DESARROLLO DE UN NODO PILOTO EN EL BARRIO VERBENAL...

1

DESARROLLO DE UN NODO PILOTO EN EL BARRIO VERBENAL SUR PARA

UNA RED WIFI COMUNITARIA

ANDRES FELIPE RUBIANO CETINA

20161373013

ANDRES FELIPE MOLANO SANCHEZ

20141373100

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES

2018

2

DESARROLLO DE UN NODO PILOTO EN EL BARRIO VERBENAL SUR PARA

UNA RED WIFI COMUNITARIA

ANDRES FELIPE RUBIANO CETINA

20161373013

ANDRES FELIPE MOLANO SANCHEZ

20141373100

TRABAJO DE MONOGRAFÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN

TELECOMUNICACIONES

DIRECTOR DEL PROYECTO:

LUIS FERNANDO PEDRAZA MARTÍNEZ. PhD

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES

2018

3

NOTA DE ACEPTACIÓN

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

FIRMA DIRECTOR

___________________________________

FIRMA COORDINADOR

___________________________________

FIRMA CALIFICADOR

___________________________________

Bogotá D.C. abril 13 2018

4

Resumen

Basado en un estudio. Realizado por estudiantes de la universidad distrital en el

barrio Verbenal sur se muestra que el 97.9 % de la población no tiene acceso a

una red wifi ni de internet y en la mayoría de casos no cuentan con un equipo de

cómputo. Pero más del 80% de la población cuenta con un Smartphone.

Pensando en esta problemática la Universidad Distrital, se han puesto como meta

hacer de Ciudad Bolívar, una localidad Digital en la que la gran mayoría de sus

habitantes tenga acceso a la Internet y las ventajas que esta le ofrece.

Desarrollando así un nodo piloto en el barrio Verbenal sur se contribuirá con el

desarrollo de esta red.

Palabras clave: red, cómputo, nodo piloto, wifi, localidad digital.

Abstract

Based on a study. Performed by students from the district university in the

southern Verbenal neighborhood, it is shown that 97.9% of the population does not

have Internet access and in most cases they do not have a computer equipment.

Thinking about this problem the District University, they have set as their goal to

make Ciudad Bolívar, a digital town in which the vast majority of its inhabitants

have access to the Internet and the advantages it offers. Developing a pilot node in

the southern verbenal district will contribute to the development of this network.

Keywords: network, computation, pilot node, internet, digital locality.

5

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 9

2. GENERALIDADES 9

2.1 Descripción del barrio Verbenal sur 9

2.3 Principales incidentes de alto impacto en el proyecto 10

2.4 Planteamiento del problema 10

2.5 Justificación 10

3. IMPACTOS ESPERADOS 11

3.1 Impacto Social 11

3.2 Impacto Económico 11

3.3 Impacto Tecnológico 11

4. OBJETIVOS 12

4.1 Objetivo general 12

4.2 Objetivos específicos 12

5. ESTADO DEL ARTE 12

6. MARCO TEÓRICO 15

6.5.1 Capa física y Capa de enlace en las redes inalámbricas. 21

7. METODOLOGÍA PROPUESTA 26

8. Diseño e Implementación de la red Inalámbrica en Verbenal Sur. 28

8.1 Análisis del Terreno Del Barrio Verbenal Sur 28

8.1.1 Simulación de Enlaces en la Zona. 32

8.2 Arquitectura de red. 34

8.4 Dimensionamiento del Sistema 40

8.4.3 Cálculo de Estimación de Capacidad y Número de Usuarios. 57

8.5 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA 59

8.5.1 Materiales e insumos y servicios técnicos: 59

8.5.2 Esquema de instalación 60

9. IMPLEMENTACIÓN DE APLICATIVOS DE INTERÉS COMUNITARIO. 62

9.1 Kiwix Server: 62

6

9.2 Serval App: 63

9.3 Pagina WEB: 64

10. EVALUACIÓN DE CONECTIVIDAD Y COBERTURA 65

10.1 Pruebas de Tráfico y Recepción (Rx) de la señal. 68

13. Capacitación a la Comunidad 88

14. CONCLUSIONES ¡Error! Marcador no definido.

15. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 91

15. ANEXOS 93

LISTA DE TABLAS

1. Tabla 1 Resumen protocolo de Wi-Fi IEEE 802.1 ………………………..........16

2. Tabla 2 Protocolos de red local en el modelo OSI………………………………21

3. Tabla 3 Características Nodos anteriormente implementados………………36

4. Tabla 4 Direccionamiento y alcance de la red…………………………………...39

5. Tabla 5 Potencias para la banda de 2.4Ghz a 2.483Ghz…………………..….42

6. Tabla 6 Potencias para la banda de 5.700 a 5,725Ghz ………………………..42

7. Tabla 7 Resumen de resultados AP Cancha…………………………………….47

8. Tabla 8 Resumen de Cálculos Panadería……………………………………….48

9. Tabla 9 Resumen de Cálculos tienda la gozadera. …………………………….48

10. Tabla 10 Número de Usuarios por Capacidad…………………………………57

11. Tabla 11 Comparativa de antenas receptoras …………………………………66

12. Tabla 12 Resultados de Recepción en cada AP Clientes ……………………71

13. Tabla 13 Datos Recogidos de Señal por Cuadrante ……………73,74,75,76

14. Tabla 14 Cobertura de la Antena Sectorial de la Red Troncal…………..79

15. Tabla 15 Resultados de niveles de recepción troncales………………..........81

16. Tabla 16 Resultados Tráfico en cada AP Clientes ……………………..........82

7

17. Tabla 17 Número de usuarios Conectados ………………………………..........86

18. Tabla 18. Señal por Cuadrante antena sectorial………………………93,94,95

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1.Propuesta de interconexión de los nodos de la red inalámbrica

comunitaria de Ciudad Bolívar [3]. ........................................................................ 15

Ilustración 2.Ilustración 2. El espectro electromagnético [6]. ................................. 16

Ilustración 3 Diagrama de radiación de una antena Yagi en coordenadas

rectangulares [6] .................................................................................................... 18

Ilustración 4 Diagrama polar lineal de la misma antena Yagi [6]. .......................... 18

Ilustración 5. Enlace Punto A Punto (PTP). ........................................................... 24

Ilustración 6. Diagrama de conexión punto - multipunto [5]. .................................. 25

Ilustración 7.Topología en malla ............................................................................ 25

Ilustración 8.Diagrama de bloques ........................................................................ 27

Ilustración 9.Zona demarcada donde se ubica Barrio Verbenal Sur. .................... 28

Ilustración 10.Largo del barrio Verbenal Sur. ........................................................ 29

Ilustración 11.. Ancho aproximado del barrio Verbenal Sur. ................................. 30

Ilustración 12.Punto central de verbenal Sur. ........................................................ 31

Ilustración 13.. Punto Central Verbenal Sur imagen satelital .......................... 32

Ilustración 14.Enlace Software air link Punto #1 [8]. ............................................. 33

Ilustración 15.Enlace Software air link punto#2 [8]. ............................................... 33

Ilustración 16.Montaje nodos anteriormente implementados en Ciudad Bolívar. .. 34

Ilustración 17.Ubicación Antenas Troncales Verbenal Sur .................................... 38

Ilustración 18.Arquitectura de red a implementar .................................................. 38

Ilustración 19.Red Verbenal Sur ............................................................................ 39

Ilustración 20.Enlace A. Sectorial - SS1 ................................................................ 49

Ilustración 21.Enlace A. Sectorial - SS2 ................................................................ 50

Ilustración 22.Datos Enlace A. Sectorial - SS1. ..................................................... 50

Ilustración 23.Datos Enlace A. Sectorial - SS2...................................................... 51

Ilustración 24. Propagación Antena Sectorial .................................................. 52

Ilustración 25.Enlace Nanostation 2 - Punto de Prueba 1. .................................... 53

Ilustración 26.Enlace AP1 - Punto de Prueba 3. ............................................... 53

Ilustración 27.Enlace AP2 - Punto de Prueba 8. ................................................... 54

Ilustración 28.Datos Enlace AP Cancha - Punto de Prueba 1. .............................. 54

Ilustración 29.Datos Enlace AP1 - Punto Prueba 4. .............................................. 55

Ilustración 30.Datos Enlace AP2 - Punto de Prueba 8 .......................................... 55

Ilustración 31.Simulación de Propagación AP Cancha. ........................................ 56

Ilustración 32. Simulación Propagación AP1. ........................................................ 56

Ilustración 33.Simulación Propagación AP2 .......................................................... 57

8

Ilustración 34.Antena Sectorial .............................................................................. 60

Ilustración 35.Antena Direccional # 1. ................................................................... 61

Ilustración 36.Antena Direccional # 2. ................................................................... 61

Ilustración 37.Nanostation 2. ................................................................................. 62

Ilustración 38.Búsqueda en kiwix. ......................................................................... 63

Ilustración 39.Menú app serval Mesh .................................................................... 64

Ilustración 40.Portal Cautivo.................................................................................. 65

Ilustración 41.Enlace Antena # 2 ......................................................................... 66

Ilustración 42.Enlace Antena # 3 ........................................................................... 66

Ilustración 43.Enlace Sectorial. ............................................................................. 67

Ilustración 44.Resultados Interferencia Canal Punto 1 .......................................... 69

Ilustración 45.Resultados de estabilidad de la señal Punto 1 ............................... 69

Ilustración 46.Resultados Interferencia Canal Punto 2 .......................................... 70

Ilustración 47.Resultados Estabilidad de la Señal Punto 2 ................................... 71

Ilustración 48 .Mapa patrones de radiación ........................................................... 72

Ilustración 49.Cuadricula de Detalle Intensidad de Señal por Cuadrantes .... 73

Ilustración 50.Gráfico cobertura ............................................................................ 78

Ilustración 51.Mapa de Patrón de Radiación Antena Sectorial de la Red Troncal 79

Ilustración 52.Gráfica Paquetes por segundo VS tiempo ...................................... 81

Ilustración 53.Resumen Resultados Tráfico ..................................................... 81

Ilustración 54.Resultados de GlassWire Gráfico ................................................... 82

Ilustración 55.Resultados de GlassWire Usage ................................................ 83

Ilustración 56.Tráfico total vs tráfico servidor ........................................................ 84

Ilustración 57.Resultados Prueba Ping ................................................................. 85

Ilustración 58. DHCP IP Pool Summary ................................................................ 86

Ilustración 59.Gráfico de Número de usuarios Conectados .................................. 87

Ilustración 60.Capacitación Comunidad 1 ............................................................. 88

Ilustración 61.Capacitación Comunidad 2 ............................................................. 89

Ilustración 62.Capacitación Comunidad 3. ....................................................... 89

Ilustración 63.Capacitación Comunidad 4 ........................................................ 90

Ilustración 64.Capacitación comunidad 5. ........................................................ 90

9

INTRODUCCIÓN

En la actualidad en varios lugares del mundo hay comunidades que tienen el

conocimiento de la importancia y ventajas para actividades cotidianas que trae la

implementación de una red comunitaria, en la localidad de Ciudad Bolívar Bogotá

Colombia; existen unos flagelos sociales debido al conflicto armado que ha vivido

la nación, siendo así que son comunidades que viven en unos niveles de pobreza

multidimensional altos, una forma de atacar uno de los aspectos de ésta es ofrecer

una alternativa de solución basada en el acceso a una red wifi comunitaria.

Básicamente este tipo red Wifi comunitaria o mallada es una red compuesta por

un router/estación base y sus satélites o puntos de acceso que se comunican

entre ellos conforman una única red wifi de cara al usuario con un mismo SSID y

contraseña. Esto nos permite una fácil implementación diversificación, expansión y

escalabilidad de la red con sus aplicaciones de forma sencilla y económica para

este tipo de poblaciones vulnerables como la del barrio Verbenal sur.

2. GENERALIDADES

2.1 Descripción del barrio Verbenal sur

El barrio Verbenal sur es un barrio ubicado en la localidad nº 19 de Bogotá En

Ciudad Bolívar hay 600 mil personas, repartidas en 5.386 hogares. De este

número, cerca de 2.000 se encuentran en situación de pobreza, y 3.300 en la

miseria. Hay más de 5.000 viviendas en terrenos de alto riesgo. Durante el 2014

fueron atendidos 220 casos de conciliación por procesos de alimentos y fueron

denunciados 4.791 casos de violencia intrafamiliar. En este lapso también se

denunciaron 448 casos de maltrato a menores, y 116 por abuso sexual. El Instituto

de Desarrollo Urbano invierte aquí cerca de 20 mil millones de pesos en obras, sin

embargo, el 30 por ciento de sus 1.038 kilómetros de vías están en mal estado.

Por consiguiente, sólo en 4 viviendas cuentan con suscripción a servicios de

internet [1].

10

2.3 Principales incidentes de alto impacto en el proyecto

Se espera que con este tipo de proyectos disminuya la brecha digital. Dando paso

a que las personas tengan acceso a servicios de búsqueda académica y

aplicaciones que faciliten la comunicación entre los habitantes del sector.

Este cambio se puede ver tanto a nivel económico, donde las nuevas tecnologías

constituyen uno de los motores fundamentales del crecimiento, como en las

relaciones sociales, que han cambiado radicalmente en los últimos años.

2.4 Planteamiento del problema

Ciudad Bolívar es una localidad de Bogotá D.C., que se caracteriza por ser una

zona deprimida donde llegan comunidades de campesinos desplazados por la

violencia en Colombia, viviendo varias problemáticas sociales que se generan allí

convirtiéndose en comunidades marginadas o apartadas, con carencia económica

y falta de recursos, entre ellos acceso a fuentes de información o redes (internet,

bibliotecas virtuales, cursos por internet, etc.), una comunidad en pleno siglo XXI

sin acceso a las tecnologías de la información, podría tener las mismas

oportunidades que otras para disminuir sus niveles de pobreza.

2.5 Justificación

En la vida de la sociedad moderna, la tecnología es algo indispensable. De hecho,

la mayor parte de los esfuerzos científicos se centran en la creación de nuevas

tecnologías que cubran las necesidades de la sociedad y consigan elevar el nivel

de bienestar.

Se puede observar como el uso de estas tecnologías puede mitigar algunas

necesidades mediante la implementación de redes WIFI Comunitarias, logrando

tener acceso a la información por medio de la Internet y aplicativos instalados en

la red disminuyendo así la brecha digital que existe. Adicionalmente cuentan con

múltiples aplicaciones tales como la capacitación del adulto mayor en la

tecnología, reporte de personas con problemas de movilidad o cualquier

discapacidad física, acceso a capacitaciones para aumentar la competitividad

laboral, temas de seguridad, comercio en general y comunicación (Chat, video,

llamadas). Las redes inalámbricas permiten la conexión de sitios remotos (como

desde la comodidad y seguridad de sus hogares) además de incentivar la

integración social generando progreso en la sociedad.

11

3. IMPACTOS ESPERADOS

3.1 Impacto Social

Actualmente se vive en un mundo globalizado donde el uso de tecnologías de la

información y comunicación han adquirido un carácter de uso casi obligatorio para

las personas y organizaciones con el fin de poder compartir información o adquirir

información así se busca un incentivo en la comunidad para que se acerquen aún

más a los servicios tecnológicos que el mundo brinda hoy en día, además de

prestar un servicio comunitario que beneficie a aquellas personas que no puedan

acceder al mismo por temas económicos o sociales brindado así acceso a mayor

información.

3.2 Impacto Económico

El impacto económico de Internet es tal que las principales oportunidades

asociadas al crecimiento y desarrollo de una nación y de las comunidades están

hoy en día en las pequeñas empresas y negocios informales. No se trata sólo de

que las impulse en su creación, sino también en su desarrollo y sostenibilidad: las

personas que usan internet reportan ser más productivas en sus empresas y en su

entorno laboral incentivando también el emprendimiento y desarrollo de estas

comunidades. El acceso a la tecnología de la información es un ítem a evaluar

dentro de las características de la pobreza multidimensional.

3.3 Impacto Tecnológico

Estas tecnologías, en su mayor parte, han facilitado el desarrollo de la sociedad y

han dotado de herramientas para afrontar problemas que, hasta entonces, no

tenían solución con los medios existentes en anteriormente.

En la actualidad, las tecnologías que en mayor medida están influyendo en la

sociedad, son las relacionadas con la informática y las comunicaciones, en las que

destacan principalmente dos: Internet y las comunicaciones móviles. De hecho, se

dice que estamos en un nuevo tipo de sociedad denominada Sociedad de la

información.

12

La importancia de estas tecnologías no se queda relegada a un segundo plano, ya

no son una mera herramienta de comunicación o trabajo, sino que a día de hoy

son una de las causas fundamentales del cambio estructural de la sociedad.

Para el caso particular de esta comunidad, se puede añadir que la implementación

del nodo Wifi le abre las puertas a aplicaciones tanto de información como de

seguridad teniendo en cuenta que éste último es de alto impacto en la zona.

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo general

● Desarrollar un nodo piloto en el barrio Verbenal Sur para una red WIFI

comunitaria

4.2 Objetivos específicos

● Diseñar e implementar un nodo que dé cobertura y acceso libre a la

comunidad circundante.

● Implementar aplicativos de interés para la comunidad instalados en un

servidor.

● Evaluar la cobertura y calidad de conexión del nodo inalámbrico.

5. ESTADO DEL ARTE

En este apartado se realiza una revisión de las soluciones implementadas

anteriormente en otros países y regiones que por tener un fin similar al de este

proyecto de grado, pudieran servir como base de discusión para recoger ideas y

conclusiones que den guía a una posible solución; Estudiando las topologías de

red utilizadas en cada caso. Muy importante para este proyecto Redes

Inalámbricas Mesh Caso de estudio: Ciudad Bolívar, ya que se trata de la

localidad en la que se está realizando el proyecto y fue ejecutado por egresados

de la misma Alma Mater, por ende, las experiencias adquiridas en el mismo serán

una guía principal.

5.1 Red comunitaria en Nepal

El objetivo de este proyecto fue brindar acceso a las zonas de difícil acceso y

lugares aislados de Nepal, los recursos fueron gestionados por organizaciones

nacionales e internacionales, los principales lugares a interconectar fueron centros

comunitarios, escuelas y clínicas de las aldeas señaladas para la implementación.

13

La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) ha aportado equipos por un

valor de 30.000 dólares. Los servicios brindados en esta red son los siguientes:

• Acceso a Internet con fines escolares.

• Servicio telefónico sobre VoIP

• Ciber-educación o aula interactiva

•Telemedicina en colaboración con el hospital Om de Pokhara, consultas mediante

enlaces de audio y video.

•Foro en línea para temas comunitarios

•Transferencia de dinero: con la colaboración de entidades del sector, los

habitantes de las diferentes comunidades de Nepal pueden transferir dinero o

realizar pagos de forma virtual [16].

5.2 Red inalámbrica comunitaria en Wray

La comunidad en colaboración con la Universidad de Lancaster inició la

implementación de una WMAN (wireless metropolitan area network – red

inalámbrica de área metropolitana), para suplir las necesidades de las empresas

locales, educativas y acceso en general, debido a la falta de disponibilidad de una

banda ancha para el acceso a internet en el año 2003. Gracias al proyecto por

primera vez la población de Wray tuvo acceso a Banda Ancha, logrando que los

investigadores de la universidad tuvieran la experiencia de analizar los procesos

técnicos asociados al despliegue y operación de una red mesh. En la actualidad el

servicio de banda ancha es común en cualquier área metropolitana por ende la

situación en Wray ahora es diferente [17].

5.3 Red inalámbrica comunitaria en Dharamsala

La red implementada en el año 2005 en Dharamsala – India, se realizó

desplegando un dispositivo hardware de diseño y fabricación local (Himalayan

mesh router), la red está constituida por treinta nodos compartiendo un único canal

de radio, con un ancho de banda total de enlace de subida a Internet de 6,0 Mbps

y un estimado de 2000 clientes, la principal necesidad que impulsó la realización

del proyecto es que la región cubierta por la red es una área donde el suministro

de energía eléctrica es inconstante y una red mesh es una alternativa pertinente

para el caso dado a su característica de enrutamiento multi-camino. La red se usa

principalmente para:

• Acceso a Internet.

14

• Aplicaciones de archivos compartidos.

• Respaldos remotos.

• Reproducción de vídeos de alta calidad desde archivos remotos (streaming).

• Servicios de VoIP.

• Transferencia de datos mediante servidores ftp o web.

• Mensajería instantánea [18].

5.4 Redes comunitarias en Santiago de Chile

La organización conocida como Chilesincables.org, está utilizando tecnología

asociada con las especificaciones IEEE 802.11 en sus estándares a, b y g, sin

descartar la expansión a nuevas innovaciones en el área, como por ejemplo

mediante el uso de Wimax. Las antenas externas utilizadas son de manufactura

propia, de acuerdo con la legislación de telecomunicaciones vigente en el país. En

lo referente al software de la red, se utilizan sistemas operativos especialmente

bajo plataformas gnu / Linux, los cuales se adaptan a las necesidades de

enrutamiento e implementación de servicios como proxy, servidores web y

servidores ftp, entre otros. Adicionalmente, estos sistemas operativos son afines a

la filosofía del proyecto, ya que son de tecnología libre y de código abierto. Entre

las aplicaciones implementadas en la red se destacan las siguientes:

• Transferencia de datos mediante servidores ftp o web.

• Servicios de VoIP.

• Streaming (flujo continuo) de audio y video.

• Mensajería instantánea.

• Otros servicios creados por los propios usuarios y adaptados a la red [19].

5.5 Nodos implementados para la red inalámbrica comunitaria de Ciudad

Bolívar

Para éste proyecto se implementa la instalación de 16 nodos, cada uno consta de

un Punto de Acceso o AP Nanostation 2.7 y una antena omnidireccional con una

ganancia de 15 dBi, cada nodo fue ubicado estratégicamente usando como base

colegios públicos de la localidad, se instaló en el firmware de los AP una

actualización que permite usar el protocolo B.A.T.M.A.N. (better approach to

mobile ad-hoc networking), permite elegir el camino por los nodos menos

congestionados para cumplir la proyección de interconectar la localidad con el

15

Centro de Aplicaciones TIC de la Universidad Distrital (CDATIC) como se muestra

en la ilustración 1.

Ilustración 1.Propuesta de interconexión de los nodos de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar [3].

6. MARCO TEÓRICO

6.1 Estándar IEEE 802.11

Las redes de área local inalámbricas entre los tipos de tecnologías utilizados para

su funcionamiento, entre los varios tipos de tecnologías existentes el estándar más

conocido y utilizado es el estándar IEEE 802.11.

En la actualidad existen 7 tipos del estándar 802.11; a continuación se mencionan

en la tabla No 1 el resumen de éstos, en la que se especifica la frecuencia en la

cual trabaja los diferentes protocolos, el ancho del canal, el tipo de tecnología

MIMO (esta solo aplica desde el protocolo 802.11n y posteriores) como último dato

16

de esta tabla se muestra la velocidad teórica de transmisión de datos en

condiciones ideales.

Protocolo Frecuencia Ancho del canal

MIMO Velocidad de datos (teoría)

802.11ac wave2

5GHz 80,80&plus, 80,160 MHz

(MINO-MU) 1.73Gbps

802.11ac wave1

5 GHz 80 MHz (SU-MIMO) 866,7 Mbps

802.11n 2.4 o5 GHz 20,40 MHz (SU-MIMO) 450 Mbps

802.11g 2.4 GHz 20 MHz No se aplica 54 Mbps

802.11a 5 GHz 20 MHz No se aplica 45 Mbps

802.11b 2.4 GHz 20 Mhz No se aplica 11 Mbps

802.11 2.4 GHz 20MHz No se aplica 2 Mbps

Tabla 1 Resumen del estándar IEEE 802.11 [4]

6.2 Espectro Electromagnético

Las ondas electromagnéticas comprenden un amplio rango de frecuencias, tienen

la propiedad que dependiendo de su frecuencia tienen una longitud de onda, la

longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, se ha establecido

una escala para clasificarlas en orden creciente de la frecuencia de izquierda a

derecha, se denomina espectro electromagnético. Dependiendo en que rango de

la escala se encuentre pertenece a un espectro o a otro (Luz visible, radio,

infrarojo, etc), Ilustración 2:

Ilustración 2.Ilustración 2. El espectro electromagnético [6].

17

6.3 Comportamiento de las Ondas Electromagnéticas

De acuerdo a la energía, su poder de penetración y de acuerdo en que rango del

espectro electromagnético se encuentren las ondas electromagnéticas tienen unas

propiedades que son Reflexión, Refracción, Polarización, Difracción, Dispersión,

Absorción y Superposición e interferencia, teniendo en cuenta lo antes

mencionado hay algunas reglas en su comportamiento que han permitido

determinar su uso en las tecnologías actuales:

• Cuanto más larga la longitud de onda, más lejos llega.

• Cuanto más larga la longitud de onda, mejor viaja a través y alrededor de

obstáculos

• Cuanto más corta la longitud de onda, puede transportar más datos Todas estas

reglas, simplificadas al máximo [6].

6.4 Antenas

En las comunicaciones inalámbricas la antena es el elemento diseñado para emitir

o recibir ondas electromagnéticas, una antena receptora recibe una onda

electromagnética para convertirla en una señal eléctrica, y una antena transmisora

realiza la misma función de manera inversa, las antenas poseen la propiedad

conocida como reciprocidad, que consiste en que van a mantener las mismas

características sin importar si están como receptor o transmisor, las antenas de

acuerdo a sus características resonantes tienen una banda de frecuencia de

trabajo y emitirá radiación distribuida en el espacio de cierta forma o patrón de

radiación.

6.4.1 Diagramas o Patrones de Radiación

Los patrones o diagramas de radiación describen la intensidad relativa del campo

radiado en varias direcciones desde la antena a una distancia constante. El patrón

de radiación es también de recepción, porque describe las propiedades de

recepción de la antena. El patrón de radiación es tridimensional, pero

generalmente las mediciones de los mismos son una porción bidimensional del

patrón, en el plano horizontal o vertical. Estas mediciones son presentadas en

coordenadas rectangulares, o en coordenadas polares. La ilustración 3 muestra el

diagrama de radiación en coordenadas rectangulares de una antena Yagi de diez

18

elementos [6].

Ilustración 3 Diagrama de radiación de una antena Yagi en coordenadas

rectangulares [6]

.

En los sistemas de coordenadas polares, los puntos se obtienen por una

proyección a lo largo de un eje que rota (radio) en la intersección con uno de

varios círculos concéntricos. En la Ilustración 4 se muestra un diagrama de

radiación en coordenadas polares de la misma antena Yagi de diez elementos. Se

puede observar el Ancho de as y la Directividad con la que emite la Onda. Los

sistemas de coordenadas polares pueden dividirse en dos clases: lineales y

logarítmicos [6].

Ilustración 4 Diagrama polar lineal de la misma antena Yagi [6].

19

6.4.2 Tipos de Antenas

Las antenas tienen varios parámetros en que basarse para poderse clasificar:

● Directividad y Ganancia: La directividad es la habilidad de una antena de

transmitir o recibir la energía en una dirección particular. De acuerdo a esto

las antenas pueden ser Omnidireccionales, Sectoriales y Direccionales.

Las Antenas Omnidireccionales irradian la energía a todas las direcciones o

irradian a 360 grados en el plano horizontal, un ejemplar de éstas son las

Dipolo.

Las Antenas Sectoriales irradian la energía a un área específica que puede ser

amplia desde los 60 grados hasta los 180 grados.

Las Antenas Direccionales irradian a un área más angosta que las antenas

sectoriales, teniendo una ganancia más alta por lo tanto pueden hacer

enlaces a largas distancias, un ejemplar muy conocido de éstas son las

Yagi.

● Frecuencias y Tamaños: La longitud de onda varía de acuerdo a la

frecuencia, por ende, el tamaño de las antenas debe variar para irradiar

señales a la correcta longitud de onda, entonces la antena utilizada para

VHF no es la misma para HF.

● Aplicación: De acuerdo al propósito se aplica una antena con ciertas

características, por ejemplo; un punto de acceso son para implementar

redes Punto Multipunto y para este caso se puede utilizar antenas

Omnidireccionales o también Sectoriales, en el caso de implementar un

enlace remoto que son Punto a Punto se utiliza antena Direccional.

6.5 Introducción a las redes inalámbricas

Las redes inalámbricas son las que se transmiten a través de medio no guiado,

mediante ondas electromagnéticas, comunican puntos remotos, permiten la

movilidad de los dispositivos a conectarse, debido a que no se transmiten a través

de cableado los costos de mantenimiento son menores que las redes de medio

guiado. Se pueden clasificar según su área de cobertura:

20

● WPAN ó red inalámbrica de área personal (Wireless Personal Area

Network) son aquellas que tienen un área de cobertura de unos pocos

metros. La finalidad de estas redes es la comunicación entre cualquier

dispositivo personal (por ejemplo, el ordenador con la impresora) con sus

periféricos, así como permitir una comunicación directa a corta distancia

entre estos dispositivos. Algunas tecnologías que se utilizan en este tipo de

redes son Bluetooth, DECT y los infrarrojos. [12]

● WLAN ó red inalámbrica de área local (Wireless Local Area Network)

cubren distancias de unos cientos de metros. Estas redes están pensadas

para crear un entorno de red local entre ordenadores o terminales situados

en un mismo edificio o grupo de edificios. En el mercado existen distintas

tecnologías que dan respuesta a esta necesidad, aunque la más frecuente

es la tecnología WiFi, existen otras como HomeRF, HiperLAN, OpenAir

[12].

● WMAN ó red inalámbrica de área metropolitana (Wireless Metropolitan Area

Network) pretenden cubrir el área de una ciudad o entorno metropolitano.

Tienen una cobertura desde cientos de metros hasta varios Kilómetros. Los

protocolos WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) o

LMDS (Local Multipoint Distribution Service) ofrecen soluciones de este tipo

[12]

● WWAN ó red inalámbrica de área global o WWAN (Wireless Wide Area

Network) son los sistemas basados en la tecnología celular y tienen la

posibilidad de cubrir un país entero o un grupo de países. Se trata de un

sistema para mantener la comunicación independientemente del lugar

donde nos encontremos. Las tecnologías WWAN se conocen también como

sistemas de segunda generación (2G), de tercera generación (3G) o los

actuales sistemas (4G) definidos como un estándar de la norma 3GPP.

Como hemos visto, existen tecnologías distintas de comunicaciones

inalámbricas. Muchas de ellas son complementarias, otras dan respuesta a

una misma necesidad y por ello compiten entre ellas por ser las preferidas

en el mercado [12].

Las bandas de frecuencias asignadas para Wi-Fi son 2.4 GHz y 5 GHZ, son de

carácter libre, o sea libre de licencias de operación, por lo tanto, pueden

presentarse problemas de interferencia, para esto se debe tener en cuenta los

canales de trabajo de una señal con respecto a las circundantes a la hora de

implementar una red inalámbrica.

21

6.5.1 Capa física y Capa de enlace en las redes inalámbricas.

El estándar IEEE 802.11 cumple con la arquitectura IEEE 802 establecida para

redes LAN. La norma IEEE 802 define exclusivamente los temas relacionados con

las dos primeras capas del sistema OSI: La capa física, y la capa de enlace, que

en el estándar inalámbrico como en todos los protocolos 802 se divide en dos

subcapas. Por lo tanto, el resultado queda de la siguiente manera:

❖ PHY (Physical Layer, ‘Capa física’)

Y para la Capa de Enlace las dos subcapas son:

❖ MAC (Medium Access Control, ‘Control de acceso al medio’)

❖ LLC (Logical Link Control, ‘Control de enlace lógico’)

MODELO OSI PROTOCOLOS

7.Aplicación HTTP,FTP,POP3

6.Presentación DNS,LDAP,XML,etc.

5.Sesión Común UDP,TCP,etc.

4.Transporte IP,ICMP,RSVP,etc.

3.Red IP,ICMP,RSVP,etc.

2.Enlace I EEE 802 LLC,MAC,etc.

1.Fisico Coaxial,FO,radio,etc.

Tabla 2. Protocolos de red local en el modelo OSI. [13]

Los diferentes estándares, permiten que aparezcan nuevas versiones de ese

mismo estándar simplemente modificando una de las capas. Esto facilita no sólo la

evolución de los estándares, sino que un mismo equipo pueda ser compatible con

distintas versiones de un estándar. Por ejemplo, IEEE 802.11b sólo se diferencia

de IEEE 802.11 en que su capa física permite transmitir datos a alta velocidad

[13].

El resto de capas son idénticas a las empleadas en las redes locales cableadas e

Internet y se conoce con el nombre de conjuntos de protocolos IP (Internet

Protocol). [13]

22

6.5.2 Elementos básicos de una red inalámbrica.

Para implementar una red es necesario conocer qué elementos se requieren y qué

función cumple cada uno, teniendo en cuenta la topología de red a usar, para las

redes inalámbricas hay unos elementos indispensables.

El punto de acceso (Access Point, ‘AP’) Es el centro de las comunicaciones de la

mayoría de las redes inalámbricas. De manera inalámbrica recibe información de

diferentes dispositivos y la transmite a través del cable al servidor de la red

cableada o viceversa. Siendo así que interconecta a los dispositivos que se

conectan a él inalámbricamente con la red fija e Internet.

Controladora, éste elemento se requiere en los casos donde la red inalámbrica es

extensa y tiene cierto número de AP trabajando para la misma WLAN y se utiliza

para evitar la falta de entendimiento que aparece a la hora de mantener en

servicio una comunicación cuando un usuario pasa del área de cobertura de un

punto de acceso a otro (itinerancia o roaming).

Interfaces de red o NIC (Network Interface Cards), estos equipos pueden recibir el

nombre de tarjetas de red, y cumplen con el estándar 802.11 que permite a un

equipo conectarse a una red inalámbrica. Hay diversos tipos de adaptadores en

función del tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red. [14]

6.6 Configuraciones de red

Las redes inalámbricas WiFi admiten dos tipos de configuraciones desde el punto

de vista del tipo de equipamiento:

Modo Ad hoc. Se trata de una configuración en la cual sólo se necesita disponer

de tarjetas o dispositivos inalámbricos WiFi en cualquier equipo susceptible de ser

conectado a la red. La red es ad hoc porque no depende de una infraestructura

preexistente, como routers (en redes cableadas) o de puntos de accesos en redes

inalámbricas administradas. En lugar de ello, cada nodo participa en el

encaminamiento mediante el reenvío de datos hacia otros nodos, de modo que la

determinación de estos nodos hacia la información se hace dinámicamente sobre

la base de conectividad de la red. [15]

23

Este tipo de red permite la adhesión de nuevos dispositivos, con el solo hecho de

estar en el rango de alcance de un nodo ya perteneciente a la red establecida. El

principal inconveniente de este tipo de redes radica en el número de saltos que

debe recorrer la información antes de llegar a su destino. Cada nodo que transmite

la información implica un salto, cuantos más saltos, mayor es el tiempo que tarda

en llegar la información a su destino y aumenta la probabilidad de que la

información se corrompa con cada salto.

Modo infraestructura. En esta configuración, además de las tarjetas WiFi se

necesita disponer de un equipo conocido como Punto de Acceso (AP). Cada

estación informática (EST) se conecta a un punto de acceso a través de un enlace

inalámbrico. La configuración formada por el punto de acceso y las estaciones

ubicadas dentro del área de cobertura se llama conjunto de servicio básico o BSS.

Estos forman una célula. Cada BSS se identifica a través de un BSSID que en

modo infraestructura corresponde al punto de acceso de la dirección MAC. [15]

Es posible vincular varios puntos de acceso juntos (o con más exactitud, varios

BSS) con una conexión llamada sistema de distribución (SD) para formar un

conjunto de servicio extendido o ESS. [15]

6.8 Topologías de Red.

La topología de red es la relación física y lógica entre los nodos de una red. Las

redes inalámbricas pueden ser configuradas como Punto-Punto (PTP), punto a

multipunto (PMP) o como red mallada.

6.8.1ENLACES PUNTO A PUNTO (PTP)

Para interconectar únicamente dos puntos distantes mediante un medio de

propagación no guiado, los dispositivos a interconectar actúan como socios

iguales o pares entre sí, de esta forma los dispositivos alternan los roles de

transmisor y emisor utilizando los distintos protocolos de comunicación

inalámbricos establecidos por la UIT, los dispositivos utilizados para éste fin son

los AP y CPE de acuerdo al diseño de red, la configuración más simple de una

conexión punto a punto, es utilizando dos CPE debido a que cuentan con antenas

direccionales integradas. Ilustración 5.

24

Ilustración 5. Enlace Punto A Punto (PTP).

6.8.2 ENLACES PUNTO A MULTIPUNTO (PTMP)

Los PTMP interconectan más de dos dispositivos, permiten establecer mayores

áreas de cobertura y más usuarios, enlazando varios puntos remotos hacia uno

central, se utilizan para implementar redes de datos, voz y vídeo, entre otras,

algunas de las aplicaciones son:

- Acceso a internet.

- Voz sobre IP para disminuir costos de llamadas entre sucursales de una

empresa.

- Vídeo vigilancia en campus universitarios, industrias, zonas residenciales,

etc.

En la ilustración 6 se muestra el diagrama de conexión punto multipunto en que se

muestra una red en malla compuesta por un router/estación base y sus satélites o

puntos de acceso que se comunican entre ellos conforman una única red Wi-Fi.

25

Ilustración 6. Diagrama de conexión punto - multipunto [5].

6.8.3 Topología en malla:

Se puede considerar como una alternativa a la topología punto-multipunto en la

cual una estación satélite (SS) se puede conectar a una o más SS hasta alcanzar

la BTS de la red. Es una topología muy utilizada cuando se necesita expandir la

cobertura de un área sin la necesidad de incrementar el número de estaciones

base. Los paquetes de datos pueden viajar por caminos alternos para alcanzar su

destino. Ilustración 7:

Ilustración 7.Topología en malla

26

7.MARCO LEGAL

En Colombia la agencia nacional del espectro (ANE) en la Resolución Nº 000711

del 11 de oct 2016 Por la cual se establecen las bandas de frecuencia de libre

utilización dentro del territorio nacional y se derogan algunas disposiciones bandas

libres como la de 2 400 a 2 483,5 MHz y 5725 a 5850 MHz para enlaces punto a

punto y punto – multipunto.

La validez jurídica de la licencia GPL versión 3 en el marco normativo de los

derechos de autor en Colombia se encuentra bajo una Licencia Creative

Commons la cual se rige por la Ley 1835 de 2017 "POR LA CUAL SE MODIFICA

EL ARTÍCULO 98 DE LA LEY 23 DE 1982 "SOBRE DERECHOS DE AUTOR". .

Usted es libre de compartir - copiar, distribuir, ejecutar y comunicar públicamente

la información que se encuentre bajo esta licencia que en nuestro caso es la

aplicación kiwix, y serval mesh.

8. METODOLOGÍA PROPUESTA

Para el desarrollo del aplicativo, se siguió la metodología secuencial en etapas

definidas por las necesidades teóricas y prácticas reflejadas a continuación:

● Etapa I: “Estudio del caso”. Se realizará acercamientos a la comunidad para

conocer las condiciones de terreno, sociales y necesidades de la misma.

● Etapa II: “Planteamiento de la solución”. Se realizará estudio de los trabajos

realizados anteriormente en ciudad bolívar de las redes comunitarias con

los datos obtenidos de ésta y con las condiciones del barrio Verbenal sur,

se diseñará la red a implementar.

● Etapa III: “Diseño del sistema”. De acuerdo a la topología de red a

implementar, se conocerán las características de las antenas y dispositivos

a usar (potencia, velocidad, sensibilidad, etc.)

● Etapa IV: “Implementación del sistema”. Se realizarán las instalaciones de

las antenas y los módems en los diferentes puntos (de acuerdo a

http://derechodeautor.gov.co/documents/10181/182597/LEY+1835+DEL+09+DE+JUNIO+DE+2017.pdf/103b7a05-35d3-4b94-9969-5476a0653492

http://derechodeautor.gov.co/documents/10181/182597/LEY+1835+DEL+09+DE+JUNIO+DE+2017.pdf/103b7a05-35d3-4b94-9969-5476a0653492

27

condiciones de línea de vista y distancias a cubrir) que se escogieron

realizando los debidos ajustes para obtener enlaces óptimos.

● Etapa V: “Implementación del aplicativo”. se implementarán unos aplicativos

de búsqueda escolar sobre la red a partir de un servidor FTP,

adicionalmente la red contará con una app que permitirá realizar llamadas

sobre IP y chat comunal, los usuarios podrán compartir archivos a nivel

LAN.

● Etapa VI: “Pruebas de conectividad y cobertura”. Se realizarán pruebas de

conectividad sobre la red, haciendo uso de un software especializado.

● Etapa VII: “Análisis de resultados”. Se hará socialización del proyecto con la

comunidad, dejando manual de usuario para los aplicativos, se realizará

planteamiento de más servicios a implementar de acuerdo a las

capacidades de la red y futuras mejoras.

El diagrama de bloques dado en la Ilustración 8, define de las etapas y el proceso

de ejecución del mismo.

Ilustración 8.Diagrama de bloques

28

.

9. Diseño e Implementación de la red Inalámbrica en Verbenal Sur.

En esta etapa inicialmente se observarán las condiciones del Barrio Verbenal sur,

dialogando con la comunidad para recoger sus necesidades e ideas entorno al

proyecto, análisis del terreno obteniendo datos que den un estimado de que

tecnología y topología de red es pertinente para el proyecto, teniendo en cuenta

también el conocimiento y experiencia obtenidos en los proyectos anteriormente

realizados en la localidad.

Con la información recogida se dimensiona la red y sus elementos pertinentes

para la implementación de la misma.

9.1 Análisis del Terreno Del Barrio Verbenal Sur

El objeto de estudio es el barrio Verbenal Sur ubicado en la parte alta del barrio

Paraíso localidad de Ciudad Bolívar, Bogotá Colombia, Ilustración 9, en el sector

no ha sido implementado anteriormente ninguna red comunitaria o nodo Wi-Fi.

Ilustración 9.Zona demarcada donde se ubica Barrio Verbenal Sur.

29

Previo a la realización del diseño de red, es necesario conocer el terreno de

implementación, es un paisaje con poca vegetación y como anteriormente se

mencionó con planos inclinados, las construcciones de las viviendas son

irregulares, o sea los edificios o viviendas son todas estructuralmente diferentes;

alturas diferentes a lo largo y ancho de calles inclinadas y sin pavimentar, a

excepción de la vía principal, que pasa al frente del punto central del barrio, con

los datos que se obtienen a continuación se podrá determinar la topología de red

más conveniente y la ganancia de la antena y equipos a utilizar.

El área comprendida del barrio Verbenal es Aprox. 872 m x 364 m , su terreno

tiene varios planos inclinados a lo largo y ancho del barrio. Ilustraciones 10 y 11.

Ilustración 10.Largo del barrio Verbenal Sur.

30

Ilustración 11.. Ancho aproximado del barrio Verbenal Sur.

Se está realizando la construcción de un salón comunal, donde planean hacer un

punto digital con computadores donados, la ubicación del lugar es frente a una

cancha de tierra, punto donde hay mayor densidad de viviendas y donde hacen

eventos comunitarios por lo tanto es punto central del barrio, lo que da el punto de

partida para el proyecto.

31

Ilustración 12.Punto central de verbenal Sur.

Se determina que de acuerdo a las necesidades de la comunidad el punto central

o nodo será ubicado en una de las viviendas allí, se estima garantizar señal a un

área de 300 metros. Ilustraciones 12 y 13.

32

Ilustración 13.. Punto Central Verbenal Sur imagen satelital

9.1.1 Simulación de Enlaces en la Zona.

Se realizaron simulaciones de enlaces inalámbricos de conexión Wi-Fi en la zona

de implementación del prototipo con el Software Airlink el cual realiza simulación

de enlaces teniendo en cuenta la información de los mapas satelitales de Google

Maps (inclinación del terreno o características topográficas) los datos estadísticos

del software para calcular la zona de Fresnel y la inclinación topográfica del

terreno. Con los datos obtenidos de las simulaciones se estiman las inclinaciones

del terreno, la zona de Fresnel, los niveles de intensidad de la señal de Recepción

(rx) y Transmisión (tx), como se muestra en las Ilustraciones 14 y 15, hay que

tener en cuenta que los datos son con condiciones ideales que se ajustan en el

software como por ejemplo la altura del receptor que está simulado a una altura

de 12 metros, que es para el caso de enlaces Punto - Punto o Punto – Multipunto.

33

Ilustración 14.Enlace Software air link Punto #1 [8].

Ilustración 15.Enlace Software air link punto#2 [8].

34

Al realizar la simulación de enlace hacia dos puntos diferentes del barrio; partiendo

del punto central escogido se estima lo siguiente:

● El terreno tiene una inclinación aproximada de 45 grados.

● A 200 metros para establecer enlace ambas antenas deben estar elevadas

mínimo 8 metros del piso para tener línea de vista, para el caso de

conexión de un AP a un equipo cliente; hay que tener en cuenta que la

altura promedio del equipo cliente es de 1,5 metros, por lo tanto, a la

distancia en mención tomando en cuenta las edificaciones y demás

obstáculos, AP y Equipo cliente no tendrían línea de vista y la señal tendría

serias pérdidas.

9.2 Arquitectura de red.

Se hace un análisis de la topología y equipos usados en los proyectos

anteriormente implementados en la localidad, se contrastan con los datos

obtenidos del terreno Verbenal sur y se determina la topología a utilizar en el

proyecto Verbenal Sur.

Los nodos anteriormente implementados en la localidad están compuestos por los

siguientes equipos:

● AP Marca Nanostation 2

● Antena Omnidireccional l-com Hg2415u-pro 2.4 GHz de 15dbi

En la Ilustración 16, se aprecia un ejemplar de los nodos implementados en

Ciudad Bolívar anteriormente.

Ilustración 16.Montaje nodos anteriormente implementados en Ciudad Bolívar.

35

La arquitectura usada los anteriores proyectos es un AP conectado a una antena

omnidireccional que proporciona cobertura a su alrededor a un término de

distancia para sus clientes circundantes, con proyección a interconexión de cada

uno de estos nodos para interconectar entre sí y con el CDATICS de la

Universidad Distrital Facultad Tecnológica, a partir de la información que se

obtiene de los proyectos anteriores se hacen las siguientes observaciones:

1. Como desventaja de la primera topología se señala El doble rol que debe

asumir cada dispositivo, siendo conexión troncal y a la vez brindar servicio

a clientes teniendo en cuenta las posibilidades técnicas en esta época.

Ilustración 1 página 14.

2. Haciendo pruebas con ésta arquitectura de red, se encuentra; que debido a

que las antenas de los dispositivos cliente después de 350 metros no tienen

capacidad para ser escuchados por el nodo central ya que Nanostation 2

tiene una sensibilidad de -97dBm a la velocidad más baja de conexión que

es 1.0 Mbps(Los portátiles solamente transmiten a 30 metros así que no se

obtendrá un mayor desempeño al tener una antena de alta ganancia en un

extremo cuando el portátil no puede mantener la señal a más de 30 metros)

[9].Por ende, en ésta arquitectura hay zonas donde se recibe señal, pero

llega a ser una zona no operativa para clientes, no hay calidad de servicio.

3. La nueva teología planteada trae como mejoras mayor capacidad de

procesamiento velocidad de conexión además de tener un protector contra

descargas integrado, se evidencia el mucho menor consumo que tiene este.

Todos estos beneficios se obtienen a un menor precio.

Dos características para tener en cuenta al diseñar la arquitectura de red son la

optimización de la Escalabilidad, y Optimización de la Disponibilidad del Servicio,

por lo tanto:

● Tomando en cuenta la observación 1 ya mencionada que expone el doble

rol de un nodo anteriormente instalado en la localidad, se determina que la

red a implementar debe contener Red Troncal Y Red de Acceso a Clientes,

optimizando este aspecto mencionado y con la finalidad de que a futuro la

red pueda ser interconectada a otras o ampliada.

36

● Para instalar un servidor que brinde las aplicaciones requeridas a la

comunidad, debe ser una red centralizada, y teniendo en cuenta la

observación 2, sobre la cobertura y recepción por parte de la base; se opta

por una solución de red que estará distribuida en un nodo principal y varios

nodos secundarios para extender zonas de cobertura en diferentes puntos

del barrio garantizando los 300 metros estimados a cubrir.

Se concluye que la arquitectura de red para implementar en este caso es Punto-

Multipunto (PTMP); para el punto central para este tipo de enlaces es utilizado

Por lo tanto, la arquitectura de red del barrio Verbenal estará compuesta por dos

niveles; Red Troncal y Red Acceso a Clientes,

Red Troncal: Como anteriormente se menciona para un enlace PTMP hay que

definir el punto central (que usualmente es una antena omnidireccional o

sectorial), a continuación se muestra un paralelo entre implementar una antena

omnidireccional vs sectorial, tabla 3:

Tipo de antena

Antena

omnidireccional

profesional

Hyperlink / 2.4

GHz - 15 dBi /

HyperGain Mod.

HG2415U-PRO

LBE-5AC-16-120

Procesador 4MB FLASH MIPS 74K

Memoria 16MB RAM 64 MB

Conector Integral N-Female (1) 10/100/1000 Ethernet Port

Máximo consumo b eléctrico 100W 7W

37

Protección Protección externa IEM ± 24 KV Contact / Air

Tipo de antena Omnidireccional Sectorial apertura 120 grados

Operating Frequency 2400-2500 5150 - 5875 MHz : 5725 - 5850

MHz

Output Power 16dBm 25 dBm

Gain 15 dBi Max 16 dBi Max.

Vertical Beam Width 8 6

Horizontal Beam Width 360 120

AP Externo Integrado

Precio $ 518.999 $ 309.000

Tabla 3. Antena Omnidireccional VS Antena Sectorial.

• A partir de la tabla 3 se comparan las características para el punto central

de la topología escogida, se define que la Antena Sectorial LBE 5AC 16

120 es la más idónea para el proyecto, por sus características físicas, tanto

como el costo para el proyecto y la importancia en adelante para definir la

estructura de la topología del mismo, por ende:

Estará una compuesta por una antena sectorial y dos antenas direccionales

separadas aproximadamente a 300 metros entre sí, debido a que en el área del

barrio no hay colegios públicos, se opta por ubicar las antenas direccionales en

edificios altos donde haya local comercial como una tienda ya que a cada una de

ellas va conectado por cable los AP clientes. La antena Sectorial estará ubicada

en el punto central del barrio estando interconectada al servidor y al AP clientes de

la cancha de tierra.

Red Acceso a Clientes: Son los AP cuyo objetivo es proveer de conectividad a

los usuarios que se encuentren en las zonas de influencia de la red.

En la Ilustración 17 se aprecia la ubicación de las estaciones Principal y

Secundarias de la red en una foto satelital del barrio Verbenal Sur:

38

Ilustración 17.Ubicación Antenas Troncales Verbenal Sur

Ilustración 18.Arquitectura de red a implementar

.

39

En la ilustración 18 y 19 se observa otro ejemplo de la estructura de la red, donde

los enlaces troncales están señalados con líneas rojas y los AP clientes con líneas

azules.

Ilustración 19.Red Verbenal Sur

En la tabla 4 se muestran los elementos de red con su respectiva IP y distancia

aproximada a cubrir.

EQUIPO DIRECCIÓN /MÁSCARA DISTANCIA

SERVIDOR 192.168.0.2 / 23 NA

ANTENA SECTORIAL 192.168.0.4/23 300 m

ANTENA DIRECCIONAL # 1

192.168.0.5/23 300 m

ANTENA DIRECCIONAL # 2

192.168.0.6/23 300 m

NANOSTATION 2 192.168.0.3/23 200 m

MODEM # 1 192.168.0.1/23 100 m

MODEM # 2 192.168.0.25/23 100 m

MODEM # 3 192.168.0.26/23 100 m

Tabla 4 Direccionamiento y alcance de la red

40

9.4 Dimensionamiento del Sistema

En esta etapa se realizan cálculos de propagación con el modelo de pérdidas por

espacio libre, se realizan simulaciones de enlaces y propagación con el software

Radio Mobile, seguido se realizan cálculos para tener un valor de capacidad de la

red.

9.4.1 Planificación del Enlace

El proceso de determinar si el enlace es viable se denomina cálculo del

presupuesto de Potencia del enlace. El que las señales puedan o no ser

enviadas entre los radios dependerá de la calidad del equipamiento que se esté

utilizando y de la disminución de la señal debido a la distancia, denominado

pérdida en la trayectoria, a continuación, se definirán las características y los

componentes para el diseño de un radioenlace:

Pérdida en el medio de transmisión (cables): Las pérdidas en la señal de radio

se pueden producir en los cables que conectan el transmisor y el receptor a las

antenas. Las pérdidas dependen del tipo de cable y la frecuencia de operación y

normalmente se miden en dB/m. Independientemente de la calidad del cable,

siempre tendrá pérdidas. Por eso, el cable de la antena debe ser lo más corto

posible. La pérdida típica en los cables está entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general,

mientras más grueso y más rígido sea el cable menor atenuación presentará.

Se pueden estimar de la siguiente forma:

Dónde.

: Pérdidas en el cable

: Longitud del cable en mts

: Constante de atenuación del cable, proporcionada por el fabricante en dB/mts

Pérdidas en los conectores: Se puede estimar por lo menos 0,25 dB de pérdida

para cada conector en el cableado, hablando de conectores fabricados de manera

correcta, pero la perdida puede ser mayor. Es aconsejable Ver la hoja de datos

para las pérdidas en su rango de frecuencia y el tipo de conector utilizado. Se

puede denotar como

41

Adicionalmente los protectores contra descargas eléctricas que se usan entre las

antenas y el radio deben ser presupuestados hasta con 1 dB de pérdida,

dependiendo del tipo. Se denotar como .

De esta forma se puede estimar las pérdidas totales en cables y conectores

, tanto en la parte del transmisor como en la parte del receptor, de la

siguiente forma:

(dB) (3)

Pérdidas por espacio libre: Se trata de las pérdidas debidas a la propagación de

la onda o señal radioeléctrica después que ha sido radiada por una antena, en

condiciones ideales, es decir en el espacio libre. Cabe mencionar que en este

espacio no se tiene en cuenta la influencia que ejerce la atmósfera, ni la lluvia, así

como la presencia de obstáculos que impida línea de vista entre las antenas.

Estas pérdidas están relacionadas directamente con la distancia del radioenlace y

la frecuencia de funcionamiento mediante la siguiente expresión:

Dónde:

Lo son las pérdidas por espacio libre en dB

F[GHz] frecuencia de trabajo en GHz

D[Kmts] distancia entre el punto del extremo inicial y el punto del extremo

final.

En el contexto de las comunicaciones inalámbricas el espacio libre se entiende

como un medio de transmisión con las siguientes características: Es un medio

lineal, isotrópico y homogéneo.

Ganancia de las Antenas ( ). Las antenas son dispositivos pasivos que

crean el efecto de amplificación debido a su forma física. Las antenas tienen las

mismas características cuando reciben que cuando transmiten. Por lo tanto, una

antena de 12 dBi simplemente es una antena de 12 dBi, sin especificar si esto es

en el modo de transmisión o de recepción. Las antenas omnidireccionales de 5-17

42

dBi, y las antenas sectoriales tienen una ganancia de 12-19 dBi. La ganancia de la

antena es proporcionada por el fabricante.

Potencia de Transmisión (Ptx): La potencia de transmisión es la potencia de

salida del radio. El límite superior depende de las regulaciones vigentes en cada

país, dependiendo de la frecuencia de operación y puede cambiar al variar el

marco regulatorio. La potencia de transmisión del radio, normalmente se

encuentra en las especificaciones técnicas del vendedor.

Para el caso de Colombia la agencia nacional del espectro (ANE) en la Resolución

Nº 000711 DE 11 de oct 2016 y tomando como base el Anexo C

“Reglamentaciones Ministerio de Comunicaciones, UIT y FCC”. El cuál estipula

que en las bandas libres de 2 400 a 2 483,5 MHz y 5.700 a 5,725 para enlaces

punto – multipunto, la potencia es, Tablas 5 y 6:

Power at antenna (mW)

Power antenna (dbm)

Max Antenna gain (dbi)

EIRP (Watts)* EIRP (dbm)*

1000 30 6 1 30

500 27 9 1 30

250 24 12 1 30

125 21 16 1 30

63 18 19 1 30

31 15 21 1 30

15 12 24 1 30

8 9 27 1 30

4 6 30 1 30

Tabla 5. Potencias para la banda de 2.4Ghz a 2.483Ghz

Power at antenna (mW)

Power antenna (dbm)

Max Antenna gain (dbi)

EIRP (Watts)* EIRP (dbm)*

10000 30 6 10 40

5000 27 9 10 40

2500 24 12 10 40

1250 21 16 10 40

630 18 19 10 40

310 15 21 10 40

150 12 24 10 40

43

80 9 27 10 40

40 6 30 10 40

Tabla 6. Potencias para la banda de 5.700 a 5,725Ghz

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), PIRE (Potencia Irradiada

Isotrópica Efectiva)

La Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva (PIRE) [dBm]: Se define como la potencia

equivalente de transmisión, esta potencia se obtiene de sumar la potencia que

ingresa a la antena más la ganancia suministrada por la antena menos las

pérdidas producidas por los conectores y cables.

(dB)+ (dB) (5)

Dónde:

, Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva

, Potencia del transmisor [dBm]

(dB), Pérdida en el cable Tx y conectores [dB]

(dB), Ganancia de antena Tx [dBi]

Sensibilidad del receptor S(dB): La sensibilidad de un receptor identifica el valor

mínimo de potencia que necesita para poder decodificar/extraer “bits lógicos” y

alcanzar una cierta tasa de bits. Cuanto más baja sea la sensibilidad, mejor será la

recepción del radio. La Sensibilidad depende de la tasa de transmisión, y la tasa

más baja (1 Mbps) tiene la mayor sensibilidad. El mínimo va a ser generalmente

en el rango de -75 a -95 dBm. Al igual que la potencia TX, las especificaciones de

sensibilidad deben ser provistas por el fabricante del equipo. Un valor típico es -82

dBm en un enlace de 11 Mbps y -94 dBm para uno de 1Mbps.

Margen: No es suficiente que la señal que llega al receptor sea mayor que la

sensibilidad del mismo, sino que además se requiere que haya cierto margen para

garantizar el funcionamiento adecuado. Este margen determina el nivel de

potencia de recepción y corresponde a la diferencia entre el valor de la señal

recibida y la sensibilidad del receptor. Se denota como . Por lo tanto, la

potencia de recepción , se puede calcular como:

44

Calculo Presupuesto de potencia del enlace

Teniendo en cuenta las características anteriormente descritas, un presupuesto de

radio enlace se tiene:

Dónde:

● , Potencia del transmisor [dBm]

● ; Pérdida en el cable tx y conectores [dB]

● ; Ganancia de antena tx [dBi]

● ; Pérdidas en la trayectoria en el espacio abierto [dB]

● ; Ganancia de antena rx [dBi]

● ; Pérdidas en el cable del rx y conectores [dB]

● ; Margen de diseño

● ; Sensibilidad del receptor [dBm].

La anterior ecuación se puede resumir, sumando todas las pérdidas para sacar

una atenuación total y sumando las ganancias de las antenas para sacar

una ganancia total , de esta forma se tiene:

(8)

(9)

Así que la ecuación general del cálculo de la potencia queda expresada como:

Dónde:

45

, Potencia del transmisor [dBm]

; Ganancia de antena tx [dBi]

; Margen de diseño

; Sensibilidad del receptor [dBm].

Cálculo para el Radio enlace “AP cliente - Cancha de tierra”

Para comenzar tenemos los siguientes datos iniciales.

Ptx: 20 dBm; Distancia: 250 mts; Frecuencia: 2412 MHz; Sensibilidad: -74 dBm;

Gatx: 12 dBi; Garx: 10 dBi; Longitud cable TX RG58: 30cm; Longitud cable RX

RG58: 5.6 MTS.

Pérdidas en los cables

Tomando la ecuación 2, se tiene:

PIRE (Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva)

Tomando la ecuación 5 y el resultado de la ecuación 3, para las pérdidas totales

de Tx, se calcula la PIRE:

= 20(dBm)-1(dB)+10(dB)

= 29

Pérdidas por espacio libre

Tomando la ecuación 4, se calcula las pérdidas por espacio libre:

46

Utilizando las ecuaciones 8 y 9 se obtienen las pérdidas totales y ganancias

totales

Potencia de RX.

Tomando la ecuación 10 y 6 se encuentra que:

Reemplazando valores, la Potencia de Recepción:

Despejando el MD (margen de desvanecimiento) de la ecuación 6, se encuentra

que:

47

Ya que la sensibilidad mínima del receptor es de -74dB en las velocidades de

transmisiones más bajas se garantiza según estos datos la conexión a 200 m.

Resumen de cálculos Punto: Cancha de tierra

Datos elementos Valores

ENLACE: AP clientes – Cancha

PTX (dBm) 20

LAPTX (dB) 0,2

FRECUENCIA GHz 2,412

LATTX (dB) 1

GATX (dB) 12

DISTANCIA KMTS 0,200 GARX (dB) 10

LALRX (dB) 5,6

LACRX (dB) 0,5

LATRX (dB) 6,1

LO (dB) 86.06

AT (dB) 93,16

GT (dB) 22

S (dBm) -74

PRX (dBm) -51,16

MD (dB) 22.84

PIRE (dbm) 29

Tabla 7. Resumen de resultados AP Cancha.

48

Con los datos obtenidos se estima el valor de potencia del transmisor, ganancia de

la antena para el equipo a implementar en la zona de cobertura de la Cancha de

Tierra, tener en cuenta que son datos ideales, en los que no aplican otras

variables que afectan al sistema, la viabilidad del enlace se garantiza con un

margen de desvanecimiento (MB) considerablemente arriba de 0.

Resumen de cálculos Sentido Punto: Panadería y Tienda la Gozadera:

Datos Elementos Valores

ENLACE : Punto – SS1 Panadería

PTX (dBm) 23

LACTX(dB) 0,5

LALTX (dB) 6,1

LAPTX (dB) 0

FRECUENCIA GHz 5,72

LATTX (dB) 6,6

GATX (dB) 10


LALRX (dB) 0,3

LACRX (dB) 0,7

LATRX (dB) 1

LO (dB) 92,57

AT (dB) 100,17

GT (dB) 25

S (dBm) -83

PRX (dBm) -45,17

MD (dB) 37,83

PIRE (dBm) 33,4

Tabla 8. Resumen de Cálculos Panadería

Datos Elementos Valores

ENLACE: Punto – SS2 Tienda la gozadera

PTX (dBm) 30

LACTX(dB) 0,5

LALTX (dB) 6,1

LAPTX (dB) 0

FRECUENCIA 5,72 LATTX (dB) 6,6

49

GHz GATX (dB) 10


LALRX (dB) 0,3

LACRX (dB) 0,7

LATRX (dB) 1

LO (dB) 92,57

AT (dB) 100,17

GT (dB) 25

S (dBm) -83

PRX (dBm) -45,17

MD (dB) 37,83

PIRE (dBm) 38

Tabla 9. Resumen de Cálculos tienda la gozadera.

De las tablas 8 y 9 se obtienen datos para la planificación de la Red Troncal.

8.4.2 Simulación Enlaces y Propagación.

Con el software Radio Mobile se realizan simulaciones de enlaces y propagación

en la zona:

Simulaciones Red Troncal:

Ilustración 20.Enlace A. Sectorial - SS1

50

Ilustración 21.Enlace A. Sectorial - SS2

En las Ilustraciones 20 y 21 se muestra que los enlaces entre la Antena Sectorial y

las Estaciones Satélites 1 y 2 (SS1 y SS2) están establecidos. A continuación, en

las ilustraciones 22 y 23 se muestran los datos de los enlaces:

Ilustración 22.Datos Enlace A. Sectorial - SS1.

51

Ilustración 23.Datos Enlace A. Sectorial - SS2

● Con la simulación se corrobora algunos datos obtenidos en los cálculos

para caracterizar los equipos a utilizar, los enlaces se establecen a las

distancias y ubicaciones escogidas con una Potencia de transmisión

aproximada de 24 dBm y una Ganancia en la antena sectorial aproximada

de 16 dBi, en cuanto a las antenas direccionales manejan rangos de

ganancia mayores a las sectoriales.

● Esto permite tener valores como alturas de las antenas y ángulos de

elevación para la implementación de los enlaces.

En la ilustración 24 se observa una simulación de propagación de la Antena

Sectorial en la zona del barrio Verbenal sur, las zonas cubiertas por el color verde

son zonas que tienen buen nivel de señal según la simulación del software.

52

Ilustración 24. Propagación Antena Sectorial

Simulaciones Red AP Clientes:

Se realizan simulaciones desde los AP clientes conectando con Puntos de prueba

ubicados en el mapa a distancias aproximadas a 100 metros. En las ilustraciones

25 a la 27 se observan los enlaces establecidos entre los AP y los puntos de

prueba: Se observa que las zonas donde el proyecto tiene previsto garantizar

cobertura están dentro del área verde donde la simulación indica tener una

intensidad de la señal excelente.

53

Ilustración 25.Enlace Nanostation 2 - Punto de Prueba 1.

Ilustración 26.Enlace AP1 - Punto de Prueba 3.

54

Ilustración 27.Enlace AP2 - Punto de Prueba 8.

Los datos o parámetros simulados para establecer las conexiones en los enlaces

de los AP clientes son los siguientes, Ilustraciones 28 a 30:

Ilustración 28.Datos Enlace AP Cancha - Punto de Prueba 1.

55

Ilustración 29.Datos Enlace AP1 - Punto Prueba 4.

Ilustración 30.Datos Enlace AP2 - Punto de Prueba 8

56

Realizando las simulaciones para la red AP clientes, al igual que se hizo con la red

troncal, se obtienen datos para estimar las características de los puntos de acceso

a terminales. Se realiza simulación de propagación para las zonas de cobertura

para clientes, que están distribuidas en los 3 puntos señalados del barrio, las

áreas cubiertas de color verde tienen niveles de cobertura óptimos, las zonas

marcadas de color rojo no cuentan con cobertura, Ilustraciones 31 a 33:

Ilustración 31.Simulación de Propagación AP Cancha.

Ilustración 32. Simulación Propagación AP1.

57

Ilustración 33.Simulación Propagación AP2

• En la sección 11.1.2 Mapa de Cobertura en éste documento, se observaran

los resultados de las pruebas haciendo un barrido por toda la zona de

influencia de la red de Verbenal Sur recogiendo mediciones de intensidad

de recepción de la señal de las antenas de AP Clientes y Antena Sectorial

de la Red Troncal, para construir los mapas de cobertura con datos

medidos no simulados.

8.4.3 Cálculo de Estimación de Capacidad y Número de Usuarios.

Se realiza un cálculo para dimensionar la capacidad de la red asumiendo los

siguientes parámetros:

● Ancho de Banda / Usuario, el valor este parámetro depende de la aplicación

utilizada por el usuario, se va a estimar una ocupación de 1 Mbps por

usuario.

● Velocidad de Conexión, se irá variando hasta un valor de 100 Mbps.

● Porcentaje de Utilización, se realizarán los cálculos a full capacidad 100%

● Número de AP clientes, Para la arquitectura de red a implementar son 3.

La fórmula para calcular el número de usuarios que soporta el nodo inalámbrico

comunitario, se toma a partir de la ecuación:

58

Se despeja la variable número de usuarios de la ecuación (13) queda

expresado de la siguiente manera:

Velocidades Estándar Wifi 802.11 b/g (Mbps)

Número de de usuarios

2 6

8 24

14 42

20 60

26 78

32 96

38 114

44 132

50 150

56 168

62 186

68 204

74 222

76 240

82 258

88 276

94 294

100 300

Tabla 10. Número de Usuarios por Capacidad

59

9.5 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA

Con la información recogida se procede a hacer la selección y la compra de los

equipos que suplan las necesidades de la red a implementar, se tendrán en

cuenta los detalles de las tecnologías actuales como el estándar 802.11 ac que

funciona en la banda de 5 GHz para las antenas troncales, ya que de las dos

bandas libres para redes inalámbricas, ésta nos permitirá mayor velocidad de Tx y

actualmente no es tan utilizada como la de 2.4 GHz así menos probabilidad de

interferencias por parte de redes vecinas. Para la red Acceso a clientes se

utilizarán equipos con estándar que funcione a 2.4 GHz ya que la mayoría de

terminales funcionan a esta frecuencia.

9.5.1 Materiales e insumos y servicios técnicos:

A continuación, se mencionan los elementos instalados en la red implementada en

Verbenal Sur:

Red Troncal:

● Antena sectorial marca Ubiquiti, Modelo LBE-5AC-16-120 de 16 dBi de

ganancia, 120º de apertura, 5,7 GHz, MIMO 2x2, AirMax AC, AirOS 8,

estará configurada en función Punto - Multipunto.

● 2 antenas direccionales marca Ubiquiti, Modelo LBE-5AC-GEN2 de 23 dBi

de ganancia, 45º de apertura, 5,7 GHz, MIMO 2x2, AirMax AC, AirOS 8,

estarán configuradas en función Punto - Punto.

● 3 mástiles y demás elementos para anclaje en los muros de las

edificaciones.

Red Acceso a Clientes:

● Access Point, marca Ubiquiti, Modelo Nanostation 2 de 10 dBi de ganancia,

60º de apertura, 2,4 GHz, AirOS, estará configurada en servicio AP clientes

en el espacio abierto de la cancha de tierra y alrededores.

● 2 modem marca ZTE, modelo W300, 2.4 GHz.

● 1 modem marca Huawei, modelo HG520.

● 1 PC trabajando como Servidor

● 50 metros de Cable UTP categoría 6e para interconectar AP clientes y las

antenas troncales.

60

9.5.2 Esquema de instalación

Se realiza la implementación del sistema completo que permita tener acceso a la

red desde un terminal. Inicialmente se realizó la instalación del servidor central en

un lugar donde garantiza un punto de electricidad y las condiciones mínimas de

seguridad que fue una residencia que queda ubicada en la cancha de tierra y

cerca al salón comunal del barrio.

En la ilustración 34 se puede observar la antena sectorial LBE-5AC-16-120-

litebeam de la marca Ubiquiti que cuenta con un Ángulo de apertura de 120

grados en esta antena se hizo uso un soporte para alcanzar la altura necesaria y

garantizar la línea de vista con las otras dos antenas que se encuentran en dos

puntos comerciales.

Ilustración 34.Antena Sectorial

61

Las antenas troncales SS estación satélite, se instalaron en puntos

estratégicamente escogidos con respecto a la altura de los edificios que poseen

locales comerciales y a una distancia mayor a 200 metros, las antenas de los

puntos secundarios de la troncal; estarán ubicadas a una separación dentro de los

120º de la apertura de la antena sectorial principal. Ilustraciones 35 y 36:

Ilustración 35.Antena Direccional # 1.

Ilustración 36.Antena Direccional # 2.

62

En la ilustración 37 se observa al AP clientes Nanostation 2 instalado en la

vivienda frente a la cancha de tierra, brindando cobertura a este espacio abierto y

sus alrededores.

Ilustración 37.Nanostation 2.

10. IMPLEMENTACIÓN DE APLICATIVOS DE INTERÉS COMUNITARIO.

La red tendrá inicialmente implementados 2 aplicativos:

10.1 Kiwix Server:

Kiwix-server es un servidor Web compatible con ZIM. Con él se puede disponer

del contenido de un archivo ZIM en la red local. Basado en el protocolo HTTP,

kiwix-server permite compartir fácilmente los archivos ZIM disponibles con otros

usuarios conectados a tu red local. Simplemente iniciando kiwix-server el

contenido estará disponible para cualquiera a través de su navegador Web.

Kiwix-server contiene las siguientes características:

-Motor de búsqueda de texto completo

-Sugerencias en las búsquedas

-Pequeño y eficiente

-Compatible con la mayoría de los navegadores

-Disponible en todas las plataformas

-Disponible como ejecutable en línea de comandos

63

-Incorporado en la interfaz de usuario de Kiwix

-Capaz de trabajar con archivo ZIM o una biblioteca XML

Ilustración 38.Búsqueda en kiwix.

10.2 Serval App:

Permite hacer llamadas de voz entre los móviles de la red, mandar mensajes,

transferir archivos, localizar los móviles conectados a la red, utilizar los números

64

de móvil originales como identificador, … incluso permite instalar la app desde los

móviles que la tienen a otros que no (por ejemplo, usando bluetooth).

Ilustración 39.Menú app serval Mesh

10.3 Pagina WEB:

Es la función encargada de darle la bienvenida al usuario al conectarse el portal

será lo primero que vea en el navegador, identificando la red de la Universidad

Distrital, brindando información sobre las funciones y aplicaciones de la red,

paulatinamente se puede ir modificando de acuerdo a requerimientos de

65

información que se necesite brindar, o encuestas a realizar en la población, fue

desarrollado con Pfsense, Ilustración 40:

Ilustración 40.Portal Cautivo

11. EVALUACIÓN DE CONECTIVIDAD Y COBERTURA

Utilizando las herramientas del AirOS 8; que es el Firmware de las antenas

implementadas, se tomaron las primeras mediciones (Ilustraciones de la 41 hasta

la 43) de su funcionamiento y correcto acople, los datos de conectividad obtenidos

cumplen con las expectativas de funcionamiento. Se usaron 4 antenas en total;

66

Dos antenas direccionales y una antena sectorial el enlace se realizó en la banda

de 5795 MHz una banda en la cual se llegó a establecer velocidades de conexión

que oscilan entre los 320.40 Mbps y los 340.40 Mbps la antena sectorial se

configuró en modo punto–multipunto y las dos antenas direccionales en modo

punto a punto todo esto sobre el canal con un Ancho de Banda de 40MHz esto

nos permite crear hasta 20 sub estaciones que se conecten a nuestra antena

sectorial.

Ilustración 41.Enlace Antena # 2

Ilustración 42.Enlace Antena # 3

67

Ilustración 43.Enlace Sectorial.

A continuación, en la tabla 7 se exponen los datos arrojados por AirOS 8 de los enlaces troncales:

Antenas Capacidad de Transmisión

Capacidad de Recepción

Distancia Frecuencia Pérdidas de Rx y Tx

LiteBeam # 1

338 Mbps 338 Mbps 300 m 5795 MHz -42 dBm

LiteBeam # 2

324 Mbps 338 Mbps 200 m 5795 MHz -45 dBm

Tabla 11. Comparativa de antenas receptoras.

68

11.1 Pruebas de Tráfico y Recepción (Rx) de la señal.

Se realizaron pruebas en los diferentes AP acceso clientes:

● Medida de Potencia de Rx y Estabilidad de la señal con el software WIFI ANALYZER y software NETMASTER

● Medida de tráfico y tasa de transferencia de datos con el software

WireShark versión 2.4.6. GlassWire.

● Ejecución de Ping entre los AP clientes de la red.

11.1.1 Recepción (Rx) de la señal

Teniendo en cuenta que los AP acceso clientes, que son 3, están en 2 tipos de

ambientes, el primer AP por ser una antena sectorial a 60 grados, está brindando

cobertura a la Cancha de tierra (espacio abierto) y alrededores ya que es el punto

central del barrio Verbenal Sur, y el segundo y tercer AP son unos modem con

antena omnidireccional de la misma marca y modelo, están ubicados en locales

comerciales del sector (Panadería, tienda); es un ambiente semi - abierto, por

ende se toma una medición por cada tipo de ambiente:

A continuación se realiza el análisis entre la señal del AP ubicado en ambiente

exterior y el equipo receptor, con el software WIFI ANALYZER, en la Ilustración 44

se muestran las diferentes señales a 2.4 GHz y los diferentes canales que ocupan;

para el caso de la red “Universidad Distrital” y el equipo receptor de prueba, está

centrada en el Canal 1 a una intensidad de la señal de -68 dBm, entre ésta señal y

la señal “Rocío” tienen intermedio el canal 2, y ésta última está centrada en el

canal 3, siendo sí el canal 1 usado únicamente por la red “Universidad Distrital” en

éste sitio, los otros canales están siendo compartidos por las demás señales a una

menor intensidad de recepción:

69

Ilustración 44.Resultados Interferencia Canal Punto 1

Ilustración 45.Resultados de estabilidad de la señal Punto 1

La prueba a seguir es la estabilidad de la señal en el punto 1; Cancha de tierra

(espacio abierto), se observa en la ilustración 37; que la señal “Universidad

Distrital” se mantiene entre los -35 dBm y -45 dBm, no tiene fluctuaciones

considerables que no amenazan la conectividad del enlace con el equipo cliente

dentro del terreno donde se estimó se garantiza cobertura.

70

La prueba se realiza en el segundo AP acceso clientes ubicado en un local

comercial (espacio semi-cerrado), en la Ilustración 46 se observa la señal

“U_Distrital” con una fuerza -55 dBm centrada en el canal 13, la señal vecina “HV

JEYMY” está centrada en el canal 11 a -81 dBm, en el área donde se garantiza la

cobertura para “U_Distrital” es la señal con mejores condiciones de señal, no

presenta interferencia.

Ilustración 46.Resultados Interferencia Canal Punto 2

En el segundo punto (Local comercial, Punto semi-cerrado) se realizan las

pruebas de estabilidad a lo largo y ancho del área de cobertura estimada y se

obtiene que la señal está entre los -55 dBm y -65 dBm, se garantiza la conexión

en este punto. Ilustración 47:

71

Ilustración 47.Resultados Estabilidad de la Señal Punto 2

11.1.2 Mapa de cobertura.

Haciendo uso de la herramienta Acrilyc Wi-Fi, se hace un recorrido por la zona tomando muestras de la intensidad de la señal para cada antena utilizada, logrando así hacer la construcción de los mapas de radiación por cuadrantes, de ésta forma poder constatar los patrones de radiación de las antenas, se realizan dos mapas; Zonas de cobertura para Usuarios y Patrón de Radiación Antena Sectorial Troncal.

• Zonas de cobertura para Usuarios

La intensidad de señal muestra con que potencia llega la red al área de estudio indicando cómo la red U_distrital es recibida en cada punto de la localización. El rango de valores de la intensidad de señal de una red va desde el mejor, 0 db, hasta -100db que sería el peor de los casos. La escala de colores se muestra en la leyenda inferior de la Ilustración 48:

72

Ilustración 48 .Mapa patrones de radiación

En la tabla 12 se relaciona los AP de donde se recibieron las muestras:

BSSID SSID FABRICANTE CAN

1 3C:8B:CD:A2:9B:B

C U_Distrital

Ubiquitiqui-Nano

Station 2. Ltd

9

2 1G:8B:EC:A2:1A:A

E

U_Distrital ZTE W-300Co. Ltd 9

3 4D:9F:CD:A2:9B:E

C

U_Distrital ZTE W-300 Bell Co. Ltd 9

Tabla 12. AP´s Zonas de cobertura clientes.

73

En la ilustración 49 se divide el plano asociado a la localización en cuadrantes.

Cada cuadrante muestra información obtenida en esa cuadricula.

Ilustración 49.Cuadricula de Detalle Intensidad de Señal por Cuadrantes

A partir de los datos recogidos por cuadrantes se genera la tabla 13, indicando la

intensidad de señal por cuadrante:

74

PUNTOS

ESTUDIO

MEJOR

RSSI

RSSI

MEDIO

REDES

(SSIDS) APS

F0 2 -61 -78 U_Distrital 3

G0 1 -61 -61 U_Distrital 3

I0 5 -59 -67 U_Distrital 3

D1 2 -62 -62 U_Distrital 3

E1 5 -59 -60 U_Distrital 3



H1 4 -58 -60 U_Distrital 3















75

PUNTOS

ESTUDIO

MEJOR

RSSI

RSSI

MEDIO

REDES

(SSIDS) APS









C6 1 -60 -60 U_Distrital 3





B7 1 -61 -61 U_Distrital 3








A8 1 -61 -61 U_Distrital 3

76

PUNTOS

ESTUDIO

MEJOR

RSSI

RSSI

MEDIO

REDES

(SSIDS) APS












D9 105 -58 -61 U_Distrital 3






J9 1 -62 -62 U_Distrital 3



C10 11 -59 -60 U_Distrital 3

D10 33 -58 -60 U_Distrital 3

77

PUNTOS

ESTUDIO

MEJOR

RSSI

RSSI

MEDIO

REDES

(SSIDS) APS



G10 44 -58 -61 U_Distrital 3

H10 11 -58 -63 U_Distrital 3




G11 15 -60 -64 U_Distrital 3

H11 13 -59 -61 U_Distrital 3






Tabla 13. Datos Recogidos de Señal por Cuadrante.

Con la información recogida en la tabla 13, se organizan los datos por cada AP

cliente de ésta forma en la ilustración 50 se observa las mediciones tomadas en

las 3 zonas de cobertura, Intensidad de señal Vs Distancia, el límite de

sensibilidad mínima por el receptor está demarcado con la línea roja punteada, en

los puntos donde intercepta demarca el punto de frontera de la señal, o distancia

máxima:

78

Ilustración 50.Gráfico cobertura

Ilustración 50. Gráfico cobertura

● La zona de cobertura del AP1 o Panadería, con una medición de intensidad

de señal de Rx de -92 dBm; tiene una cobertura máxima de 100 Mts

aproximadamente.

● La zona de cobertura del AP2 o Tienda La Gozadera, con una medición de

intensidad de señal de Rx de -91 dBm; tiene una cobertura máxima de 100

Mts aproximadamente.

● La zona de cobertura Cancha de Tierra, con una medición de intensidad de

señal de Rx de -90 dBm, tiene una cobertura de 180 Mts.

Con estos resultados se define que la red de Verbenal Sur está brindando 380 Mts

de cobertura, distribuidos en 3 zonas, dos de las cuales una está separada del

Nodo Central 205 Mts y la otra 312 Mts, distribuyendo así a futuro la densidad de

terminales conectados por AP.

79

• Zona de cobertura Antena Sectorial Red Troncal

A continuación, se muestra las pruebas de cobertura realizadas a la Antena

Sectorial con la herramienta Acrilyc Wi-Fi, se realizó un barrido por su área de

influencia, en la que están ubicadas las dos Antenas Direccionales con las que

conforma la red troncal. Ilustración 51:

Ilustración 51.Mapa de Patrón de Radiación Antena Sectorial de la Red Troncal

Ilustración 51. Mapa de Patrón de Radiación Antena Sectorial de la Red

Troncal

80

En la Tabla 14 se muestran los datos de la Antena Sectorial detectados por la

herramienta Acrilyc Wi-Fi, de donde recogió las mediciones para construir el mapa

de patrón de radiación de la Ilustración 51.

Carasteristic % QUALIFICATE

Cobertura RSSI 81% POOR

Cobertura RSSI simultánea 81% POOR

Solapamiento de canal 100% Excellent

Interferencia de Co-Canal 100% Excellent

Latencia N/A N/A

Ancho de banda N/A N/A

Pérdida de paquetes N/A N/A

AP Roaming N/A N/A

CALIDAD GLOBAL DE LA RED WIFI 90.5

% GOOD

Tabla 14. Datos de Calidad Cobertura de la Antena Sectorial de la Red

Troncal.

11.1.2 Tráfico en la red.

Para las pruebas de tráfico se generaron consultas a la aplicación KIWIX,

llamadas sobre VoIP, y descargas de archivos multimedia desde un AP Cliente a

otro con la aplicación Serval Mesh mientras se hacían las capturas con el software

WIRESHARK, en la ilustración 52 se aprecia el comportamiento del tráfico

(paquetes por segundo VS tiempo (s)) y en la Ilustración 53 se muestra uno de los

81

resultados de las 3 capturas obtenidas por el software Wireshark, los datos de

cada AP clientes se reflejan en la Tabla 15:

Ilustración 52.Gráfica Paquetes por segundo VS tiempo

Ilustración 53.Resumen Resultados Tráfico

82

TRÁFICO CAPTURA 1 CAPTURA 2 CAPTURA 3

PAQUETES

322862

203282

474270

TIEMPO TRANSCURRIDO

16694.247

5598.308

13525.200

PROMEDIO PAQUETES/SEG.

19.3

36.3

35.1

PROM TAMAÑO PAQUETES

343

929

731

BYTES

110844638

118925225

346712993

PROM BIT / SEG.

53000

269000

205000

TABLA 15. Resultados Tráfico y Transferencia de datos.

Ilustración 54.Resultados de GlassWire Gráfico

83

A Partir del software Glasswire se obtuvo una gráfica, que indica con números

color naranja las descargas activas registradas en la red. En el costado izquierdo

de la imagen se encuentra una lista del tipo de tráfico que está circulando en la red

como SSL/TLS(HTTPS), FTP, WSDAPI, BOOTP adicionalmente a esto se logra

visualizar el servicio DNS que se encuentra funcionando en el servidor local.

Ilustración 55.Resultados de GlassWire Usage

En la segunda pestaña (usage) de este Snnifer se logra identificar los diferentes

hosts que están activos dentro de la red, además de esto el programa registra la

cantidad de tráfico ocupado por cada host y realiza una gráfica en la cual se

muestra el total de tráfico ocupado durante 60 minutos. En la tabla número 16 se

encuentran los datos del tráfico capturado por el software.

Hora Total, de Servidor

Hora 1 172.6 MB 140.4 MB

Hora 2 56.32 MB 26.32 MB

Hora 3 122.6 MB 97.41 MB

Hora 4 161.3 MB 130.3 MB

TABLA 16. Resultados Tráfico en cada AP Clientes.

84

Ilustración 56.Tráfico total vs tráfico servidor

Con los resultados obtenidos en la tabla 15 que se pueden visualizar en la

ilustración 56, se deduce:

● Parte del tráfico total que no fue dirigido u originado del servidor es tráfico

generado entre las estaciones satélites (llamadas sobre VoIP).

● Teniendo en cuenta que la aplicación Serval Mesh está alojada en el

servidor para que los usuarios la descarguen a través de la página web

también alojada en el mismo, se genera un tráfico aproximado por consulta

de 2.1 Mbytes que estarían saliendo del servidor.

● En el servidor está alojada la Wikipedia local KiWIX, que genera un tráfico

aproximado por consulta de 100 Kbytes.

● Los usuarios pueden descargar algunos archivos multimedia como vídeos

(capítulos de series de anime) que se dejaron disponibles a petición de la

comunidad, éstos generan un tráfico dependiendo su tamaño, oscilan entre

los 40 y 50 Mbytes.

La última prueba realizada es un Ping lanzado desde el AP 2 ubicado en la IP

192.168.0.10, teniendo que hacer los siguientes saltos: AP 2-- Antena 2--Antena

85

sectorial--Antena 3-- AP3, los resultados obtenidos se observan en la Ilustración

57:

Ilustración 57.Resultados Prueba Ping

● De acuerdo a los datos que arroja el Ping se puede determinar que la red

tiene un tiene un tiempo promedio de respuesta de 90.3 ms.

● Se evidencia que no hay perdida de paquetes.

86

Ilustración 58. DHCP IP Pool Summary

87

Horas del día Número de usuarios conectados

00:00-02:00 1

02:00-04:00 2

04:00-06:00 3

06:00-08:00 6

08:00-10:00 10

10:00-12:00 4

12:00-14:00 0

14:00-16:00 0

16:00-18:00 4

18:00-20:00 2

20:00-22:00 7

22:00-24:00 7

Total 46

TABLA 17. Número de usuarios Conectados.

Ilustración 59.Gráfico de Número de usuarios Conectados

88

Finalmente, gracias al pool sumary del modem principal, ilustración 58, se logra

realizar una gráfica durante los últimos dos días en que los usuarios hicieron uso

de la red verificando las horas de mayor cantidad de usuarios conectados y las

horas en las que no se realizó ninguna conexión. Teniendo en cuenta que la red

lleva operando 3 semanas, se encuentra una afluencia de usuarios que muestra

un pico de usuarios conectados de 8 a 10 am, medio día ningún usuario y una

concurrencia en horas nocturnas de 8 a 12 pm. Entre los registros del Pool

Sumary se encuentra visitas de 50 MAC Address diferente a lo largo del día.

13. Capacitación a la Comunidad

Se logra concertar una reunión con la comunidad del Barrio Verbenal Sur, con la

colaboración de los voluntarios de la fundación “Un Techo para mi País”, quienes

voluntariamente recibieron la instrucción del uso de la red previamente y ayudaron

a transmitir la información a la comunidad en el momento de la capacitación. La

capacitación tuvo el siguiente orden:

● Presentación del grupo de trabajo de la Universidad Distrital

● Descripción del proyecto (explicar qué servicios brinda, y su potencial a

futuro).

● Explicación paso a paso del funcionamiento realizando el ejercicio con los

asistentes en sus terminales, en compañía de los voluntarios de la

fundación antes mencionada, se iba brindando apoyo a cada persona de la

comunidad para asegurar el procedimiento de la capacitación. Ilustraciones

60 - 64:

Ilustración 60.Capacitación Comunidad 1

89


Ilustración 62.Capacitación Comunidad 3.

90


Ilustración 64.Capacitación comunidad 5.

91

Por último, se escogieron 4 personas jóvenes del vecindario para brindarles

profundización sobre el funcionamiento de la red, para que a futuro ellos puedan

brindar capacitación a los vecinos y soporte a personas de la tercera edad,

logrando empoderar a la comunidad con el conocimiento sobre el funcionamiento

de los servicios

Para terminar, se elabora Manual de Usuario entregado a los jóvenes de la

comunidad encargados de brindar soporte en el barrio, y Manual de Servicio que

se entregará al tutor del proyecto y grupo de investigación para efectos de

mantenimiento y futuras implementaciones.

14. CONCLUSIONES

• Al implementar una topología de red de dos niveles, Red Troncal trabajando en la frecuencia de 5,7 GHz y Red AP Acceso clientes en la frecuencia de 2.4 GHz, aumenta la capacidad de usuarios y las velocidades de transmisión de datos y la hace altamente escalable, con respecto a la topología anteriormente implementada en la localidad.

• La utilización de una topología de red con vías separadas para enlaces troncales y AP clientes; permite la ampliación de la misma sin necesitar modificaciones severas.

• Se realizaron capacitaciones a la comunidad para el correcto uso de la red comunitaria, donde se logró la apropiación de la tecnología dispuesta en el nodo por parte de los asistentes.

• Se garantiza una cobertura mayor a 300 Mts distribuidos en 3 zonas, disminuyendo el índice de densidad de terminales por AP a futuro.

• Se evidencia el uso de la red por parte de la comunidad mayoritariamente en horas de la tarde -noche, horario en el que la mayoría de las familias ya están en sus viviendas.

•La red opera brindando los servicios de las aplicaciones Serval Mesh, página web local, servidor DNS, servidor FTP y la enciclopedia offline Kiwix.

• La página WEB se encuentra abierta a modificaciones e implementaciones con base en las ideas de la misma comunidad, que ayuden a satisfacer sus necesidades a nivel educativo, cultural y tecnológico.

92

• Se evidencia que una parte del tráfico total registrado en la red, son comunicaciones generadas entre las 3 zonas de cobertura (diferente a consultas al servidor), esto indica la utilidad y uso de las llamadas sobre VoIP en la las antenas troncales trabajan con el estándar 802.11 AC, y logrando enlaces a una capacidad entre los 320 Mbps a 400 Mbps.

• Al realizar las pruebas con la herramienta Acrilyc Wi-Fi y obtener el Mapa de Radiación de la Antena Sectorial de la Red Troncal, se observa la extensión de su cobertura en el área, y la facilidad de poder instalar más antenas direccionales como estaciones satélite para expandir la red.

• En las pruebas realizadas, la red pudo alcanzar velocidades de descarga hasta de 5,2 Mbps.

• A la fecha varios estudiantes de la Facultad Tecnología están plantean aplicar proyectos sobre la red ya implementado en el barrio Verbenal Sur, entre las propuestas hay Aula Virtual y otra de Seguridad Ciudadana.

15. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] GÉLVEZ.G, DÍAS QUE PASAN EN CIUDAD BOLÍVAR, Tomado de Artículo

Riquezas culturales el tiempo. 22 de mayo 2015.

[2] E.Hacshman. Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, Tercera edición,

ISBN: 978-0-9778093-7-0. septiembre de 2008.

[3] L. Pedraza, Redes inalámbricas Mesh: caso de estudio Ciudad Bolívar /

Bogotá: Universidad Distrital, Tomo 1, 2012.

[4] P. Chevillat, J. Jelitto, A. N. Barreto, H. L. Truong. “A Dynamic Link Adaptation

Algorithm for ieee 802.11a Wireless lans”. En Proc, ieee International Conference

on Communications (icc), pp. 1141-45, 2003.

[5]L.Lameda, RESUMEN ENLACES PTP PTMP, XB XI BOARD, C.A,C ,Segundo

congreso de INRED, julio del 2016.

[6] Simon R; Aragón-Z.Saunders, Antenas y Propagación para comunicaciones

Inalámbricas Mcgraw-Hill Interamerican(2a Ed.), 2013.

[7] Ed. Raymond A. Serway, Física para ciencias e ingeniería, Volumen 2. 9,

Definición Principio de Huygens, 2015.

[8] Ubiquiti, Análisis de datos conseguido con AirOs 8, abril 2018.

93

[9] Data Alliance Inc: Articulo: Antenas WiFi, LTE, GSM: Como elegir / Alcance y

patrones de radiación, V2 Pág. 124, 2015

[10]Cisco System, Articulo Valores de Potencia de RF, febrero 2016

[11] Bento Andrade, C. & Fabris Hoefel, R. “IEEE 802.11 WLANS: A Comparison

on Indoor Coverage Models”. Proceedings of 23rd Canadian Conference on

Electrical and Computer Engineering, Calgary (CCECE 2010), Canadá, Mayo

2010.

[12] Pabón, C. . “Modelo de Propagación para Redes WLAN operando en 2.4 Ghz,

en Ambientes Interiores. Trabajo de Grado de Maestría en Electrónica, Mención

Telecomunicaciones, San Cristóbal, Venezuela, Febrero 2010.

[13] Tarng, J.H. & Liu, T.R. . “Effective Models in Evaluating Radio Coverage on

Single Floors of Multi Floor Buildings”. IEEE Transactions on Vehicular

Technology, Vol. 48, No. 3, Pp. 782-789.Mayo 1999

[15] Cheung, K.W., Sau, J.H.M. & Murch, R.D. . “A New Empirical Model for Indoor

Propagation Prediction”. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 47, No.

3, Pp. 996-101 ,Agosto 1998

[16] A. Abdelaal, H. Ali. “Community Wireless Networks: Emerging Wireless

Commons for Digital Inclusion”. The International Symposium on Technology and

Society (ISTAS 09), Tempe, Arizona, Estados Unidos, mayo 18-20, 2009.

[17] J. Ishmael, S. Bury, P. Dimitrios, N. Race. “Deploying Rural Community

Wireless Mesh Networks”. ieee Internet Computing, vol. 12, no. 4, pp. 22-29,

agosto del 2008.

[18] R. Flickenger. Redes inalámbricas en los países en desarrollo, 3a. ed.,

septiembre de 2008.

15. ANEXOS

En los anexos técnicos se muestra las hojas técnicas de las antenas utilizadas en

las que se encuentran datos como los protocolos de comunicación las,

velocidades de transmisión de datos, firmware, dimensiones de la antena,

materiales, diagramas de polarización y estadísticas de pérdida de retorno.

94

Anexo 1: Mediciones antena ubiquiti LiteBeam 120

Cuadrícula de detalle de la antena litebeam 120-16

PUNTOS

ESTUDIO MEJOR

RSSI RSSI

MEDIO REDES

(SSIDS) APS












95

PUNTOS

ESTUDIO MEJOR

RSSI RSSI

MEDIO REDES

(SSIDS) APS






































96

PUNTOS

ESTUDIO MEJOR

RSSI RSSI

MEDIO REDES

(SSIDS) APS
























Tabla 18. Datos Recogidos de Señal por Cuadrante antena sectorial.

DESARROLLO DE UN NODO PILOTO EN EL BARRIO VERBENAL...

Documents

Transcript of DESARROLLO DE UN NODO PILOTO EN EL BARRIO VERBENAL...