DISEÑO Y SIMULACION DE UNA RED MESH EN EL MUNICIPIO DE SANTA

ROSA DE CABAL

ANDRÉS MORALES MOSQUERA

Cód. 1093216595

UNIVERSIDAD CATOLICA DE PEREIRA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIAS

INGENIERIA EN SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES

PEREIRA

2011

DISEÑO Y SIMULACION DE UNA RED MESH EN EL MUNICIPIO DE SANTA

ROSA DE CABAL

ANDRÉS MORALES MOSQUERA

Cód. 1093216595

Tutor

Ing. CÉSAR AUGUSTO TABARES

UNIVERSIDAD CATOLICA DE PEREIRA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIAS

INGENIERIA EN SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES

PEREIRA

2011

DECLARACION DE DERECHOS DEL AUTOR

“Como parte de los procesos académicos de la Universidad Católica de Pereira y

en busca de su crecimiento académico e investigativo, autorizo que esta

investigación sea utilizado por parte de quien lo necesite permitiendo que la

Universidad y los estudiantes puedan utilizar como base de consulta el contenido

del Proyecto.”

RESUMEN

En la actualidad, el uso del internet como una solución al diario vivir de la sociedad

ha ido cogiendo mayor auge al pasar de los años, junto a esto también van

evolucionando el tipo de soluciones telemáticas para la satisfacción de estos

requerimientos exigidos diariamente por las sociedades, es por tal motivo que los

Ingenieros en sistemas y telecomunicaciones deben estar a la vanguardia de

estas exigencias, pero ante todo siempre buscar un bien común con su

implementación, en el documento se desarrolla una solución de interconectividad

en un sector concurrido del Municipio de Santa Rosa de Cabal – Risaralda,

apoyándose de una topología conocida como Red Mesh, siendo esta ya

implementada en otros sitios del mundo y obteniendo buenos resultados, se busca

dejar plasmado los diseños y simulaciones correspondientes para una futura

implementación de ésta en el municipio. Teniendo en cuenta también que este

tipo de soluciones, son económicas en su mantenimiento y administración.

Palabras Claves: Red, Soluciones Telemáticas, Interconectividad, Mesh.

ABSTRACT

At present, the use of the Internet as a solution to the daily life of society has been

the peak picking over the years, along with this type also evolve telematics

solutions to satisfy these requirements required daily by company is for this reason

that the systems and telecommunications engineers should be at the forefront of

these demands, but above all to always seek a common good with their

implementation, the paper develops a solution for interconnectivity in a busy area

of the Municipality of Santa Rosa de Cabal - Risaralda, building a topology known

as Red Mesh, is already being implemented in other parts of the world and getting

good results, it seeks leave a lasting designs and simulations corresponding to the

future implementation of this in the municipality. Bearing in mind that this type of

solutions are economical in maintenance and administration.

Keywords: Red, telematics solutions, Interconnectivity, Mesh.

TABLA DE CONTENIDO

Contenido

1. INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................ 8

2. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA. ..................................................................................... 9

3. OBJETIVO GENERAL. ................................................................................................. 10

4. OBJETIVOS ESPECIFICOS. ....................................................................................... 11

5. JUSTIFICACIÓN. .......................................................................................................... 12

6. MARCO CONTEXTUAL. .............................................................................................. 14

7. MARCO TEORICO. ....................................................................................................... 16

7.1 QUE ES UNA RED MESH? ......................................................................................... 16

7.2 ACCESS POINT: ....................................................................................................... 16

7.3 TOPOLOGÍA – TÉRMINOS RELACIONADOS: .................................................... 17

7.4 PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO Y MEDICIONES: ..................................... 17

7.5 TIPOS DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO MESH ..................................... 18

7.6 HARDWARE PARA UNA RED MESH:................................................................... 19

7.7 MEJORAS FUNCIONALES DE UNA RED MESH .................................................... 21

7.8 EJEMPLOS DE DISTINTAS REDES MESH EN EL MUNDO: ................................. 23

8. MODELO TEORICO. .................................................................................................... 31

8.1 METODOLOGÍA ........................................................................................................ 31

8.2 DISEÑO ...................................................................................................................... 34

8.2.1. DESARROLLO DEL DISEÑO ............................................................................... 37

8.2.2. MODELO LÓGICO ............................................................................................ 44

8.2.3. MODELO FÍSICO ............................................................................................... 47

8.3 SIMULACIÓN ............................................................................................................. 49

9. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 59

10. RECOMENDACIONES ................................................................................................. 60

11. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................... 61

12. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 62

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Meraki (Fundación EsLaRed, 2008). ................................................. 20

Ilustración 2 MeshNode (Fundación EsLaRed, 2008). ........................................... 20

Ilustración 3 Alemania Mesh (Fundación EsLaRed, 2008). ................................... 24

Ilustración 4 Mesh Illinois - EEUU (Fundación EsLaRed, 2008). ........................... 24

Ilustración 5 (LUGRoMesh, Enero 23, 2008) ......................................................... 26

Ilustración 6 Requerimientos Red Mesh ................................................................ 33

Ilustración 7 Mapa Cabecera Mpal Santa Rosa de Cabal ..................................... 32

Ilustración 8 Zona de la Solución Mesh ................................................................. 36

Ilustración 9 Ejemplo Red Mesh (Wireless Mesh Networks, 2009/2010) ............... 35

Ilustración 10 Inicio y creación proyecto ................................................................ 38

Ilustración 11 Nombre Proyecto "Mesh2_Final" ..................................................... 38

Ilustración 12 Cargas Iníciales ............................................................................... 39

Ilustración 13 Opción de Dispositivos .................................................................... 40

Ilustración 14 Dispositivos...................................................................................... 41

Ilustración 15 Dispositivos área de simulación ....................................................... 42

Ilustración 16 Dispositivos de la Subnet ................................................................ 42

Ilustración 17 Carga IP_Could ............................................................................... 43

Ilustración 18 Carga Requerimientos Router A ...................................................... 44

Ilustración 19 Modelo Lógico Red Mesh ................................................................ 45

Ilustración 20 Zona de Administración Red Mesh .................................................. 46

Ilustración 21 Nodos Mesh..................................................................................... 46

Ilustración 22 Usuarios Mesh ................................................................................. 47

Ilustración 23 Modelo Físico .................................................................................. 48

Ilustración 24 Alcance Nodos ................................................................................. 49

Ilustración 25 Grabación de Simulación ................................................................. 50

Ilustración 26 Configuración Atributos a medir ....................................................... 51

Ilustración 27 Carga de Nodos ............................................................................... 52

Ilustración 28 Resultado Compilacion Proyecto ..................................................... 53

Ilustración 29 Play Animation ................................................................................. 53

Ilustración 30 Simulación red Mesh ....................................................................... 54

Ilustración 31 Ver resultados ( Por Dispositivo) ..................................................... 55

Ilustración 32 Resultados Enrutador ...................................................................... 55

Ilustración 33 Carga Red General .......................................................................... 56

Ilustración 34 Carga FTP ....................................................................................... 56

Ilustración 35 Grafica Resultados .......................................................................... 57

Ilustración 36 Grafica 2 Resultados ....................................................................... 57

1. INTRODUCCIÓN.

El mundo actual lleva a concebir que el estar conectado a la red sin importar la

ubicación se vuelve de vital importancia, ya que los usuarios siempre exigen la

mejor calidad de servicio, para estas exigencias la tecnología trabaja arduamente

día a día con el fin de dar satisfacción a los usuarios.

Dentro de todas estas soluciones se encuentra una que sin duda ha podido dar

salida a todo estos requerimientos en cuanto a la cobertura del servicio.

Cuando se habla de una Red Mesh esta se puede definir como: “El conjunto de

puntos de acceso interconectados mediante enlaces inalámbricos. La

configuración de dichos enlaces es dinámica, y basada en un algoritmo de

optimización de enrutado. De esta manera la ruta establecida optimiza el tráfico en

la mayor medida posible, y se establecen rutas alternativas en caso de fallos entre

enlaces”1.

El proyecto busca investigar sobre las características técnicas de las Redes Mesh,

con el fin de poder diseñar y simularlas en un entorno real, que para este caso es

el Municipio de Santa Rosa de Cabal, logrando entender los beneficios de esta

tecnología y dejando como resultado una propuesta inicial para una futura

implementación en el mencionado municipio.

1 Fundamentos y Aplicaciones de seguridad en redes WLAN, Fernando Andreu – Izaskun Pellerejo – Amaia Lesta,

http://books.google.com.co/books?id=k3JuVG2D9lMC&pg=PA14&dq=redes+mesh&hl=es&ei=zeSDTN-VO4L_8Abs39BV&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCcQ6AEwAA#v=onepage&q=redes%20mesh&f=false

2. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA.

En el mundo el internet ocupa un lugar de gran importancia, ya que su uso en el

diario vivir es de un gran auge, por esto se ve evidente que los avances

tecnológicos en su gran mayoría apunte hacia brindar día a día una conexión a

este servicio sin problemas. Es evidente que las redes Mesh tienden en un futuro

a ser una solución de conexión llamativa y usada.

Este tipo de redes da a los usuarios la oportunidad de estar siempre conectados y

con su servicio sin ningún tipo de problema sin interesar la ubicación en la cual

estos se encuentren.

Por ello es de gran valor que los profesionales afines a estos temas de tecnologías

estén siempre al nivel que le mundo de hoy le exige, siempre al tanto de las

nuevas tendencias.

Y las redes Mesh no pueden ser la excepción ya que es una gran solución para el

tema de la interconectividad del mundo actual.

Por ello y con la idea de siempre estar a la vanguardia se ve claro que esta

investigación servirá de base para el posterior Diseño y Simulación de una Red

Mesh en Santa Rosa de Cabal, de tal forma que se pueda dejar abierta la

posibilidad de implementar este tipo de soluciones en el municipio.

Esto también podría facilitar la conexión no solo de habitantes sino también de

instituciones educativas entre sí.

Así de esta manera el proyecto busca investigar y estudiar estas redes y dejar

abierta la posibilidad de su posible implementación en un futuro cercano.

3. OBJETIVO GENERAL.

Diseñar y simular una Red Mesh en Santa Rosa de Cabal.

4. OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Diseñar una red Mesh que me asegure una cobertura del 20% de la

cabecera municipal.

Establecer el 100% de los requerimientos para la implementación a futuro

del diseño, por parte del municipio.

Simular el proyecto de la Red Mesh en su 100%, dando la posibilidad de

ver como se comportaría la red en una implementación real.

5. JUSTIFICACIÓN.

Las telecomunicaciones juegan un papel fundamental no solo en el hogar si no en

el mundo corporativo, se sabe que es una gran solución al momento de

interconectar empresas entre sus sedes. Ya que es indiscutible el crecimiento de

muchas empresas en distintos puntos del mundo y se es necesario que estas

estén en constante unión y ya que por las distancias no se es posible la gran

solución son las telecomunicaciones.

Ésta investigación ve mayor interés en desarrollar un diseño y simulación de una

red Mesh, en el municipio de Santa Rosa de cabal, teniendo en cuenta que es un

escenario donde se evidencian problemas de interconectividad para el uso público

de los habitantes, por eso es importante que tipo de soluciones como los son las

redes Mesh sean diseñadas en sitios como estos, donde el beneficio a la

comunidad es grande, volviendo entonces al municipio de santa Rosa de cabal en

un sitio interesante para empezar una investigación, diseño y simulación, se torna

de manera más asequible para ésta.

Pero también es de mayor importancia y relevancia el poder dar una solución de

interconectividad a los habitantes del Municipio de Santa Rosa de cabal. Dando

beneficio a los sitios de mayor concurrencia dentro de la cabecera municipal

(Parque Principal, Colegios, sedes administrativas)

Por tal razón es importante estar enterado de las formas, equipos y las soluciones

adecuadas que permitan llegar a este objetivo, que los usuarios están exigiendo el

cual es su interconexión, pero no solo es la interconexión de éstas, pues el usuario

también requiere seguridad ya que es claro que lo que viajara por dicha conexión

entre sus nodos será información importante para cada uno de ellos, por tal motivo

es vital a la hora de diseñar redes tener en cuenta todos estos aspectos para

lograr una buena conexión y al mismo tiempo satisfacer las necesidades del

usuario.

Es indiscutible que la tarea de los profesionales como Ingenieros de Sistemas y

Telecomunicaciones, fuera de diseñar y brindar una solución pertinente a los

problemas que se plantean los usuarios diariamente, por ello fuera de lo ya dicho

como Ingenieros el mayor reto es buscar la mejor forma de optimizar los recursos,

de tal forma en la que se puedan cumplir los requerimientos de los usuarios y de

red de la mejor forma, logrando como resultados un buen trabajo pero más que

ello, que este a un precio accesible por los usuarios.

6. MARCO CONTEXTUAL.

El proyecto hace una investigación acerca de Redes Mesh y los beneficios que

obtendrían los usuarios quienes son los que a la final usaran de él, partiendo del

punto de la investigación acerca de estas redes y del conocimiento que durante

los varios semestres de formación se les ha impartido por parte de la línea

Telemática a los Ingenieros en sistemas y telecomunicaciones de la Universidad

Católica de Pereira.

Por otro lado es interesante que dicha investigación que posteriormente culminara

con un diseño y simulación de la red, en el Municipio de Santa Rosa de Cabal-

Risaralda, y dando como resultado los posibles planos y estudios para su futura

implementación, esto sería una innovación respecto a los adelantos tecnológicos

desarrollados en la región.

Es claro que los Ingenieros en Sistemas y Telecomunicaciones de la Universidad

Católica de Pereira en formación demuestren lo que el alma mater ha impartido

durante sus años de formación y la mejor manera de esto es brindar dichos

conocimientos a la comunidad por esto es que esta idea nació, con el interés de

ayudar y dar una solución de conexión a internet a la comunidad.

Por eso y teniendo en cuenta las investigaciones se llega a la conclusión que con

este tipo de redes se lograr una red que abarque desde una manzana hasta un

pueblo o una ciudad entera.

Se puede hacer uso del mobiliario urbano como soporte para su instalación

(semáforos, farolas…) y aprovechar las infraestructuras existentes. En una ciudad

puede destinarse a servicios como:

· Seguridad ciudadana

· Supervisión y control de tráfico

· Servicios de información (información turística, acceso a Internet en centros

escolares y bibliotecas)

· Redes Intranet para uso de ayuntamientos (policía municipal, administración...)

En una zona rural ofrece también una serie de ventajas:

· No requiere infraestructura previa de telecomunicaciones.

· Acceso a Internet donde antes no llegaba, así como otros servicios ya

mencionados.

· La implantación resulta rentable

· Cada nodo presta cobertura a grandes extensión

7. MARCO TEORICO.

7.1 QUE ES UNA RED MESH?

Una red Mesh se define básicamente como “El conjunto de puntos de acceso

interconectados mediante enlaces inalámbricos. La configuración de dichos

enlaces es dinámica, y basada en un algoritmo de optimización de enrutado. De

esta manera la ruta establecida optimiza el tráfico en la mayor medida posible, y

se establecen rutas alternativas en caso de fallos entre

enlaces”(PELLEREJO,2006, 14 p). también se define de la siguiente manera

“Básicamente son redes con topología de infraestructura, pero que permiten unirse

a la red a dispositivos que, a pesar de estar fuera del rango de cobertura de los AP

o nodos, están dentro del rango de cobertura de algún dispositivo WiFi que

directamente o indirectamente esté dentro del rango de cobertura del AP; también

permiten que los dispositivos WiFi se comuniquen, independientemente del AP,

entre sí, es decir, los dispositivos que actúan como emisores pueden no mandar

directamente sus paquetes al AP sino que pueden pasárselos a otros dispositivos

WiFi para que lleguen a su destino, que caracteriza de las redes con tipología ad-

hoc. Para hacerlo posible es necesario contar con un protocolo de enrutamiento

que permita transmitir la información hasta su destino con el mínimo número de

saltos o con el número de los mismos, aun no siendo el mínimo, sea

suficientemente bueno. Además tiene como principal característica que es

tolerante a fallos, puesto que la caída de un solo nodo no implica la caída del resto

de la red.” (FON, 2006)

7.2 ACCESS POINT:

Un punto de acceso inalámbrico (WAP o AP por sus siglas en inglés: Wireless

Access Point) en redes de computadoras es un dispositivo que interconecta

dispositivos de comunicación inalámbrica para formar una red inalámbrica.

(mashard,2007). Dentro de una red Mesh, son los puntos que dan el acceso al

usuario, estos son puestos en distintos puntos dentro de la red, después de un

análisis y diseño previo.

7.3 TOPOLOGÍA – TÉRMINOS RELACIONADOS:

MANET- Mobile Ad Hoc NET (red ad hoc móvil) – combinando los dos aspectos

de movilidad y enrutamiento dinámico (no necesariamente presentes en redes

MESH) (Fundación EsLaRed, 2008), Esta clase de topologías pueden cambiar de

configuración y ubicación, que utiliza conexiones inalámbricas para conectarse a

varias redes.

REDES AD HOC: Se enfoca en la espontaneidad y naturaleza dinámica de una red. (Fundación EsLaRed, 2008). Fundamentado en un grupo de dispositivos que se interconectan cada uno directamente con los otros a inalámbricamente, sin usar un punto de acceso fijo.

REDES MULTIHOP: Se enfoca en el hecho de que la información viaja a través

de muchos nodos. (Fundación EsLaRed, 2008).

7.4 PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO Y MEDICIONES:

Elementos de enrutamiento MESH: Entre los principales elementos de

enrutamiento tenemos:

Descubrimiento de la frontera: Encontrar: Los limites o bordes de una red,

generalmente los sitios donde se conecta a Internet. (Fundación EsLaRed, 2008).

Cálculo de rutas: Encontrar la mejor ruta basado en algún criterio de la calidad

de los enlaces. (Fundación EsLaRed, 2008).

Manejo de direcciones IP: Asignar y controlar direcciones IP (Fundación

EsLaRed, 2008).

Manejo de la red troncal (uplink,backhaul) :Manejo de conexiones a redes

externas, como por ejemplo enlaces a Internet. (Fundación EsLaRed, 2008).

7.5 TIPOS DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO MESH

OLSR -Optimized Link State Routing Protocol- (protocolo de enrutamiento por

optimización del estado del enlace), OLSREXT,QOLSR:

Optimized Link State Routing Protocol descrito en el RFC3626:

o OLSR es un protocolo de enrutamiento para redes móviles Ad hoc.

o Es un protocolo proactivo, basado en tablas, que utiliza una técnica

llamada: multipoint relaying (MPR) para la difusión de mensajes por

inundación.

o Actualmente la implementación funciona bajo GNU/Linux,Windows,

OS X, FreeBSD y NetBSD.

o OLSRD -OLSR Daemon- está diseñado para ser bien estructurado y

de una implementación bien codificada que debería ser fácil de

mantener, expandir y utilizada en otras plataformas. La

implementación cumple con RFC3626 tanto con las funciones

básicas como con las auxiliares.

o OLSR actualmente es visto como uno de los protocolos mas

prometedores y estables. Es la base de la mayoría de las redes

mesh instaladas en Europa, con instalaciones exitosas en Alemania,

Austria, Serbia, Inglaterra, España y Portugal. También se está

usando en Colombia.

TBRPF -Topology broadcast based on Reverse Path- (Fundación EsLaRed,

2008).

Forwarding routing protocol (Fundación EsLaRed, 2008).

HSLS -Hazy Sighted Link State Routing Protocol- (protocolo de enrutamiento

basado en desechar los enlaces de baja calidad). (Fundación EsLaRed, 2008).

MMRP (Mobile Mesh Routing Protocol), también conocido como MobileMesh.:

(Fundación EsLaRed, 2008).

El protocolo MobileMesh contiene tres protocolos separados, cada uno dirigido a

una función específica:

Link Discovery. Descubrir los enlaces, un simple protocolo “hello”

Routing-Link State Packet Protocol

Border Discovery – Habilita túneles externos

OSPF-Open Shortest Path First-(basado en la ruta más corta): (Fundación

EsLaRed, 2008).

Este protocolo, Open Shortest Path First, desarrollado por el grupo de trabajo de

Interior Gateway Protocol (IGP) de la IETF está basado en algoritmo SPF:

o La especificación OSPF envía llamadas, verifica el estado de los enlaces

y se lo notifica a todos los enrutadores de la misma área jerárquica. Es de

dominio público y está descrito en la RFC 1247

AODV -Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing- Protocolo de

enrutamiento a demanda: (Fundación EsLaRed, 2008).

Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV), es un protocolo de enrutamiento a

demanda de vector distancia, diseñado para redes móviles autoconfigurables.

Está descrito en la RFC 3561.

Permite el enrutamiento dinámico, autoconfigurable y multisalto entre nodos, está

en proceso de ser estandarizado y por el momento es un RFC experimental de la

IETF. (Fundación EsLaRed, 2008).

7.6 HARDWARE PARA UNA RED MESH:

Partiendo de la investigación se puede evidenciar que cualquier dispositivo

inalámbrico hablando de enrutadores, Acces point, pueden convertirse en un nodo

Mesh simplemente mediante modificaciones de software. Con la ayuda de

desarrollos software y un dispositivo inalámbrico puede utilizarse para este fin, y

próximamente inclusive los PDA (Personal Digital Assistant) podrán formar una

Mesh y hasta los celulares de nueva generación.

Los siguientes son ejemplos de dispositivos hardware que pueden conformar una

red en Mesh:

Meraki

Es un enrutador WiFi implementado en un solo chip. Está orientado a proveer

conectividad desde el interior de la vivienda, aunque existe una versión para

exteriores e inclusive una alimentada por energía solar (Fundación EsLaRed,

2008).

Ilustración 1 Meraki (Fundación EsLaRed, 2008).

MeshNode

La presentación del nodo MESH es una pequeña caja diseñada para intemperie,

es impermeable, contiene un sistema operativo basado en Debian/GNULinux y

dos tarjetas de radio en dos bandas (2.4 GHz y 5.8 GHz). (Fundación EsLaRed,

2008).

Ilustración 2 MeshNode (Fundación EsLaRed, 2008).

Linksys WRT54G, GS, GL

Este punto de acceso inalámbrico no fue originalmente diseñado para usarse en

intemperie ni para redes MESH, sin embargo es ampliamente utilizado bajo

condiciones adversas por su bajo costo y fácil manejo, viene a ser una de las

opciones más interesantes y versátiles. (Fundación EsLaRed, 2008).

Ilustración 3 (Linksys WRT54G, GS, GL (Fundación EsLaRed, 2008).

7.7 MEJORAS FUNCIONALES DE UNA RED MESH

Dentro de las ventajas y mejoras que una red Mesh puede ofrecer a sus usuarios

se encuentran variables que aseguran la excelente calidad y funcionamiento de

ésta, dentro de las variables se encuentran: autoconfiguración, protocolo dinámico

multisalto y el soporte de calidad de servicio. Se introduce dos aspectos más: el

tema de seguridad y la gestión de red. (FON, 2006)

Autoconfiguración

Al no haber una infraestructura de red preexistente ni una jerarquía en una red

Mesh, cada nodo se tiene que atribuir una dirección IP autónomamente,

normalmente de rango privado; esto supone que esa dirección IP no tiene porque

tener una relación determinada con las de los nodos vecinos, por lo que no es

modo alguno evidente asegurar su unicidad. Por tal razón se busca una solución

óptima para este problema, con alternativas tales como explotar las capacidades

de autoconfiguración de IPv6, u otras soluciones parciales ya desarrolladas, tales

como PACMAN o NOAOLSR (FON, 2006)

Protocolo dinámico multisalto

Para realizar el encaminamiento dinámico multisalto en redes Mesh se han

desarrollado muchos protocolos específicos que son capaces de encaminar

paquetes entre nodos contiguos o no contiguos de la red, o entre cualquier nodo

de la red y el exterior a través de un nodo pasarela, y ello sin importar que cada

nodo tenga una dirección IP completamente independiente de los otros (FON,

2006)

Calidad de Servicio

Las redes 802.11 pueden ofrecer una solución robusta, apropiada y de bajo coste

para distribuir comunicaciones de voz y datos en zonas rurales apartadas, el

mayor problema asociado a la calidad de servicio en una torre de protocolos es

que todas las capas deben contemplar el soporte de QoS. En 802.11 no se tiene

este soporte. No obstante, el uso de ciertos procedimientos técnicos de control

avanzado del tráfico en la capa IP puede permitir que al menos se dé un

tratamiento diferenciado a los distintos tipos de tráfico.

Algunos experimentos realizados el mundo sobre redes Mesh implementadas, han

permitido demostrar en cadenas de nodos Mesh que se puede garantizar una

calidad de servicio diferenciada a voz, vídeo y datos elásticos si se pueden acotar

las prestaciones de los enlaces. Resultaría de interés para trabajos futuros que las

prestaciones de los enlaces de la red se estimaran de forma dinámica y que el

reparto de los recursos se adaptara a lo largo del tiempo a los cambios,

ofreciéndose incluso un control de admisión adaptativo.

De momento, es plausible hacer una previsión estática conservadora de las

prestaciones de los enlaces en redes estáticas, y una configuración estática del

control del tráfico para implementar servicios diferenciados adaptados a redes

Mesh según se ha dicho. En este caso, un deterioro de los enlaces de la red por

debajo de las prestaciones estimadas supondría un riesgo para la calidad de

servicio de las comunicaciones de tiempo real.

Seguridad y gestión de red

Existen otros dos aspectos que son importantes en todo tipo de redes, y las redes

Mesh no son ajenas a éstos, tales aspectos son: la seguridad y la gestión de red.

Seguridad. Tradicionalmente las redes wireless han sido más inseguras que las

redes cableadas. Esto se debe principalmente a que no es necesario el acceso

físico a una red wireless para poder entrar en ella. WEP fue el primer mecanismo

de seguridad en Wi-Fi pero pronto se demostró su vulnerabilidad. A raíz de este

hecho se creó el grupo 802.11i que en la actualidad trabaja en dos protocolos:

TKIP, compatible con tarjetas wireless antiguas y CCMP, diseñado sobre un nuevo

hardware. Para acelerar el proceso de implementación de TKIP, Wi-Fi Alliance

lanzó el estándar WPA. Además de la protección en la capa 2, es conveniente

aplicar protección a niveles superiores: IPSec (nivel 3) SSL (nivel 4), y SSH (nivel

7).

Sistema de gestión de red. Actualmente se han desarrollados sistemas de gestión

de red, entre éstos desarrollos se encuentran varios, los cuales han sido basados

en SNMP, RRDTool y envío de logs por email. Con este tipo de sistema se

pueden monitorizar el estado de los nodos y prevenir posibles problemas o

averías.

7.8 EJEMPLOS DE DISTINTAS REDES MESH EN EL MUNDO:

En el mundo las redes inalámbricas han ido creciendo y con ello su demanda

entre los usuarios finales, quienes son los que exigen a su sociedad siempre

poder contar con acceso a internet, sin importar su ubicación, como resultado de

esto, una de las soluciones como ya se ha planteado en el documento, son las

redes Mesh, que aunque su implementación en el mundo ha sido poco frecuente,

se encuentran pequeñas implementaciones hechas en el mundo, tales como:

Alemania: Freifunk OLSR Mesh, Berlín, Alemania:

Esta red en su inicio, fue una iniciativa para brindar acceso a internet a sus

usuarios y que ésta fuese una red sin ánimo de lucro, la cual pretendía solo

brindar la opción de que sus usuarios puedan interactuar y realizar transferencias

datos, texto, música entre otros.

Ésta red experimental de comunidad urbana se conformo por unos 200 nodos

basados en OLSR FirmwareFreifunk. A este software se le han dado muchos usos

en proyectos comunitarios y de desarrollo. (Fundación EsLaRed, 2008).

Ilustración 3 Alemania Mesh (Fundación EsLaRed, 2008).

CUWiN–Champaign-Urbana Community Wireless Network (Red Inalambrico

comunitaria de Champaign- Urbana) , Illinois Estados Unidos: Este proyecto fue

idealizado e implementado por “Community Wireless Solutions” en el año 2000, en

donde su principal objetivo fue brindar internet para el uso público, centrándose en

las oficinas municipales, universidades y escuelas.

CUWiN es una iniciativa de desarrollo e investigación con una implementación de

código abierto del protocolo de enrutamiento HSLS, apostando a una red AdHoc

inalámbrica escalable y altamente robusta. (Fundación EsLaRed, 2008).

Ilustración 4 Mesh Illinois - EEUU (Fundación EsLaRed, 2008).

LugroMesh (Ciudad de Rosario- Argentina)

El grupo LUGRo-Mesh pertenece al Grupo de Usuarios de Software Libre de la

ciudad de Rosario (LUGRo), Argentina (www.lugro.org.ar). Uno de los proyectos

del grupo fue la creación de la red Wi-Fi Comunitaria y Libre denominada Red

LUGRo-Mesh, que sirve para brindar acceso a Internet en forma gratuita a los

habitantes de Rosario y alrededores. La misma es redundante y desarrollada

íntegramente en Software Libre.

Las pruebas de campo que LugroMesh implemento, las hizo con 3 enrutadores y 1

notebook: La misma consistió en colocar un enrutador A como gateway, el cual se

dirigió hacia calle Paraguay (Ver Ilustración 5).

El enrutador B fue colocado en un edificio del Distrito Centro de la Municipalidad

de Rosario, aproximadamente unos 140 metros. La conexión entre ambos

enrutadores fue excelente, al igual que al conectarse directamente con un

netebook al enrutador que hizo las veces de gateway.

Luego el grupo coloco otro enrutador C a unos 100 metros aproximadamente. El

enlace entre los enrutador B y C fue excelente. Y la malla se formó ya que

conectándose con la notebook al enrutador C, se obtuvo IP salida a Internet.

Posteriormente el grupo LUGRoMesh, realizó una prueba en donde ellos se

ubicaron a 180 metros más lejos del enrutador C, dando como resultado una

conexión a la malla muy buena. Posteriormente el grupo realizó otra prueba

ubicando los enrutadores A y B en la misma posición, pero el enrutador C fue

colocado fuera de la línea casi recta del enrutador A y colocado en línea recta

hacia el frente del enrutador B. A una distancia aproximada de 40 metros. Y la

malla se formó perfectamente, al igual que la red pudo salir a internet

correctamente. La distancia entre el enrutador A y la notebook en la primera

prueba fue mayor a los 400 metros. (LUGRoMesh, 2008)

Ilustración 5 (Grupo LUGRoMesh, 2008)

7.9 SIMULADORES

Dentro de las herramientas que permiten simular redes, pero en este caso admiten

hacer un diseño, simulación y evidenciar resultados sobre redes Mesh se tienen

las siguientes:

PACKET TRACER™2

Cisco Packet Tracer es un programa de simulación de la red de gran alcance que permite a los estudiantes a experimentar con el comportamiento de la red y preguntar "¿qué pasa si". Como parte integral de la experiencia de aprendizaje integral Networking Academy, Packet Tracer ofrece simulación, visualización, autoría, evaluación, y las capacidades de colaboración y facilita la enseñanza y el aprendizaje de los conceptos de tecnología compleja.

Esta herramienta permite a los estudiantes a crear una red con un número casi ilimitado de dispositivos, fomentar la práctica, el descubrimiento y solución de problemas. El ambiente de aprendizaje basado en la simulación ayuda a los estudiantes a desarrollar habilidades del siglo 21, tales como la toma de decisiones, pensamiento creativo y crítico, y solución de problemas. Packet Tracer

2 http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html

complementa los programas Cisco Networking Academy, permite a los instructores a enseñar y demostrar fácilmente los complejos conceptos técnicos y de diseño de redes de sistemas.

NS (NETWORK SIMULATOR)3

El Network Simulator más conocido como NS, es un software orientado a simular

eventos discretos; La herramienta se desarrolló con base a dos lenguajes de

programación: uno de ellos es un simulador escrito en C++ y el otro es una

extensión de TCL, orientada a objetos; este programa ha sido diseñado

especialmente para el área de la investigación de redes telemáticas.

Características generales. Esta herramienta posee un amplio rango de uso y

éste continuamente sirve como base para el desarrollo de otros programas de

simulación; además este software soporta una gran cantidad de protocolos de las

capas de aplicación y transporte, además de otros utilizados para el enrutamiento

de los datos, entre los cuales están: HTTP, FTP CBR, TCP, UDP, RTP, SRM,

entre otros; los cuales pueden ser implementados tanto en redes cableadas, como

inalámbricas locales o vía satélite; y que son aplicables a grandes redes con

topologías complejas y con un gran número de generadores de tráfico.

Requerimientos del sistema. NS es un paquete compuesto por un conjunto de componentes requeridos y otros tantos opcionales, este paquete contiene un script de instalación para configurar, compilar e instalar estos componentes. Para instalar este software se requiere cumplir con las especificaciones Sistema operativo: Plataformas Unix (Free BSD, Linux, SunOS, Solaris),

Plataformas Windows desde la versión 95. Requerimientos mínimos: Procesador Pentium II de 200 MHz o equivalente,

32MB de memoria RAM y mínimo 320 MB de espacio libre en el disco Hardware Requerimientos Software: Para plataformas tipo UNIX Tcl release

8.4.5, Tk release 8.4.5, Otcl release 1.9, TclCL release 1.16, Ns release 2.28, otros componentes opcionales: Nam release 1.11, Xgraph version 12, CWeb version 3.4g, SGB version 1.0 Interfaz de usuario. NS tiene un editor de topología por código, con el cual se diseña y se configuran las redes, los protocolos y las aplicaciones de red que se desean simular. También cuenta con una herramienta llamada Simulador de red

3 http://nsl.csie.nctu.edu.tw/NCTUnsReferences/capitulo4.pdf

automatizado (Automated Network Simulation), este asistente automáticamente carga las tareas que se ejecutan más frecuentemente en los dispositivos de la red.

NCTUNs4

NCTUNs (National Chiao Tung University, Network Simulator) es un simulador y emulador de redes y sistemas de telecomunicaciones avanzado capaz de simular distintos protocolos utilizados en redes de cable e inalámbricos IP. Éste es software libre y se ejecuta sobre Linux; asimismo utiliza una metodología de simulación que entra y modifica el Kernel de Linux, lo cual hace que el programa tenga ventajas únicas en comparación con otros simuladores y emuladores de redes de comunicaciones. Este simulador permite desarrollar, calcular y determinar el desempeño de protocolos y aplicaciones en diferentes tipos de redes (LAN, MAN, WAN). Las simulaciones hechas con esta herramienta, cuentan con características muy especiales, ya que NCTUns simula en tiempo real y con una interfaz similar a la de los sistemas reales, lo cual permite familiarizar más al usuario con el manejo del diseño, configuración e implementación de aplicaciones en redes de comunicaciones. Características generales. NCTUns utiliza una sintaxis sencilla pero muy efectiva para describir la topología, los parámetros y la configuración de una simulación, esta descripción se genera a partir de la interfaz gráfica del usuario. NCTUns fue desarrollado basado en el simualdor NS, de ahí su nombre, solo que incluye una interfaz más amigable para la implementación de los modelos de red que se simulan. Este programa permite la simulación de arquitecturas de redes sencillas, sin embargo, su mayor potencial está en la simulación de redes tan complejas como las redes GPRS, satelitales y ópticas. El NCTUns también puede ser utilizado como emulador, especialmente para redes móviles e inalámbricas; para dichas aplicaciones provee recursos para manejo y estudio de sistemas de radiofrecuencia y permite obtener mediciones para establecer niveles de calidad de servicio (QoS) de las señales irradiadas. El hecho de que el simulador permita definir obstáculos, trayectorias de movimiento y que los terminales móviles (como celulares GPRS y portátiles) se puedan desplazar siguiendo dicha trayectoria, al mismo tiempo en que se hacen mediciones de atenuación, interferencia y de ancho de banda, dan cuenta de las sobresalientes características del NCTUns y justifican los diferentes

4 http://nsl.csie.nctu.edu.tw/NCTUnsReferences/capitulo4.pdf http://nsl.csie.nctu.edu.tw/nctuns.html

reconocimientos que ha obtenido a nivel mundial. Adicionalmente, permite simular redes ópticas y como si fuera poco, puede usarse fácilmente como un emulador, cuando se desee desarrollar funciones de desempeño de un host real y ver cómo se comportaría bajo diferentes tipos de condiciones de red sin modificar su protocolo interno. Esto quiere decir que NCTUns tiene la posibilidad de emular un dispositivo de red del mundo real en su entorno gráfico e interconectarlo con dispositivos simulados o virtuales, para intercambiar paquetes. Requerimientos del sistema. Para instalar el programa y realizar simulaciones

sin ningún contratiempo, es necesario que se cumplan con unos requerimientos mínimos a nivel software y hardware.

OPNET5

Es un programa ampliamente utilizado en la industria para modelar y simular

sistemas de comunicaciones; permite diseñar y estudiar redes, dispositivos,

protocolos y aplicaciones, brindando escalabilidad y flexibilidad, cualidades que le

permiten ofrecer a sus usuarios, trabajar en procesos de investigación y

desarrollo. MODELER es un software desarrollado por OPNET; orientado a

simular objetos mediante un editor gráfico que permite diseñar una topología de

red, soporta un amplio rango de tecnologías tipo LAN, MAN y WAN.

El diseño y simulación se desarrollara en OPNET IT Gurú el cual proporciona un

entorno virtual de red que modela el comportamiento de una red por completo,

incluyendo dispositivos, protocolos, servidores y aplicaciones en red. Este entorno

de trabajo es de gran utilidad para los responsables de informática e I+D,

diseñadores de redes, operadores y personal de mantenimiento de red, etc. ya

que permite diagnosticar problemas de una forma eficiente, validar cambios en la

red antes de implementarlos y prever el comportamiento de la red ante futuros

escenarios como crecimiento de tráfico, fallos de red, etc.

Esta herramienta se utiliza para el modelado y simulación; está basada en la

teoría de redes de colas e incorpora las librerías para facilitar el modelado de las

topologías de red. El desarrollo de los modelos se realiza mediante la conexión

de diferentes tipos de nodos, utilizando diferentes tipos de enlaces. Mediante

OPNET MODELER, se deben especificar tres tipos de modelos:

MODELO DE RED Redes y subredes

5 http://nsl.csie.nctu.edu.tw/NCTUnsReferences/capitulo4.pdf ,

http://www.opnet.com/university_program/teaching_with_opnet/textbooks_and_materials/materials/OPNET_Modeler_Manual.pdf

MODELO DE NODOS Nodos y estaciones

MODELO DE PROCESOS Especifica la funcionalidad de cada nodo.

Requerimientos del sistema. Este programa es multiplataforma y requiere las

siguientes especificaciones para su correcta instalación y posterior uso.

- S.O: Windows NT, 2000, XP, Vista y UNIX

Interfaz gráfica de usuario. OPNET MODELER está basado en una serie de

editores jerárquicamente organizados, los cuales permiten diseñar y configurar

los modelos de red, de nodos y de procesos en las topologías de red que se van

a simular con este programa. Los editores trabajan en forma directa y paralela la

estructura real de la red, los equipos y los protocolos.

8. MODELO TEORICO.

8.1 METODOLOGÍA

Durante el proceso de formación de Ingenieros en sistemas y telecomunicaciones

de la UCP , siempre se enfatiza en la búsqueda de la mejor solución para el

problema planteado, por tal motivo se decide incursionar en la investigación a

fondo sobre la implementación de redes Mesh en el mundo, encontrando que este

tipo de redes no es muy utilizado en el entorno telemático, ni tiene mucho auge,

pero se evidencia que en la pocas partes que se ha implementado ha sido recibido

excelentemente y sus resultados han sido satisfactorios. De acuerdo con esto y

después de una larga investigación, se decide seguir los lineamientos sugeridos

por el grupo LUGRo-Mesh ya que además de ser una implementación cercana a

la región, sus resultados y equipos utilizados son importantes y altamente

familiarizados con los conocimientos actuales.

Posteriormente se llevo a cabo el reconocimiento de la zona en la cual el proyecto

quiere llegar, para esto se estudia algunos planos de la zona los cuales son

suministrados por la Alcaldía del Municipio de Santa Rosa de cabal (Ver

Ilustración 7) con antelación. Como primer objetivo se trazo dar solución de red

Mesh a la cabecera del municipio centrándose en la zona más concurrida de ésta,

hablando de zonas como Parque Principal, Colegios aledaños, Palacio Municipal,

y zonas de afluencia, cerrando el objetivo en brindar conectividad al 20%6(Ver

Ilustración 8) de la cabecera municipal, dejando así un diseño propuesto para una

implementación y cobertura de de 38 cuadras a las redonda sobre el 20% en

donde se hace el diseño.

Finalmente se investiga que herramienta de simulación de telecomunicaciones

podrá arrojar los resultados que evidencia de mejor manera la viabilidad del

proyecto en el municipio, se interactúa con diversas herramientas y haciendo un

filtro se opta por utilizar la Herramienta “OPNET”, esta herramienta es licenciada,

se utiliza su versión licenciada para estudiantes “OPNET IT Guru Academic

Edition” el cual otorga una licencia por 6 meses.

6 Estadística tomada por datos suministrados en Catastro Departamental.

Ilustración 6 Mapa Cabecera Mpal Santa Rosa de Cabal (Planeación Municipal Santa Rosa de

Cabal, 2011)

Se decidió por esta, por la diversidad de opciones y de resultados que ésta

entrega, pudiendo así de esta manera visualizar con más certeza los posibles

resultados, fortaleza y/o inconvenientes que se pudiesen observar en una futura

implementación de esta red.

Se establece entonces los requerimientos mínimos necesarios para una futura

implementación de la Red Mesh en el Municipio de Santa Rosa de Cabal, los

cuales son los dispositivos para que ésta opere y brinde servicio de internet en

éste municipio en una futura implementación. (Ver Ilustración 6). La correcta

conexión, gestión y administración de todos estos equipos y dispositivos son el

éxito del funcionamiento de una red Mesh, por eso es de gran importancia analizar

el entorno, mirando cual es la mejor opción de solución en cada espacio escogido

para el diseño y una futura implementación de redes Mesh.

Ilustración 7 Requerimientos Red Mesh (Fuente: Autor)

Internet: De acuerdo con el diseño desarrollado, éste servicio se debe

contratar con dos proveedores ISP´s , haciendo redundancia y doble anillo

por seguridad, previniendo que la red Mesh en su futura implementación,

tenga problemas de disponibilidad hacia los usuarios.

Firewall: Éste representa la seguridad de la red Mesh dentro de la

simulación y su diseño, haciendo que la red Mesh siga con los protocolos

de seguridad que éste tipo de redes.

Gateway: Es el enrutador central, se encuentra en la cabecera de la red

Mesh, y es el dispositivo que hace control entre la Zona de administración

y los enrutadores.

Enrutadores: Son los nodos que dentro del diseño sus puntos de

ubicación, se deben escoger de manera analítica, previniendo factores de

interferencias entre ellos, éstos deben estar alineados y trabajar con

conexión a vista. Son los nodos quienes darán conectividad a los usuarios.

8.2 DISEÑO

Los elementos que un usuario necesita para crear una red Mesh son únicamente

puntos de acceso (dispositivos de red wireless) para proporcionar acceso a

Internet a todos los usuarios de la red.

A la hora de la elaboración del diseño, se trabaja con base en los documentos e

investigaciones previamente hechas. En donde se evidencia, el tipo de topología,

equipos a utilizar, cobertura que brinda la solución.

Ilustración 8 Ejemplo Red Mesh (Wireless Mesh Networks, Fundación EsLaRed ,2009, p4)

Las redes Mesh, como su nombre lo indica trabajan bajo una topología en malla,

por eso el primer paso es observar el entorno en el cual se decide aplicar la

solución, analizar según las especificaciones de redes Mesh cuantos equipos se

necesitan , logrando un alto nivel de fiabilidad y disponibilidad dentro de la zona de

la red.

Durante el proceso de diseño de la red Mesh en el Municipio de Santa Rosa de

Cabal, el proyecto se centró sobre una zona determinada de la cabecera

municipal, después de un análisis donde como resultado se evidencia que esta

zona es la más concurrida de la cabecera, albergando, Sedes administrativas,

bancos, colegios, y zonas de concurrencia de habitantes.

En la ilustración 8 se observa la extracción del 20% ya mencionado del total de la

cabecera municipal, donde se hará el diseño de la red Mesh.

Ilustración 9 Zona de la Solución Mesh (Planeación Municipal Santa Rosa de Cabal, 2011)

Adicionalmente se tuvo en cuenta un análisis sobre la zona de Fresnel,

evidenciando que no existen obstáculos como edificios, arboles, etc., entre los

enrutadores.

Se trabaja paralelamente en identificar la zona en la cual se va diseñar la red junto

con la familiarización de las herramientas y módulos que ofrece el programa

“OPNET IT Guru Academic Edition” para la simulación del diseño.

Como una muy buena solución (disponibilidad) es tener no solo un proveedor de

internet (enlace redundante, doble anillo), sino dos para evitar que la Red Mesh se

quede sin este servicio afectando la comunicación, en caso de que el proveedor

falle, por tal motivo se cuenta con dos proveedores los cuales son “UNE” y

“TELMEX”. Cada uno de estos ISP brindará servicio de internet de 100 Mbps.

Por último y como paso importante dentro del diseño es tener en cuenta la

seguridad que la red va a utilizar, para esto, el diseño contempla un Firewall para

hacer este tipo de seguridad, hay redes ya implementadas las cuales contemplan

dentro de su requerimiento de seguridad la opción de que sus clientes hagan una

autenticación frente a la red.

8.2.1. DESARROLLO DEL DISEÑO

Después de tener todo el análisis de la zona en donde se hará el diseño, se

procede al diseño lógico y físico de la red sobre la herramienta ya escogida, en

este caso el “OPNET IT Guru Academic Edition”

El primer paso es dar opción a la herramienta de diseñar un nuevo proyecto, File

New... (Ver ilustración 10), posteriormente se nombra el proyecto “Mesh2_final”

(Ver Ilustración 11), se da OK, posteriormente se carga las opciones de los

escenarios, en este caso se usa scenario LOGICAL, y se propone la opción de

Wireless_LAN (Ver Ilustración 12).

Ilustración 10 Inicio y creación proyecto (Fuente: Autor)

Ilustración 11 Nombre Proyecto "Mesh2_Final" (Fuente: Autor)

Ilustración 12 Cargas Iníciales (Fuente: Autor)

Se procede a realizar la topología en malla mediante los dispositivos que la

herramienta nos ofrece (Enrutadores, conexiones, servidores, internet) (Ver

Ilustración 13), se diseña la red, basando está en la topología previamente

investigada, se empieza con el procedimiento de sacar los dispositivos al área de

simulación, dando forma como ya se dijo, a la topología que construye una red

Mesh.(Ver Ilustración 14)

Ilustración 13 Opción de Dispositivos (Fuente: Autor)

c

Ilustración 14 Dispositivos (Fuente: Autor)

Se debe traer al área de simulación, los dispositivos necesarios, fuera de los

enrutadores ya mencionados, también se debe traer, firewall, subredes, servidores

(FTP y WEB) y un módulo llamado IP_cloud quien simula el acceso a internet,

sumándole a éste último dos módulos que la herramienta llama Aplicaciones, para

este caso se usaran dos, una aplicación de Configuración “Aplication Config” y una

más llamada aplicación de perfil “Profile Config” (Ver Ilustración 15).

Cada dispositivo y/o módulo simulara cada parte de la red, para simular los

diferentes nodos a los cuales los usuarios se interconectaran y poder cargar el

número de usuarios que estarán conectados a la red, se utiliza el módulo llamado

Subnet, en este caso se utiliza el “Subnet (Mobile)”. (Ver Ilustración 16).

En esta red se utilizaran cuatro (4) Módulos Subnet, uno para cada enrutador,

simulando así el número de estaciones de trabajo (PC) que éstos tendrán

conectados

Ilustración 15 Dispositivos área de simulación (Fuente: Autor)

Ilustración 16 Dispositivos de la Subnet (Fuente: Autor)

Se procede entonces a ingresar todos los requerimientos a la herramienta para

poder obtener resultados del comportamiento de la red Mesh en una futura

implementación, todo esto se realiza cargando algunos parámetros en los

dispositivos utilizados dentro de la red, tales como tasa de transferencia en este

caso de 1Gbps, también se configura el tamaño de memoria 16 Mb ( Router, PC )

(Ver Ilustración 17), en éste caso se evidencia la carga de de requerimientos al

IP_could. Y de esta manera se debe hacer con cada uno de los dispositivos dentro

de la red.

Ilustración 17 Carga IP_Could (Fuente: Autor)

Luego se le añaden los requerimientos ó atributos a los 4 enrutadores que serán

los nodos (Ver Ilustración 18), seguidamente se hace lo mismo con los demás

dispositivos que nos conforman la red Mesh en el municipio de Santa Rosa de

Cabal.

Ilustración 18 Carga Requerimientos Router A (Fuente: Autor)

La infraestructura necesaria para el correcto funcionamiento del sistema consiste

en un equipo, dónde se ubicara la aplicación central, con un sistema operativo y

una tarjeta Wireless. Este equipo deberá formar parte de una red Mesh, esto no

implica que deba estar permanentemente dentro de la red, pero deberá estarlo a

la hora de administrar los dispositivos que forman parte de ella.

Un mismo equipo, por ejemplo un portátil, puede administrar todas las redes que

se desee, mientras los dispositivos de esa red estén configurados para ello y el

equipo pertenezca en ese momento a dicha red.

Se trabaja con Enrutadores Modelo Linksys WRT54G, GS, GL ya que fuera de

ser de un gran proveedor en el entorno actual, éste brindara solución efectiva,

además de su fácil administración y fiabilidad.

8.2.2. MODELO LÓGICO

La red Mesh diseñada en su modelo Lógico (Ver Ilustración 19) se construye

teniendo como base, el espacio en donde se implementaría en un futuro, y en

diseños de redes de este tipo que ya han sido construidas e implementadas, se

observa entonces que la red consta de tres espacios:

A. Zona de Administración de Red: Está constituida en la cabecera de la red, y en

ésta se encuentran todos los equipos de administración y soporte de la red,

también allí llegan los dos ISP´s con su canales de internet (165 Mbps), y desde

allí sale esté al Gateway quien se encarga de los nodos que hacen parte de la

solución (Ver Ilustración 20).

Ilustración 19 Modelo Lógico Red Mesh (Fuente: Autor)

Ilustración 20 Zona de Administración Red Mesh (Fuente: Autor)

B. Nodos: Los nodos son los enrutadores que se han escogido con antelación para

la solución de la red, y estos son los encargados de brindar interconectividad a

todos los usuarios de la red, teniendo en cuenta que estos se encargaran también

en conjunto con la zona de administración de hacer ese paso tranparente para el

usuario de punto de acceso sin que este último se dé cuenta, obteniendo así el

objetivo fundamental de toda red el cual es el de disponibilidad. (Ver Ilustración

21)

Ilustración 21 Nodos Mesh (Fuente: Autor)

C. Usuarios: Por último están los usuarios de la red, los cuales dentro de la

simulación se representan bajo la herramientas de subredes, y allí teniendo la

opción de cargar equipos (PC´s), y de tal manera poder ver el comportamiento de

éstas. (Ver Ilustración 22)

Ilustración 22 Usuarios Mesh (Fuente: Autor)

8.2.3. MODELO FÍSICO

Se tienen en cuenta las distancias de cobertura que cada punto de acceso puede

abarcar y se sabe que por experiencias en proyectos ya implementados en

distintas partes y basando todo en el proyecto Lugro-Mesh, se conoce que cada

punto puede dar internet en una Cobertura mayor a 400 metros de radio, se simula

el mismo equipo enrutador que Lugro-Mesh utiliza en su implementación, por tal

motivo y haciendo un análisis del espacio al que se dará solución , se sabe que se

podrá utilizar 4 nodos obteniendo así una disponibilidad y acceso excelente. (Ver

Ilustración 23).

Estos nodos se ubican de la siguiente manera, su zona de administracion se ubica

en la zona central en el Palacio Adminstrativo Municipal ubicado en el parque

principal del municipio ( Carerra 14, Calle 12 Esquina), Sus siguientes nodos estan

ubicados a una distancia de 300 a 400 mts de éste nodo principal. Nodos:

Enrutador A: Edificio Los Cristales

Enrutador B: Escuela Simon Bolivar

Enrutador C: Colegio Francisco Jose de Caldas

Enrutador D: Edificio Los Naranjos

Ilustración 23 Modelo Físico (Fuente: Autor)

Cada Nodo se ubica en las edificaciones más altas del área escogida para el

diseño de la red Mesh, con el propósito claro de no poseer problemas por

interferencia de la señal a causa de los obstáculos, también se ubica de tal

manera que cada nodo pueda dar cobertura a un área de 400 mts de radio.

Cabe notar que este estudio se hizo después de saber que cada cuadra en el

municipio de Santa Rosa de Cabal, tienen una medida de 80 mts, mas 20 mts de

calle, dando así una medida de 100 mts por cada cuadra. De tal manera que con

los cuatro nodos planteados inicialmente, se puede dar una cobertura a la zona

delimitada (Ver Ilustración 24).

Ilustración 24 Alcance Nodos (Fuente: Autor)

8.3 SIMULACIÓN

“OPNET IT Guru Academic Edition” como herramienta de simulación y diseño,

ofrece resultados y simulaciones efectivas pudiendo así verificar la viabilidad de

muchos diseños en una futura implementación.

Este trabaja por medio de módulos a los cuales se cargan instrucciones para las

simulaciones y/o resultados que se quiere obtener al final del proceso.

En la simulación de la Red Mesh es necesario cargar varios parámetros, a los

enrutadores, Gateway, al IP_Cloud quien hace el papel del ISP, a los servidores y

los módulos de Aplicación y perfiles, también se es necesario darle parámetros a

los equipos que accederán al medio, en este caso los PC´s.

Todo esto se logra modificando los atributos de cada de uno de los dispositivos

que se tiene dentro de la simulación, allí se puede modificar, añadir y/o eliminar

opciones, haciendo que la simulación se acerca mucho más a su comportamiento

natural y en el medio.

Dentro de los atributos que se añaden a está simulación están: la velocidad que

los ISP´s brindan, este atributo se le añade al IP_Could (Ver Ilustración 17) a los

enrutadores también se les modifica su modo acceso, y manera que se

interconectan.

Por último a los dispositivos se le crean atributos a evaluar durante la simulación,

haciendo esto que la herramienta brinde al finalizar tablas en las cuales se pueda

evidenciar el comportamiento de la red. En este caso el proyecto evaluará y se

centrará en medir el comportamiento que tendría la red en cuanto su tasa de FTP

(Tráfico enviado, recibido, perdida), esto se puede hacer en general o por

dispositivos , en éste caso se medirá el trafico IP

Antes de cualquier simulación se debe dejar activada la opción dentro de la

herramienta que nos permita la posterior grabación de ésta, este procedimiento se

hace como se muestra en la ilustración 25.

Ilustración 25 Grabación de Simulación (Fuente: Autor)

8.3.1. CARGA Y RESULTADOS

Dentro de las posibilidades de simulación que la herramienta ofrece, está el poder

especificar lo que se quiere probar en ésta, esto se hace añadiendo carga a cada

uno de los dispositivos que conforman el diseño de la red, y obtener sus

resultados individualmente, pero también se puede hacer en general, observando

cómo resultados el comportamiento de todos los dispositivos en general, a

continuación se explicara los pasos para la carga y resultados por dispositivo y por

red en general.

Carga y resultados por Dispositivo:

Para esto se debe editar los atributos de cada nodo, dando la opción de analizar

estos ítems, esto se hace dando la opción de “Choose Individual Statistics” (Ver

Ilustración 26).

Ilustración 26 Configuración Atributos a medir (Fuente: Autor)

Buscando posteriormente la opción de IP, seleccionando todos los ítems de

medición (Ver Ilustración 27), para luego dar la opción de “Run Simulation” en

donde el proyecto se compila y muestra errores en caso de existir y en caso de no

existir errores dará opción para ver la simulación ( Ver Ilustración 28). Se debe dar

la opción de “Results”, dando posteriormente en la casilla “Play Animation” quien

dará la oportunidad de visualizar la simulación y sus resultados (Ver Ilustración

29).

Al dar esta opción la herramienta ubica y muestra un pantallazo donde se visualiza

como los dispositivos de la Red Mesh entran a interactuar, se ve evidencia la

transferencia de paquetes entre ellos. (Ver ilustración 30).

Ilustración 27 Carga de Nodos (Fuente: Autor)

Ilustración 28 Resultado Compilación Proyecto (Fuente: Autor)

Ilustración 29 Play Animation (Fuente: Autor)

Ilustración 30 Simulación red Mesh (Fuente: Autor)

Posteriormente se ubica el dispositivo al cual se le dió la opción de carga y se

busca la opción de ver resultados “View Results”, en este caso la carga que se

midió muestra la tasa de tráfico recibido y enviado en paquetes por segundo( Ver

Ilustración 31). En donde se ve en forma gráfica la manera en la cual se comportó

el tráfico durante la simulación, dicha gráfica se expresa en Tasa de tráfico Vs

Segundos. (Ver Ilustración 32).

Ilustración 31 Ver resultados (Por Dispositivo) (Fuente: Autor)

Ilustración 32 Resultados Enrutador (Fuente: Autor)

Carga y Resultados en la red Mesh en general

Para la carga y resultados de la Red Mesh en general se debe ubicar la opción de

“Simulation” “Choose Individual Statistics…”, (Ver Ilustración 33). Aquí se

selecciona la carga que se medirá Globalmente dentro de la Red Mesh el cual

será el tráfico FTP (Recibido, enviado) (Ver Ilustración 34). Se hacen los mismos

pasos de simulación (Ver ilustraciones 28, 29, 30).

Ilustración 33 Carga Red General (Fuente: Autor)

Ilustración 34 Carga FTP (Fuente: Autor)

En las gráficas de Resultados se observa el comportamiento de la Red Mesh en

su totalidad, frente a la carga que se le determinó en este caso el tráfico FTP de

ésta. (Ver Ilustración 35, 36)

Ilustración 35 Grafica Resultados (Fuente: Autor)

Ilustración 36 Grafica 2 Resultados (Fuente: Autor)

La herramienta Opnet, permite visualizar y verificar los distintos comportamientos

que como ya se ha explicado en esta investigación, sus dispositivos pueden recibir

atributos de carga, dando la oportunidad de evidenciar el compartimento de una

red en lo que será su entorno real.

9. CONCLUSIONES

A partir del desarrollo de este proyecto se pudo comprobar que en la

elaboración de un diseño para una red hay que tener en cuenta muchos

factores, que pueden incluir en el diseño final, y todo esto depende del un

buen análisis, reconocimiento y estudio del área en la cual se desea hacer

el diseño final de una red de telecomunicaciones. Lo más importante en

cualquier diseño, es la conectividad y el servicio, se debe garantizar la

conectividad en un 99%, por esta razón es fundamental estudiar los puntos

únicos de falla, y plantear la Solución de tal forma que no existan estos

puntos o en su defecto sean muy pocos, por que EL SERVICIO ES

PRIMORDIAL y no se puede dejar al cliente sin él.

Se logró establecer los requerimientos iniciales para una futura

implementación de una Red Mesh en el municipio de Santa Rosa de cabal

u otra parte.

Se logró evidenciar los comportamientos de tráfico de esta red alcanzando

así ver cómo sería la red en un entorno real y dando a conocer, los equipos

y ubicaciones que se deben tener en cuenta en una futura implementación

de la red en este municipio u otro.

Es Importante durante el proceso de formación académica, la

profundización en herramientas robustas de simulación telemática,

haciendo que esto facilite la interpretación de los comportamientos de la

redes.

10. RECOMENDACIONES

Durante la investigación de este proyecto, se evidencia que soluciones

como lo son las redes Mesh, son las indicadas para brindar conexión en

zonas urbanas y/o alejadas de la cabecera de las ciudades, por tal motivo

es interesante que estas investigaciones se vean implementadas, teniendo

en cuenta que el diseño y simulación de ésta ya está resuelto.

Ver como el diseño y simulación de redes Mesh en el municipio de Santa

Rosa de cabal sirven como planos y directrices para una futura

implementación de red Mesh en cualquier sitio en donde se le desee

efectuar.

“OPNET IT Guru Academic Edition”, es una buena opción para el

modelado, simulación y entendimiento de las redes telemáticas, que día a

día son más exigentes con sus resultados, por tal razón es de suma

importancia el manejo y conocimiento de herramientas de éste tipo como

Opnet, el cual permite entender de mejor manera el funcionamiento de

redes en un entorno real.

Durante el proceso de esta investigación y uso de la herramienta “OPNET

IT Guru Academic Edition” la cual se fue otorgada con un licenciamiento

por seis meses, se deja como recomendación que aunque con esta versión

de la herramienta se logran excelentes resultados, es también importante

que para mejores resultados se recomiendo la adquisición de su versión

completa.

Cuando se necesite la realización de simulaciones y diseños de redes de

telecomunicaciones incentivar a la investigación, estudio y manejo de

herramientas de simulación y diseño de telecomunicaciones, partiendo de

la previa capacitación de los Profesionales docentes, quienes guían los

procesos de formación de Ingenieros de sistemas y telecomunicaciones de

la UCP.

Brindar el apoyo para la implementación futura de proyectos que brinden un

mayor beneficio a la comunidad a la cual pertenecemos.

11. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Buettrich ,Sebastian. Redes Mesh. Extraido el 6 de junio de 2011 desde www.it46.se/courses/wireless/materials/es/13_RedesMesh/13_es_redes_mesh_presentacion_v01.pdf

Fundación Es la Red (2008).Unidad 13: Mesh. Extraído el 23 de abril de 2011 desde http://www.eslared.org.ve/tricalcar/13_es_redes_mesh_guia_v02%5B1%5D.pdf

Grupo LUGRoMesh (2008). Lugro-Wireless Task Force - Redes de Despliegue rápido. Extraído el 10 de agosto desde http://www.lugro-mesh.org.ar/

Pellejero, Izaskun. Fundamentos y aplicaciones de seguridad en redes WLAN, p14, Extraído el 12 de agosto de 2011desde http://books.google.com.co/books?id=k3JuVG2D9lMC&pg=PA14&dq=redes+mesh&hl=es&ei=zeSDTN-VO4L_8Abs39BV&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCcQ6AEwAA#v=onepage&q=redes%20mesh&f=false

12. BIBLIOGRAFIA

“OPNET IT Guru Academic Edition”; Manual de Usuario,

www.opnet.com/university_program/teaching_with_opnet/textbooks_and_m

aterials/materials/OPNET_Modeler_Manual.pdf

Redes Mesh Motorola en la Ciudad de Plano, Texas,

www.youtube.com/watch?v=2kKsEFUEvw0 , 2009.

Redes en Malla o "Mesh”,

www.youtube.com/watch?hl=es&v=Q6bk1o8GtC4, 2010.

Enciso Rocha, Hollman Eduardo, Redes Mesh Comunitarias en Campus

Party 2010, www.hollmanenciso.com/es/content/redes-mesh-comunitarias-

en-campus-party-2010, 2010.

Simó, Javier, Desarrollo de nodos Mesh Wi-Fi autónomos como soporte a

redes de telemedicina rural en zonas aisladas,

www.ehas.org/uploads/file/difusion/articulos/congresos_encuentros/Desarro

llo%20de%20nodos%20Mesh%20Wi-

Fi%20autonomos%20como%20soporte%20a%20redes%20de%20telemedi

cina%20rural%20en%20zonas%20aisladas.pdf, 2011.

Motorola, Red Mesh de área extendida AP 7181,

http://www.motorola.com/web/Business/Products/Wireless%20Networks/Wir

eless%20Broadband%20Networks/Mesh%20Networks/_ChannelDetails/M

WAN_AP_7181/Documents/Static_files/MOTO_AP7181_Brochure_ES_081

010.pdf?localeId=111, 2011.

Caracol Radio, Redes inalámbricas comunitarias están desarrollándose en

Bogotá,www.caracol.com.co/noticias/tecnologia/redes-inalambricas

comunitarias-estan-desarrollandose-en

bogota/20110301/nota/1433166.aspx , 2011.

Mesh 4all, Las redes inalámbricas Mesh,

www.mesh4all.net/es/_files/m4aRedesMesh.pdf, 2011.