“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED WMAN MEDIANTE EL ESTÁNDAR IEEE 802.11g MODIFICADO PARA

ENLACES DE LARGO ALCANCE”

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERÍA

RAMIRO PAUL ARIAS MALDONADO GINO ESTEBAN GAVILANES GUERRERO

SANGOLQUÍ – ECUADOR2013

CONTENIDOSCONTENIDOS

Objetivos1

Planteamiento del problema2

Materiales y métodos3

Diseño y simulación de la red4

Implementación5

Resultados obtenidos6

Conclusiones y recomendaciones7

OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL

• Diseñar e implementar la red en las sedes de la ESPE mediante el estándar IEEE 802.11g, modificado para enlaces de largo alcance, que garantice el desempeño de tráfico de voz y datos, así como la QoS para un enlace superior a 50 Km.

• Diseñar e implementar la red en las sedes de la ESPE mediante el estándar IEEE 802.11g, modificado para enlaces de largo alcance, que garantice el desempeño de tráfico de voz y datos, así como la QoS para un enlace superior a 50 Km.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS (i)OBJETIVOS ESPECÍFICOS (i)

OBJETIVOS ESPECÍFICOS (ii)OBJETIVOS ESPECÍFICOS (ii)

•A

En países en vías de desarrollo es frecuente que zonas rurales de gran extensión carezcan por completo de infraestructuras de telecomunicación. Esto supone un obstáculo para el desarrollo y la calidad de vida de las personas.

•BWiLD; con sus indudables ventajas de costo, uso de frecuencias libres de licencia y gran ancho de banda permite realizar, en zonas rurales, enlaces tanto punto a punto (PtP) como punto a multipunto (PtMP) de varias decenas de kilómetros.

•C

Para esto se ha recurrido a la modificación del AckTimeOut y SlotTime (tiempo entre tramas) para conseguir una distancia mayor que la establecida por el estándar 802.11. Mediante software se puede cambiar los tiempos anteriores, necesarios para enlaces de larga distancia.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES Y MÉTODOS Figura. Alix 3d3Figura. Alix 3d3

MATERIALES Y MÉTODOSMATERIALES Y MÉTODOS

Figura. Compact Flash Tipo IFigura. Compact Flash Tipo I Figura. POEFigura. POE

Figura. Antena HG2424GFigura. Antena HG2424G Figura. Conectores: Pigtail y tipo nFigura. Conectores: Pigtail y tipo n

TARJETA INALÁMBRICA SR2TARJETA INALÁMBRICA SR2

Figura. SR2 Super Range 2Figura. SR2 Super Range 2

El Acktimeout se define en el texto

del estándar como el tiempo en

que la estación transmisora espera

la llegada del ACK una vez que ha

terminado la transmisión de un

paquete.

El Acktimeout se define en el texto

del estándar como el tiempo en

que la estación transmisora espera

la llegada del ACK una vez que ha

terminado la transmisión de un

paquete.

PARÁMETROS DE LA CAPA MACPARÁMETROS DE LA CAPA MACTabla. Parámetros de IEEE 802.11g con PHY ERP-OFDM Tabla. Parámetros de IEEE 802.11g con PHY ERP-OFDM

Nombre del Parametro Valor

PLCPHeader 4µs

PLCPPreamble 16 µs

δ Distancia/c

ACKTimeout SIFS+ACK+SlotTime+2δ

SIFS 10 µs

SlotTime 9µs

DIFS 28 µs

Tiempo de extensión de la señal. (Presente al

final de todo paquete 802.11g.) 6 µs

CTS Clear To Send, listo para enviar, la estación

verifica si el canal está siendo ocupado, si no lo

está transmite.

CTS Clear To Send, listo para enviar, la estación

verifica si el canal está siendo ocupado, si no lo

está transmite.

Slot time en enlaces de largas

distancias, es 2δ.

Slot time en enlaces de largas

distancias, es 2δ.

VALORES MODIFICADOS DE LA CAPA MAC PARA LA VALORES MODIFICADOS DE LA CAPA MAC PARA LA RED WiLD ESPERED WiLD ESPE

EnlaceDistancia

[m]

Tiempo de

Propagacion

[µs]

Slot Time [µs]ACKTimeout

[µs]

CTSTimeout

[µs]

ESPE Sangolquí - Atacazo 19954 66.5 133 193 193

IASA I - Atacazo 23379 77.9 156 216 216

Atacazo - Guango 61536 205 410 470 470

Atacazo - Bombolí 64919 216 433 493 493

IASA II - Bombolí 22528 75.1 150 210 210

ESPE Latacunga - Guango 13051 43.5 87.0 147 147

Tabla. Valores de ACKTimeout, SlotTime y CTSTimeout calculados para cada enlace de la red WiLDTabla. Valores de ACKTimeout, SlotTime y CTSTimeout calculados para cada enlace de la red WiLD

DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA REDDISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED

ESQUEMA DE LA RED WILD ESPEESQUEMA DE LA RED WILD ESPE

BOMBOLI

ATACAZO

ESPE SANGOLQUI

IASA I

GUANGO

ESPE LATACUNGA

192.168.10.171/27

192.168.10.172/27192.168.10.169/27

192.168.10.170/27

192.168.10.167/27

192.168.10.168/27

192.168.10.165/27

192.168.10.166/27

192.168.10.163/27

192.168.10.164/27

192.168.10.162/27

192.168.10.161/27

10.0.0.0/27

10.0.1.0/25

10.0.7.0/26

10.0.6.0/24

Torre de Telecomunicaciones

Antena Omnidireccional

Acometida a ISP

192.188.58.35/24

ATACAZO 1Eth0 16.0.0.5/24

Router Alix

IASA 2

ATACAZO 2Eth0 16.0.0.5/24

Antena Directiva

Figura. Esquema de la red WiLD ESPEFigura. Esquema de la red WiLD ESPE

PLANIFICACIÓN (i)PLANIFICACIÓN (i)

Código Nodo Ubicación Altura [m]

Base1 ESPE Sangolquí 00º18’50.5’’S 78º26’43’’W 2510

Base2 ESPE Latacunga 00º55’57’’S 78º36’35’’W 2894.5

Base3 IASA I 00º23’35’’S 78º24’52’’W 2759

Base4 IASA II 00º24’44’’S 79º18’32’’W 290

Código Nodo Ubicación Altura [m]

Rp1 Atacazo 00º21’22.2’’S 78º37’9.1’’W 4474

Rp2 Bombolí 00º14’48.2’’S 79º11’31.30’’W 600.3

Rp3 Guango 00º53’45’’S 78º30’6.00’’W 3964

Tabla. Coordenadas Sedes ESPETabla. Coordenadas Sedes ESPE

Tabla. Coordenadas Repetidores red WiLDTabla. Coordenadas Repetidores red WiLD

PLANIFICACIÓN (ii)PLANIFICACIÓN (ii)

ENLACEDistancia

[m]

Pérdidas por

Propagación [dB]

Nivel de

Recepción [dB]

Sensibilida

d [dBm]Comparación

ESPE - Atacazo 19954 126.00 -56.00 -96 VERDADERO

IASA I - Atacazo 23379 127.37 -57.37 -96 VERDADERO

Atacazo - Guango 61536 135.78 -65.78 -96 VERDADERO

Atacazo - Bombolí 64919 136.24 -66.24 -96 VERDADERO

IASA II - Bombolí 22528 127.05 -57.05 -96 VERDADERO

ESPE Latacunga - Guango 13051 122.31 -52.31 -96 VERDADERO

Tabla. Análisis del Nivel de recepción para la red WiLD ESPETabla. Análisis del Nivel de recepción para la red WiLD ESPE

DIRECCIONAMIENTO IPDIRECCIONAMIENTO IP

Estación Wifi0 (CM9) # HOST Wifi1 (SR2) ISP

ESPE Sangolquí 10.0.6.1/24 254 192.168.10.168/27 192.188.58.35/24

ESPE Latacunga 10.0.1.1/25 126 192.168.10.164/27 -

IASA I 10.0.7.1/26 62 192.168.10.166/27 -

IASA II 10.0.0.1/27 30 192.168.10.171/27 -

Repetidor Wifi0 (SR2) Wifi1 (SR2) Eth0

Atacazo Alix n1 192.168.10.170/27 192.168.10.167/27 16.0.0.5/24

Atacazo Alix n2 192.168.10.161/27 192.168.10.165/27 16.0.0.6/24

Guango 192.168.10.162/27 192.168.10.163/27 -

Bombolí 192.168.10.169/27 192.168.10.172/27 -

Tabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para las estacionesTabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para las estaciones

Tabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para los repetidoresTabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para los repetidores

RADIO MOBILERADIO MOBILEFigura. Nivel de recepción de la señal para el enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPEFigura. Nivel de recepción de la señal para el enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPE

SIMULACIÓN EN NS-3SIMULACIÓN EN NS-3Figura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 2MbpsFigura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 2Mbps

Figura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 5.5Mbps y 6MbpsFigura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 5.5Mbps y 6Mbps

IMPLEMENTACIÓNIMPLEMENTACIÓN

CONFIGURACIÓN DE EQUIPOSCONFIGURACIÓN DE EQUIPOS

Figura. Router con tarjeta Alix Figura. Router con tarjeta Alix

./usr/local/sbin/voyage.update

iwconfig ath0 txpower 16dBm

vi etc/network/interfacesecho 470 > /proc/sys/dev/wifi1/slottimeecho 470 > /proc/sys/dev/wifi1/ctstimeoutecho 410 > /acktimeoute

mkfs.ext2 /dev/sdb1

INSTALACIÓN DE EQUIPOS EN LAS INSTALACIÓN DE EQUIPOS EN LAS TORRESTORRES

Figura. Estación AtacazoFigura. Estación Atacazo Figura. Torre AtacazoFigura. Torre Atacazo Figura. Estación GuangoFigura. Estación Guango

ALINEACIÓN Y CORRECCIÓN DE ÁNGULOS DE APUNTAMIENTOALINEACIÓN Y CORRECCIÓN DE ÁNGULOS DE APUNTAMIENTO

Figura. Brújula, GPS, Leds indicadores de Router Ubiquiti Figura. Brújula, GPS, Leds indicadores de Router Ubiquiti

RESULTADOSRESULTADOS

Figura. Prueba 1Figura. Prueba 1 Figura. Prueba 2Figura. Prueba 2

CONCLUSIONESCONCLUSIONES• Al realizar las simulaciones en el software ns-3 en las distintas tasas de

transmisión que define el estándar IEEE 802.11g en enlaces de larga distancia, se comprobó que para mayores tasas de transmisión hay mayores pérdidas de paquees en el receptor, mientras que para bajas tasas de transmisión las pérdidas disminuyen considerablemente.

• En las pruebas experimentales del enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPE, al ajustar los parámetros de la capa MAC del estándar IEEE 802.11g, se ajusta la conexión de la red WiLD, pero existe el inconveniente de que no se pueden alcanzar altas tasas de transmisión, debido a que mayores distancias disminuye la velocidad de transmisión, y a su vez se reduce el desempeño del enlace.

• Una vez que se ha logrado establecer los parámetros correctos de capa MAC para distancias largas con el estándar IEEE 802.11g, se observó que tiene buenas prestaciones a bajas velocidades ya que se consigue estabilidad. Pero existe la limitación al bridar servicios con VoIP ya que el delay no debe superar los 150 ms de acuerdo a la recomendación ITU-T G.114.

• Al realizar las simulaciones en el software ns-3 en las distintas tasas de transmisión que define el estándar IEEE 802.11g en enlaces de larga distancia, se comprobó que para mayores tasas de transmisión hay mayores pérdidas de paquees en el receptor, mientras que para bajas tasas de transmisión las pérdidas disminuyen considerablemente.

• En las pruebas experimentales del enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPE, al ajustar los parámetros de la capa MAC del estándar IEEE 802.11g, se ajusta la conexión de la red WiLD, pero existe el inconveniente de que no se pueden alcanzar altas tasas de transmisión, debido a que mayores distancias disminuye la velocidad de transmisión, y a su vez se reduce el desempeño del enlace.

• Una vez que se ha logrado establecer los parámetros correctos de capa MAC para distancias largas con el estándar IEEE 802.11g, se observó que tiene buenas prestaciones a bajas velocidades ya que se consigue estabilidad. Pero existe la limitación al bridar servicios con VoIP ya que el delay no debe superar los 150 ms de acuerdo a la recomendación ITU-T G.114.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

• En la implementación del enlace se observó que el rendimiento y recepción de la señal depende de un buen alineamiento y ajuste de los equipos en las torres. La brújula y GPS permiten buscar el azimut con el cual se toma la referencia para realizar el apuntamiento de la antena hacia el otro punto.

• Es imprescindible que haya línea de vista y despeje de al menos el 60% de la primera zona de Fresnel para garantizar la calidad del enlace.

• Para enlaces de largas distancias es necesario: modificar el tiempo de espera para los acuses de recibo (ACK), así también el clear to send time out (CTS), y el Slottime en función de la distancia del enlace.

• En la implementación del enlace se observó que el rendimiento y recepción de la señal depende de un buen alineamiento y ajuste de los equipos en las torres. La brújula y GPS permiten buscar el azimut con el cual se toma la referencia para realizar el apuntamiento de la antena hacia el otro punto.

• Es imprescindible que haya línea de vista y despeje de al menos el 60% de la primera zona de Fresnel para garantizar la calidad del enlace.

• Para enlaces de largas distancias es necesario: modificar el tiempo de espera para los acuses de recibo (ACK), así también el clear to send time out (CTS), y el Slottime en función de la distancia del enlace.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

• El protocolo AODV al ser reactivo, no consume recursos de la red por lo tanto no genera una carga en el procesador del router, todo esto es analizado desde el punto de vista de simulación en ns-3.

• El protocolo AODV al ser reactivo, no consume recursos de la red por lo tanto no genera una carga en el procesador del router, todo esto es analizado desde el punto de vista de simulación en ns-3.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES• De acuerdo a las simulaciones en ns-3 se recomienda que la

tasa de transmisión adecuada para enlaces de larga distancia debe ser menor o igual 2 Mbps, ya que en dicha tasa de transmisión la pérdida de paquetes se reduce al 0%, mientras que para 5.5 y 6 Mbps la pérdida de paquetes sobre pasa el 50%.

• El montaje de los equipos en las torres para WiLD y la alineación de las antenas es fundamental, lo que permite un buen nivel de campo electromagnético, por lo que se recomienda realizarlo en un día despejado, lo que permitirá que el enlace se establezca satisfactoriamente y pueda mantenerse ante el efecto de las condiciones climatológicas adversas.

• De acuerdo a las simulaciones en ns-3 se recomienda que la tasa de transmisión adecuada para enlaces de larga distancia debe ser menor o igual 2 Mbps, ya que en dicha tasa de transmisión la pérdida de paquetes se reduce al 0%, mientras que para 5.5 y 6 Mbps la pérdida de paquetes sobre pasa el 50%.

• El montaje de los equipos en las torres para WiLD y la alineación de las antenas es fundamental, lo que permite un buen nivel de campo electromagnético, por lo que se recomienda realizarlo en un día despejado, lo que permitirá que el enlace se establezca satisfactoriamente y pueda mantenerse ante el efecto de las condiciones climatológicas adversas.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

• Con la modificación de los parámetros de la capa MAC, se ha logrado alcanzar largas distancias, por lo tanto se recomienda realizar los cálculos antes de implementar un enlace de distancia superior a los 50 km, así como también la respectiva simulación.

• Para minimizar las pérdidas en los cables de antena se recomienda, utilizar cables lo más cortos posible o a su vez aumentar la potencia de transmisión con amplificadores de potencia para tener un mejor nivel de recepción de la señal y establecer un enlace más óptimo.

• Con la modificación de los parámetros de la capa MAC, se ha logrado alcanzar largas distancias, por lo tanto se recomienda realizar los cálculos antes de implementar un enlace de distancia superior a los 50 km, así como también la respectiva simulación.

• Para minimizar las pérdidas en los cables de antena se recomienda, utilizar cables lo más cortos posible o a su vez aumentar la potencia de transmisión con amplificadores de potencia para tener un mejor nivel de recepción de la señal y establecer un enlace más óptimo.

GRACIAS