcalá y Modín será la red 1 y el de Modín y Ansermanuevo la red 2 esto debido a que se utilizaran sistemas diferentes en cada enlace, en el caso de que todos utilizarán los mismos sistemas es decir la misma configuración de radios y antenas, todos podrían pertenecer a la misma red.
Figura 43. Red 2 – Modín y Ansermanuevo
Fuente: Autor Para obtener los mapas con los datos de elevación es necesario descargar los mapas STMR creados por la NASA, antes de hacerlo debe crear una carpeta en su computador y luego dirigirse a la aplicación Radio Mobile y acceda a la pestaña opciones y selecciona la opción internet, allí selecciona la opción STRM y activa la casilla para “bajar desde internet si un archivo no se encuentra en el disco local. Luego especifica la ubicación de la carpeta que se ha creado para almacenar los mapas SRTM.
5.3.2 Simulación del radio enlace Las imágenes que se muestran a continuación contienen pantallazos de la simulación realizada en el software Radio Mobile.
Figura 44. Imagen del relieve de la región indicando un posible radio enlace directo entre las ciudades de Alcalá y Ansermanuevo
Fuente: RadioMobile Figura 45. Se muestra la simulación del radio enlace directo entre las ciudades de Alcalá y Ansermanuevo
La figura anterior muestra que el radio enlace directo entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo no es factible ya que no hay línea de vista y si se quisiera construir torres lo suficientemente altas para lograr una línea de vista efectiva cada torre debería de tener más de 100 metros de altura. Según esta simulación la distancia en línea recta entre Alcalá y Ansermanuevo es de aproximadamente 26 Km. Figura 46. Imagen del relieve de la región indicando un posible radio enlace directo entre Alcalá y Modín
Figura 47. Simulación radio enlace entre Alcalá y Modín
Fuente: RadioMobile La simulación anterior revela que Alcalá y Modín están separados por una distancia aproximada de 12Km y la señal o nivel de Recepción en Alcalá seria de -74,4dBm. La antena de Alcalá está ubicada a 8 metros de Altura y la de Modín está a 30 metros.
Figura 48. Relieve de la región indicando un posible radio enlace entre Modín y Ansermanuevo
Fuente: RadioMobile Figura 49. Simulación del enlace entre Modín y Ansermanuevo
En esta simulación el nivel de recepción de la señal en Ansermanuevo es bastante bueno -65,9, ya que una señal que esté por debajo de -80dBm se considera
buena. Hay que tener en cuenta que en la aplicación se informa que las antenas quedarían bien a una altura de entre 6 y 9 metros.
MODELO LÓGICO Y FÍSICO DE LA RED
Figura 50. Esquema de la red
Fuente: Autor En la sede de Alcalá Valle habrá un router que estará conectado con la red del proveedor del servicio de internet, y con la redes de cada sede, este router será el encargado de gestionar el ancho de banda. El siguiente es el direccionamiento IP de cada red: Sede Ansermanuevo: 192.168.2.0/26 Sede Alcalá: 192.192.192.192/27 Conexión ISP: 192.168.1.0/29 gateway: 192.168.2.20 gateway: 192.192.192.193 gateway: 192.168.1.1
El direccionamiento de la sede de Ansermanuevo es provisional, debido a que la empresa está por adquirir un switch administrable para controlar el tráfico proveniente de dicha sede. En la sede de Alcalá habrá un router y un switch de 24 puertos con 18 host conectados a él. En la sede de Ansermanuevo habrá un switch de 16 puertos con 13 host conectados. Para enlazar la sede de Alcalá con la sede de Ansermanuevo se utilizaran cuatro antenas parabólicas dos tipo disco y otras dos tipo grilla con sus respectivos radios. Las antenas tipo disco serán para el enlace Alcalá – Modín, y las antenas tipo grilla quedaran en el enlace Modín – Ansermanuevo. 96
CONCRECIÓN DEL MODELO TEORICO
Después de realizar los cálculos se determinó que el enlace es factible y se procedió a implementar el radio enlace entre los municipios de Alcalá y Ansermanuevo con un puente en el cerro Modín de la ciudad de Cartago Valle.
INSTALACIÓN FÍSICA DE LAS ANTENAS
Figura 51. Sitio de instalación de Ansermanuevo
Fuente: Autor La imagen anterior se tomó en el techo de la sede de Ansermanuevo a una altura aproximada de 6 metros, al fondo de la imagen a la derecha se encuentra el cerro Modín aproximadamente a 18 Kilómetros en línea recta, es allí donde estarán ubicadas las antenas que harán el puente con la ciudad de Alcalá.
Figura 52. Antena parabólica tipo grilla en Ansermanuevo
Fuente: Autor Un beneficio que trae esta clase de antenas es que poseen el radio incorporado en el foco de la antena y por esto las pérdidas en el cable y los conectores son despreciables y no es necesario tenerlas en cuenta. La alimentación eléctrica de esta antena se realiza a través de una tecnología que se incorpora en los cables UTP convencionales, llamada PoE (Power over Ethernet – alimentación a través de Ethernet), para el caso de esta antena su fuente es de 3.0 Watts de potencia y 5 voltios. Al momento de realizar la instalación de esta antena surgieron varios inconvenientes, ya que la potencia del PoE es baja la señal que viaja por el cable se comenzaba a perder a partir de los 9 metros, lo que ocasionó variaciones en la ubicación de la antena ya que debía quedar cerca al lugar donde se ubicaría el PoE.
Figura 53. Sitio de instalación en la ciudad de Alcalá
Fuente: Autor Este sitio está a una altura aproximada de 8mt, y está 3 pisos sobre la sede de Alcalá. Esta antena es de tipo disco y es alimentada por un PoE que tiene una potencia de 5.5 watts y 24 voltios, y al realizar las pruebas de comunicación con el cable se logro establecer que empieza a tener perdida de la señal con un cable de aproximadamente 60 metros de longitud.
Figura 54. Instalando el radio que está integrado en el foco de la antena
Figura 55 Modín desde Alcalá
Alcalá está ubicado aproximadamente a 12 Km de Modín en línea recta, al fondo de la imagen anterior está la cadena montañosa en la cual queda el cerro Modín Figura 56. Antena parabólica tipo disco instalada en Alcalá
Figura 57. Sitio de instalación en Modín
Fuente: Autor La anterior imagen es una torre arriostrada o de tirantes, de 58 metros de altura y de propiedad de la empresa ETELCO LTDA, allí es donde se instalarán las antenas que harán el puente entre Alcalá y Ansermanuevo.
Figura 58. Preparación de las antenas que se instalaran en el cerro Modín
Fuente: Autor La antena tipo grilla apuntará hacia Ansermanuevo y la tipo disco hacia Alcalá
Figura 59. Instalación de la antena que hará el enlace Modín - Ansermanuevo
Fuente: Autor Esta antena quedará instalada a 9 metros de altura.
Figura 60. Instalación de la antena que hará el enlace Modín - Alcalá
Aquí se instala la antena que se enlaza con Alcalá a 30 metros de altura
Antena que se enlaza con Ansermanuevo a 9 metros de altura
Fuente: Autor Antes de instalar las antenas se debe configurar cada antena para que al momento de instalar solo se deban alinear las antenas
CONFIGURACIÓN DEL FIRMWARE AIROS V5.2 DE UBIQUITI NETWORKS EN LAS ANTENAS.
Figura 61. Configuración de la pestaña NETWORK de Firmware AirOS v5.2 del equipo de radio que se instaló en Alcalá
Fuente: Autor Al configurar la red elegimos el modo puente (Bridge) porque en modo de puente el dispositivo basado en AirOS v5.0 remite todos los paquetes de administración y de datos de la red desde una interfaz de red a la otra sin ningún enrutamiento inteligente. Para los usos simples esto proporciona una solución de red eficiente y completamente transparente. Las interfaces WLAN (inalámbrica) y LAN (Ethernet) pertenecen al mismo segmento de la red que tiene la misma dirección IP. Las interfaces WLAN y LAN forman la interfaz virtual que actúa como un puente entre los puertos. (UBIQUITI NETWORKS, 2011). Para conocer el funcionamiento de las demás opciones de configuración se podrá consultar el manual en español del siguiente enlace: http://www.ubnt.com/wiki/AirOS_5_Spanish#Red.
Figura 62. Configuración de la pestaña WIRELESS el radio de Alcalá
Fuente: Autor En la opción modo inalámbrico (Wireless Mode) seleccionamos el modo punto de acceso (Access Point) ya que a esta antena se conectará una de las antenas que están en Modín por medio del identificador de red o SSID, la cual deberá estar en modo estación (Station) para poder enlazarse. En la opción código de país (Contry Code) se debe seleccionar el país donde se instalará la antena ya que trae pre establecidas las configuraciones con las reglamentaciones de potencia y frecuencia de cada país, pero al observar detenidamente la resolución 689 de 2004 hay datos que no son consistentes con los que aparecen en el Firmware AirOS v5.2 y por esto con mucho cuidado de la norma elegimos la configuración de Argentina que se acomoda mejor a la normatividad Colombiana con relación a los saltos de frecuencia que se seleccionan en la opción frecuencia (Frecuency, MHz), esto aumentará el número de canales disponibles y también la posibilidad de escoger un canal con menos ruido. En el siguiente enlace encontrará la definición de cada opción de configuración http://www.ubnt.com/wiki/AirOS_5_Spanish#Configuraciones_inal.C3.A1mbricas. 107
Es pertinente recordar que en la configuración de la red de todos los radios en la opción Modo de red (Network Mode) debemos seleccionar el modo puente o bridge para que los datos pasen lo más rápido posible y sin problemas. Figura 63. Configuración de la pestaña NETWORK del radio de Modín que apunta hacia Alcalá
Fuente: Autor Las configuraciones de la red en la antena de Modín que apunta hacia Alcalá son muy parecidas a la de Alcalá, solo cambia el ultimo numero de la IP. La conexión entre las antes que están ubicadas en el cerro Modín se hará por medio de sus interfaces Ethernet directamente de puerto LAN a puerto LAN en los PoE y como todas las interfaces (Wireless y Ethernet) están en modo bridge no hay que realizar configuraciones adicionales.
Figura 64. Pestaña WIRELESS en la radio de Modín que apunta hacia Alcalá
Fuente: Autor La configuración inalámbrica en la antena de Modín en la mayoría sus campos debe ser igual que en el punto de acceso de Alcalá por excepto algunos valores como lo son: Modo inalámbrico (Wireless Mode), debe estar en estación (Station) para poder enlazarse con el punto de acceso. Potencia de salida (Output Power), Se puede modificar según la distancia del enlace o según como el punto de acceso reciba su señal.
Figura 65. Pantalla principal, pestaña MAIN en el radio de Alcalá
Fuente: Autor En esta pestaña se encuentra la información necesaria para observar el estado del enlace, los datos más importantes que se deben tener en cuenta son los siguientes: Transmit CCQ: Este es un índice de cómo se evalúa la calidad de la conexión del cliente inalámbrico. Tiene en consideración el conteo de errores de transmisión, latencia, y rendimiento, mientras evalúa la tasa de paquetes correctamente transmitidos en relación con los que deben ser retransmitidos, y tiene en cuenta la actual tasa en relación con la mayor tasa especificada. El nivel está basado en un porcentaje donde 100% corresponde a un enlace perfecto. (UBIQUITI NETWORKS, 2011). Se debe procurar que este porcentaje permanezca siempre en 100% porque si empieza a variar constantemente así sea entre 95% y 100% el enlace estará inestable y podría fallar. Ruido base (Noise Floor): Muestra el nivel actual de ruido en dBm. El ruido base se calcula evaluando la calidad de la señal (Relación entre Señal-Ruido SNR,
RSSI) hasta que el valor promedio de la intensidad de señal esté por sobre el ruido base. (UBIQUITI NETWORKS, 2011) Para la estabilidad del enlace el valor del ruido base debe ser menor a -90 y cercano a -100 aunque este valor podría ser contradictorio ya que en ocasiones podría haber mucho ruido pero este no interfiera con la señal o halla poco ruido pero interfiera en gran medida la señal. Figura 66. Pantalla principal, del radio de Modín que apunta hacia Alcalá
Fuente: Autor Los valores a tener en cuenta en esta pestaña además de los nombrados anteriormente en la pestaña MAIN del punto de acceso son: Intensidad de señal (Signal Strength): Muestra los niveles de señal inalámbrica recibidos, el valor mínimo para un enlace aceptable es de -85 dBm ósea que -70 dBm sería una señal óptima para realizar un enlace. Tasa de Tx y Rx (TX Rate and RX Rate): muestra la tasa actual de transmisión 802.11. Este valor por lo general difiere de la realidad dependiendo de la calidad del enlace, por lo general la tasa es 25% menor a la que aparece en la pestaña.
Figura 67. Configuración de la red en el radio de Modín que se enlaza con Ansermanuevo
Fuente: Autor La configuración de la red en Modín es igual que en la pestaña de red de los anteriores radios, acepto porque cambiamos la dirección IP.
Figura 68. Configuración inalámbrica en el radio de Modín que apunta hacia Ansermanuevo
Fuente: Autor Este se configura como punto de acceso y se debe tener en cuenta que el SSID debe ser diferente al del enlace Alcalá – Modín, como también la frecuencia o canal en el que van a transmitir para evitar el ruido. El resto de configuraciones son muy similares a las anteriores. Para que un radio enlace sea exitoso debe haber mínimo 2 radios uno configurado como punto de acceso y el otro como estación, donde el punto de acceso es el encargado de crear la red y esta siempre a la espera de que alguna estación se conecte.
Figura 69. Pantalla principal del radio en Modín que apunta hacia Ansermanuevo
Fuente: Autor Se observa que al momento de tomar la anterior imagen el ruido de fondo está un poco elevado (-90 dBm) pero la tasa de transmisión esta al 100% lo que es un buen indicador.
Figura 70. Pantalla principal del radio de Ansermanuevo
PRUEBAS 6.3.1 Comando Ping
El comando ping se utiliza para comprobar la dirección IP de destino que desea alcanzar y registrar los resultados. El comando ping muestra si se ha recibido una respuesta del destino y cuánto tiempo se ha tardado en recibirla. Si se produce un error en la entrega al destino, el comando ping muestra un mensaje de error. (Microsoft, 2003) Ping desde un host ubicado en el municipio de Alcalá a las 4 antenas.
Figura 71. Ping desde Alcalá
Fuente:Autor El tiempo de respuesta es bueno recordemos que la distancia total del enlace es de alrededor de 30 Km 116
6.3.2 Comando Tracert El comando tracert se utiliza para comprobar la ruta de acceso a la dirección IP de destino que desea alcanzar y registrar los resultados. El comando tracert muestra el conjunto de enrutadores IP que se usan para entregar paquetes desde el equipo al destino y la duración de cada salto. En caso de que no sea posible entregar los paquetes en el destino, el comando tracert muestra el último enrutador que reenvió los paquetes correctamente. (Microsoft, 2003) Figura 72. Trace route desde Alcalá
El tracert ó trace route comprueba que la configuración del puente o Bridge se realizo correctamente y se refleja al hacerle un tracert a un host en Ansermanuevo (IP 192.168.2.51) desde un host en Alcalá, las direcciones IP de los dispositivos intermedios no salen en el informe, debido a que no realizan ningún enrutamiento inteligente a los paquetes que viaja por medio de ellos en la Figura 73. Los comandos tracert se realizaron desde un host en Alcalá a un host en Ansermanuevo. 6.3.3 Ancho de banda Esta prueba permitirá observar la capacidad real del enlace logrando llevar al máximo su capacidad para transportar la información. Figura 73. Test de ancho de banda dos vías.
En la figura anterior se realiza un test de ancho de banda para conocer cuánto es la capacidad máxima de transmisión de datos de todo el enlace en dos vías simultáneamente, y se obtuvieron los siguientes resultados promedio. RX=10Mbps, TX= 10Mbps. Esta velocidad es aceptable y satisface las necesidades de la empresa.
Figura 74. Test de ancho de banda una vía.
Fuente: Autor En la figura anterior se hace un test de ancho de banda en una sola vía, logrando una velocidad promedio de 17Mbps en todo el enlace y esta velocidad cumple con las expectativas de la empresa.
CAMBIOS EN LA IMPLEMENTACIÓN DEL RADIO ENLACE
En el enlace Alcalá – Modín se produjeron dos inconvenientes: muy cerca a la torre de Modín hay una montaña la cual quedó muy cerca a la línea de vista del enlace, aproximadamente 10 metros, esto no fue problema los primeros días, pero con el transcurrir del tiempo un árbol creció exactamente en medio del enlace y ha provocado interferencias, razón por la cual se deberá ubicar la antena a una mayor altura. La figura 75. Fue tomada 6 meses después de haber implementado el radioenlace y justo antes de subirla 10 metros más, además se observa el árbol que obstruye la línea de vista.
Figura 75. Obstrucción por un árbol
El otro problema ocurrió en Alcalá, la antena inicialmente se colocó en el tercer piso de la sede y la línea de vista era perfecta, pero a los pocos días un vecino decidió ampliar el techo a su terraza lo que obstruyó la línea de vista con el cerro Modín, y se debió buscar otro sitio para colocar la antena. Otro cambio más se le realizo al direccionamiento IP de todo el enlace ya que en el anterior existía la posibilidad de congestionar la red debido a que había demasiado broadcast por la cantidad de direcciones IP disponibles y además ya se implemento el switch administrable en Ansermanuevo, el direccionamiento quedo así: Dirección de red: 10.1.1.0/ 28 Dejando 14 host disponibles.
Después de estudiar las diferentes tecnologías y estándares de comunicación inalámbrica se evidencia la ventaja que tiene el estándar IEEE 802.11n sobre las demás tecnologías, ya que alcanza un tasa de transferencia más alta que los otros y además tiene mayor cobertura. Otro punto a favor es que funciona en frecuencias libres, es decir no hay que pagar por utilizarlas, lo que al mismo tiempo puede convertirse en desventaja por la acumulación de ruido. Al instalar los equipos y observar la intensidad de señal recibida por las antenas y compararlas con las simulaciones se puede constatar que hubo una muy buena aproximación a la realidad. Al observar de manera detallada la simulación del sistema se pudo tener un mejor entendimiento de sus variables pudieron definir varias estrategias que mejoraron la eficiencia del sistema previnieron posibles errores en los cálculos de los radio enlaces. Se demuestra el gran alcance que puede tener una señal WIFI la cual pasa de tener unos pocos metros a abarcar kilómetros de distancia con una adecuada configuración de radios y antenas de alta ganancia. Al hacer las pruebas de ancho de banda de dos vías ósea transmitiendo y recibiendo simultáneamente nos da aproximadamente TX= 9Mbps y RX=10Mbps y al compararla con la prueba de una sola vía, es decir transmitiendo ó recibiendo se alcanza una velocidad aproximada de 18Mbps, lo que refleja que la capacidad del enlace es la suma de la velocidad máxima de transmisión mas la velocidad máxima de recepción. Esto lo podemos explicar con la siguiente formula. Ancho de banda = TX + RX Es decir: si ancho de banda = 20Mbps entonces tanto TX como RX podrían acercarse a la velocidad máxima (20Mbps) siempre y cuando alguno de los dos se aproxime a 0 Mbps. La herramienta Radio Mobile es de gran ayuda para el diseño de radio enlaces, pero se puede convertir en un dolor de cabeza si la información ingresada no es la correcta, por ejemplo las coordenadas geográficas deben ser lo más exactas posibles por que cualquier variación podría hacer que el enlace de radio tenga errores o no sea posible al momento de instalar.
Después de instalar los equipos se debe tener mucha paciencia para poder estabilizar el enlace debido a que como se está trabajando en la banda libre, hay mucho ruido en casi todos los canales, y hay que buscar alguno en el que no se afecte la comunicación, se debe tener en cuenta que no siempre el canal con menos ruido es el que menos interferencia tiene hay casos los que el canal está libre de ruido y la comunicación es imposible, y por el contrario hay ocasiones en las que el ruido es muy alto pero las señales no se interfieren y la comunicación es perfecta. Se debe resaltar la gran diferencia que existe entre los dos tipos de antenas que se utilizaron en este proyecto. Las antenas utilizadas en el enlace entre Ansermanuevo y Modín fuero tipo grilla, estas antenas son mas económicas que las tipo disco, pero son muy susceptibles al ruido, además en la versión utilizada en este proyecto no se logra explotar el máximo del nuevo estándar 802.11n debido a que su comunicación es 1X1 es decir una única entrada y salida, en cambio las antenas tipo disco si poseen múltiples entradas y múltiples salidas, están configuradas para funcionar en MIMO 2X2 lo cual aumenta la capacidad de el enlace y permite tener un mayor ancho de banda, sumado a que las antenas tipo disco son mas directivas y si se alinean bien se puede lograr una comunicación estable y eficiente ya que también son menos susceptibles al ruido. En el momento de resolver las ecuaciones planteadas en el marco teórico tales como perdidas en la trayectoria por el espacio libre, margen de desvanecimiento, zona de Fresnel y compararlas se evidencian las similitudes con los valores obtenidos en la simulación. Al estudiar las diferentes teorías que rodean las comunicaciones inalámbricas se logra comprender las diversas variables que afectan las ondas de radio y gracias a ese conocimiento se hace más fácil calibrar los equipos de comunicación para que sean eficientes y estables
Utilice siempre cable UTP certificado, ya que existen en el mercado cables de mala calidad que pueden afectar la comunicación con las antenas. Para ubicar las coordenadas geográficas utilice siempre que pueda un GPS o sistema de posicionamiento global, si no tiene disponible uno puede intentarlo con la aplicación google maps, allí le mostrarán las coordenadas exactas, pero debe conocer el sitio exacto donde estarán ubicadas las antenas, para que tenga una buena aproximación. Este proyecto se puede tomar como referencia para realizar radio enlaces en frecuencias licenciadas que necesiten línea de vista.
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10 APÉNDICE Figura 76. Configuración de la ubicación geográfica de la ciudad de Ansermanuevo
Figura 77. Configuración de la red en el radio de Ansermanuevo
Figura 78. Configuración inalámbrica en el radio de Ansermanuevo
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