Propuesta de diseño para una Red Wi-Fi empleando el estándar 802.11n

Resumen

En este artículo se brindará una propuesta de diseño para una Red Wi-Fi ubicada en el sitio del Parque Central de La Habana Vieja donde la presente propuesta se basa en un diseño que cumple con todos los requisitos adoptados por el país y ETECSA para su implementación, aplicando fundamentalmente el cumplimiento de aspectos propios del estándar utilizado 802.11n incluyendo las características de propagación de las ondas, las cuales pueden deteriorar la calidad de la comunicación en un momento dado. Para el diseño de la red se empleó un SOFTWARE que permitió introducir las mediciones realizadas y los diferentes AP específicos para el sitio en estudio y posteriormente realizar las simulaciones con los equipos que ETECSA tiene para el avance de estos proyectos.

Palabras Claves: ETECSA, INTERNET, Wi-Fi, HOTSPOT, Estándar, Propagación, SOFTWARE, Parque Central.

Introducción

La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA) de acuerdo con el creciente desarrollo que se ha venido observando en nuestro país está promoviendo el despliegue de redes inalámbricas en diversas áreas de la ciudad para proporcionar acceso a INTERNET tanto a sus ciudadanos como a los turistas que nos visiten. En nuestro caso, se pretende realizar una propuesta de Diseño de una Red Inalámbrica en la zona del Parque Central, la cual podría ser ampliada para abarcar todos los lugares aledaños, dicha red proporcionaría una nueva atracción a los visitantes extranjeros, que podrían transitar por las calles de la Habana Vieja con conexión a INTERNET.

Las REDES INALÁMBRICAS de alta densidad son consideradas en ambientes donde el número de dispositivos de los clientes y el rendimiento que requieren las aplicaciones exceden la capacidad disponible de un diseño tradicional de una red "orientada a cobertura". Como ocurre en nuestro caso al ser la zona del Parque Central un lugar muy visitado por todo tipo de transeúntes. En esta situación, incluso una red inalámbrica bien diseñada, que proporciona cobertura con una buena intensidad de la señal y SNR (relación señal a ruido) en toda el área de cobertura deseada, no es suficiente para garantizar un alto rendimiento debido a la capacidad insuficiente. El factor limitante es el tiempo de emisión disponible y desde su surgimiento Wi-Fi se basa en el uso compartido y sin límites del medio, los clientes y los puntos de

acceso deben competir por el tiempo de emisión disponible para transmitir datos.

Para proporcionar una experiencia de alta calidad al usuario y para cumplir con los requisitos de rendimiento de las aplicaciones y de latencia, una WLAN de alta densidad no sólo debe proporcionar una cobertura adecuada (por ejemplo, la fuerza de la señal y SNR) debe también proporcionar capacidad suficiente para atender a todos los dispositivos de los clientes simultáneamente, en un nivel en el que las aplicaciones en dichos dispositivos puedan funcionar como se espera. Tal experiencia de alta calidad al usuario es proporcionada por el uso efectivo del espectro disponible, co- ubicación de los radios de los AP que operan en diferentes canales y bandas de frecuencias por una reutilización optima de las frecuencias a través de toda el área de cobertura. Esta gestión de radio debe hacerse pero al mismo tiempo asegurar que el plan de canales no cree interferencia excesiva entre las celdas de radio contiguas, en otras palabras, minimizando la interferencia co-canal y la interferencia de canal adyacente.

Descripción del proyecto

El objetivo de este trabajo es proponer una solución viable para la implementación de una Red Wi-Fi en la zona del Parque Central ubicada en el corazón de La Habana Vieja, garantizando que cualquier usuario a través de dispositivos

inteligentes pueda acceder a la red haciendo uso de los estándares actuales 802.11n, o sus predecesores.

Para ello se pretende implantar un sistema que ofrezca un servicio de alta calidad a los ciudadanos, de modo que posibilite el acceso a Internet, permitiendo las conexiones de correo electrónico, búsqueda WEB o cualquier otro servicio multimedia. Con el propósito de lograr este objetivo se realizará un diseño orientado a capacidad, o sea, que no solo tenga en cuenta las zonas de cobertura en el área de servicio, sino que de acuerdo a la alta densidad poblacional de la zona, permita conexiones fiables que cumplan con los requisitos de las aplicaciones demandadas por los usuarios.

Se pretende que el sistema proporcione a los usuarios de la red movilidad y flexibilidad, garantizando anchos de banda, calidad de servicio, seguridad y gran capacidad de gestión y control del servicio. La infraestructura a desplegar permitirá futuras ampliaciones de modo que se pueda seguir extendiendo el área de cobertura sin necesidad de tener que cambiar la infraestructura inicial de la red.

El proceso de recopilación de requisitos debe ser el primer paso en el diseño e implementación de una WLAN de alta densidad. A través del proceso de recopilación de los requisitos se pueden identificar las características de diseño de la red permitiendo a la red alinearse con los objetivos de desempeño de la misma.

En este proceso se identificarán las características de la zona donde se pretende llevar a cabo el diseño también se analizarán y recopilarán los tipos de dispositivos clientes, sus capacidades y la cantidad promedio; así como las aplicaciones más usuales y sus requerimientos.

• I. CARACTERÍSTICAS DEL EMPLAZAMIENTO. Como se mencionó anteriormente este proyecto se desea

llevar a cabo en el área del Parque Central, el cual es un

espacio arbolado, concebido como plaza pública, sitio de recreo y esparcimiento. Ubicado en los márgenes del centro histórico de la capital cubana en el área de la Habana Vieja, circundado por las calles Prado, Agramonte, Neptuno y San José, desde su creación ha sido siempre sitio de reunión de los residentes de la ciudad.

Algunos de los más significativos edificios habaneros lo rodean el más singular de todos por el lado de la calle Prado: el Gran Teatro de La Habana y el Hotel Inglaterra; justo entre los dos edificios nace el boulevard de San Rafael, importante vía comercial siempre repleto de peatones. Un poco más a la derecha buscando Neptuno está el Hotel Telégrafo, a las puertas del hotel, la famosa esquina de Prado y Neptuno.

Fig. 1. Ubicación del Parque Central.

Atravesando la calle Agramonte (Zulueta) se ubica una de las más populares galerías comerciales de la ciudad, la Manzana de Gómez (donde se ubicará el Hotel Manzana), a su lado, una plaza peatonal en la que se han expuesto obras escultóricas de gran formato, entre ellas las famosas arañas de Louise Bourgeois y un conjunto de cinco palmas de metal, "ilustradas" por los más importantes pintores cubanos. Otras significativas edificaciones bordean el Parque Central: el Hotel Iberostar Parque Central y el cine Payret, uno de los más grandes de la ciudad y que antaño fuera un popular teatro; además del Museo Nacional de Bellas Artes, que recoge muestras del arte foráneo.

El parque presenta árboles, fuentes y esculturas, entre los árboles hay un trazado de senderos que desembocan en pequeñas plazas interiores, adornadas por fuentes y pequeñas esculturas, bordeadas de bancos de piedra y canteros. Justo en el centro, en medio de una explanada, la Estatua de José Martí se yergue como homenaje de los cubanos a su más ilustre compatriota. El Parque Central es una gran encrucijada citadina punto de encuentro y referencia para los cubanos, siempre está vivo, miles de habaneros lo atraviesan día a día en todas sus direcciones. La gente que no está de paso, los que deciden sentarse a conversar, a descansar, a leer o sencillamente a pasar el tiempo, se disputan los bancos sombreados y se están allí horas completas, más o menos integrados al general bullicio. Al sur de la estatua de José Martí se puede ver la famosa esquina caliente, donde un grupo de personas aficionados al béisbol, ríe, grita y discute sobre eventos deportivos relevantes nacionales e internacionales que tienen que ver con el deporte nacional.

Fig. 2. Vista Aérea del Parque Central.

Como resultado de diversas visitas e inspecciones en esta zona del Parque Central, se concluyó que alrededor de 1000 personas entre turistas y habitantes locales circulan por esta aérea. Para la recopilación de estos datos se tuvo en cuenta lugares de descanso como los cafés localizados en los hoteles Telégrafo e Inglaterra, además de las zonas con bancos del parque que ofrecen sombras, así como las aceras de las edificaciones aledañas. Se diseñará para que el 30% del total de personas (300 personas) puedan estar conectadas simultáneamente.

Requisitos de los equipos clientes

El primer paso es identificar los tipos de dispositivos cliente que serán soportados en la zona de interés, sus cantidades y capacidades de radio inalámbricas. Debido a diversas fuentes de sobrecarga de la Red Wi-Fi, la velocidad de datos máxima no representa el rendimiento real de las aplicaciones. Para estimar el máximo throughput que un cliente puede lograr hay que tener en cuenta la sobrecarga de la red, si no es posible probar con dispositivos reales antes de la implementación, de acuerdo a estudios realizados por profesionales se ha encontrado que buenas estimaciones de sobrecarga de la red son de alrededor de un 60% para redes 802.11a/b/g y pueden ser tan bajos como el 40% de las redes 802.11n. En este diseño se utilizó un 45% de acuerdo a que se está diseñando para una red de alta densidad basada en el estándar 802.11n.

La Red Inalámbrica debe servir a todos los dispositivos cliente de forma simultánea. A menudo, esto requiere un enfoque de "mínimo común denominador" en el diseño e implementación de la red, para satisfacer de forma aproximada las necesidades de todos los clientes. En algunas circunstancias, tales como lugares públicos, no se puede conocer los modelos específicos de los dispositivos. En tales casos, la solución es identificar categorías genéricas de dispositivos que pueden ser utilizados e integrar sus capacidades de radio. En este sentido se han dividido los dispositivos en tres categorías: Smartphone, tabletas y laptops. Después de varias visitas al lugar se realizó una aproximación, lo más real posible, teniendo en cuenta las zonas que posibilitan el uso de laptops y de tabletas, además de considerar que los Smartphone son los dispositivos que más abundan para estos fines. Para el total de dispositivos que estarán conectados simultáneamente (300), se han dividido en 195 Smartphone, 70 tabletas y 35 laptops.

En la siguiente tabla se muestran las características de estos tipos de dispositivos genéricos.

Tabla No.1 Características de los dispositivos clientes.

Tabla No.2 Requerimiento de las aplicaciones.

Planificación de la red

Al implementar una Red Inalámbrica de alta densidad, se necesita un firme entendimiento de las características de frecuencia de radio y la capacidad de las bandas de frecuencia sin licencia que las Redes Wi-Fi utilizan.

a.) Capacidad espectral y planificación de canales.

La segmentación de los grupos de estaciones Wi-Fi en diferentes frecuencias hace que el dominio de colisión sea más pequeño, esto posibilita reducir la contención del medio a un grupo más pequeño de estaciones y aumenta la capacidad dentro de cada célula. En el diseño de la red inalámbrica las células contiguas utilizarán canales no adyacentes para reducir el riesgo de interferencia, también se tendrá en cuenta el solapamiento de las células para facilitar la itinerancia cliente y la reutilización de frecuencias es un aspecto importante en la banda de 2.4Ghz para minimizar la interferencia co-canal.

Debido a que la banda de 5Ghz ofrece mucha más capacidad espectral que la de 2.4Ghz, se escogerán canales de ambas bandas para minimizar las interferencias. Por tanto, de acuerdo a la Resolución No. 127/2011, Resolución No. 156/2011 y Resolución 14-09.13.163 del 2014 del Ministerio de Comunicaciones se han seleccionado en este diseño los canales 1, 6 y 11 en la banda de 2.4Ghz y los canales 149, 153, 157 y 161 de la banda de 5Ghz de la UNII-3. Esta selección permite una mayor separación entre los puntos de acceso que operan en el mismo canal y un mejor plan de reutilización de canales. [3-4]

b.) Ancho del canal.

El aumento de la anchura del canal es atractivo debido a que aumenta la velocidad de datos máxima y el rendimiento de los clientes. Se consideró el uso de canales de 20Mhz en la banda de 2.4Ghz por ser un área de alta densidad y canales de 40Mhz en la banda de 5GHz pero como la única banda posible a utilizar es la UNII-3 que posee 4 canales, si se escoge un ancho del canal de 40Mhz solo era posible utilizar dos canales en esa banda lo que trae como consecuencia demasiada interferencia, por lo que se consideró trabajar con canales de 20Mhz de ancho de banda, además los dispositivos cliente admiten los canales de esta banda.

c.) Dimensionamiento de los canales.

Cuando se diseña una red basada en capacidad se necesita que los clientes se conecten a puntos de acceso a las velocidades de datos más altas posibles para maximizar el rendimiento de las aplicaciones. El uso de altas velocidades de datos aumenta la eficiencia espectral al reducir la utilización del tiempo de emisión de cada cliente, el resultado es una mayor capacidad dentro de las células. Las especificaciones de los dispositivos en cuanto a sensibilidad del receptor establecen una fuerza de señal requerida para alcanzar varias velocidades de datos y varía entre los dispositivos, se establecerá una intensidad de señal mínima de -65dBm a – 67dBm por las especificaciones de la sensibilidad de los receptores con una señal a ruido de 20dB para lograr el mejor rendimiento especialmente para aplicaciones multimedia.

Este diseño reduce efectivamente el tamaño de la celda Wi-Fi en la que los clientes se asocian con los AP. Cuando los clientes se mueven más lejos de los AP la fuerza de la señal declina hacia el umbral de -67dBm, donde debe ser capaz de descubrir un AP alternativo que le pueda seguir proporcionando una señal suficientemente alta. Por lo que en este diseño las áreas de cobertura de cada AP proporcionarán solapamiento en o por encima de -67dBm. Se diseñará el solapamiento celular entre AP vecinos en diferentes canales a

-67dBm aproximadamente y se desarrollará un plan de canales que minimiza la interferencia co-canal entre los puntos de acceso en el mismo canal por debajo de -85dBm.

d.) Selección de los puntos de accesos.

La selección del equipamiento adecuado es importante para alcanzar los niveles de cobertura y capacidad deseados, basados en las características del lugar y la capacidad de los clientes. Con el objetivo de ofrecer un rendimiento adecuado sin necesidad de adquirir AP con características que los dispositivos cliente no puedan utilizar, se escogerán AP dual- band para proporcionar cobertura a los clientes tanto en 2.4Ghz como en 5Ghz. Por estas razones el modelo escogido para los AP es el WA251DK-NE para exteriores de HUAWEI, teniendo en cuenta que estos son los que dispone ETECSA para estos proyectos.

Fig. 3. AP WA251DK-NE de HUAWEI.

A continuación se presentan las características principales del AP.

• Dimensiones (HxWxD): 320mm x 320mm x 81mm.

• Peso: 3kg. (sin los accesorios de instalación)

• Compatible con IEEE 802.11 a/b/g/n.

• Uso de módulos RF dual-band y tecnología 3×3 MIMO-OFDM, para proveer velocidades de hasta 450Mbps.

• Provee cobertura de alta potencia en exteriores, cubriendo una amplia área de cobertura y altas velocidades de transmisión.

• Permite direccionamiento IP estático y DHCP para satisfacer varias situaciones.

• Soporta autenticación Open System incluyendo encriptación y una variedad de métodos de autenticación, tales como WAP, WEP y WEP2.

• Presenta un índice de protección IP66 contra el polvo y la humedad.

• Temperatura de trabajo: -40°C a +55°C.

• Compatible con el estándar de potencia 802.3at PoE.

• Antenas integradas de alta ganancia (MIMO): 12dBi (2.4Ghz) y 14.5dBi. (5Ghz)

• Potencia de Tx máxima: 24dBm/250mW.

Arquitectura de la red

La red tendrá una arquitectura tipo infraestructura la cual estará conformada por tres capas: la capa de acceso, la capa de agregación y el núcleo. Se tendrá en cuenta solo la capa de acceso debido a que se propone su diseño por ser la que conecta a los usuarios finales a la red.

Fig. 4. Capa de Acceso.

La CAPA DE ACCESO estará conformada por los puntos de acceso conectados al SWITCH de acceso (utilizando el puerto PoE), los cuales conformarán los sub nodos que estarán conectados a la Red de Transporte de ETECSA a través de Fibra Óptica. Estos sub nodo además de poseer el SWITCH de acceso PoE al cual se le conectan los AP por el puerto FAST ETHERNET, están equipados con una UPS al que se conectan los equipos para protección contra fallos eléctricos y para permitirles operar el mayor tiempo posible en caso de pérdida de la alimentación en el local y un ODF a donde llegará la Fibra Óptica.

Un Distribuidor Óptico (ODF) se utiliza principalmente para conectar y programar fibras y cables ópticos, es aplicable a las intersecciones de fibras entre una red y los dispositivos de transmisión óptica, así como entre los cables ópticos de las redes de acceso. El ODF se conecta al SWITH a través del puerto GE-SFP del mismo, para la ubicación de estos sub nodos hay que tener en cuenta algunos requisitos que impone ETECSA para su instalación el local debe ser estatal, debe contar con respaldo energético, debe tener un sistema de tierra, a este lugar debe llegar la Fibra Óptica de ETECSA, debe haber disposición por parte de los encargados del lugar a responsabilizarse por estos equipos, debe contar con un clima favorable para el buen desempeño de los mismos y con la seguridad adecuada.

Teniendo en cuenta estos requisitos y que los AP conectados a estos SWITH no deben estar a más de 100m del mismo por especificaciones del fabricante y por la norma del cableado UTP inicialmente se habían propuesto la creación de dos sub nodos, uno en el Hotel Iberostar Parque Central y el otro en el cine Payret, pero debido a que algunas distancias superan los 100m y resulta inviable el despliegue del cableado cruzando la calle Prado por la altura de las edificaciones presentes, se propone la creación de un tercer sub nodo en el Hotel Inglaterra, a modo de resumen, los sub nodo quedaron de la siguiente forma:

• Sub nodo 1 (Sn1): Ubicado en el Hotel Iberostar Parque Central.

• Sub nodo 2 (Sn2): Ubicado en el cine Payret.

• Sub nodo 3 (Sn3): Ubicado en el Hotel Inglaterra.

Los equipos seleccionados para la conformación del sub nodo teniendo en cuenta lo que dispone ETECSA son los siguientes:

Tabla No.3 Equipos del sub nodos.

Estos son los principales equipos que componen el sub nodo, pero además existen otros materiales como expansiones mecánicas M6x70 para fijar el gabinete a la pared, bridas, canaletas, tape de goma, tomas de corriente, cables eléctricos, barra de tierra y cable aislante verde y amarillo; estos se deben tener en cuenta a la hora de la instalación del sub nodo.

A continuación se muestra una figura representando las conexiones en el sub nodo.

Fig. 5. Conexiones en el Sub nodo.

Inspección del sitio

Previo a las consideraciones de diseño se realizó una inspección del sitio con el propósito de entender las características de propagación de RF en el ambiente donde será desplegada la red. Además esta inspección tuvo como objetivo el análisis de los puntos de acceso que operan dentro del rango de cobertura, el canal en que trabajan y la medida de la fuerza de la señal recibida por estos. Esto permite una mejor asignación de frecuencias para evitar la interferencia co-canal y de canal adyacente. Para la realización de esta inspección se utilizó el SOFTWARE Acrylic Wi-Fi Free de monitorización de Redes Wi-Fi para sistemas Windows. Este programa permite analizar e identificar el funcionamiento de las Redes Inalámbricas 802.11a/b/g/n/ac en tiempo real. [5]

Fig. 6. Acrylic Wi-Fi.

A continuación se muestran las redes detectadas en el área del Parque Central, los canales en donde trabajan y la fuerza de la señal entre otras características.

Fig. 7. Captura frente al Boulevard San Rafael.

Frente al Boulevard de San Rafael se puede apreciar que la intensidad de la señal de la Red Wi-Fi del Hotel Inglaterra no es tan débil y están presentes los canales 1 y 11 por lo que sería conveniente utilizar el canal 6 si se ubicara un AP en esta zona. Todas las demás señales son muy bajas por lo que no afectarán en el planeamiento de canales.

Fig. 8. Captura frente al Hotel Iberostar Parque Central.

Frente al Hotel Iberostar Parque Central se detecta un solo AP perteneciente al mismo hotel con una intensidad de la señal no tan débil y trabajando en el canal 1, por lo que sería conveniente utilizar el canal 6 ó 11 si se ubicara un AP en esta zona, todas las demás señales son muy bajas por lo que no afectarán en el planeamiento de canales.

Fig. 9. Captura frente al Hotel Telégrafo.

Frente al Hotel Telégrafo sucede lo mismo que en el Hotel Iberostar Parque Central.

Cálculo de la capacidad y cantidad de ap

Una vez que han sido identificados los requerimientos en cuanto a dispositivos cliente y aplicaciones, se pronosticará la cantidad de AP a utilizar en este diseño. Este pronóstico se deriva de la estimación de la sobrecarga de la red (basado en el tiempo de emisión) requerido por cada dispositivo cliente para alcanzar el nivel de throughput de una aplicación determinada. Esto está representado como un porcentaje del tiempo de emisión que será consumido por dispositivo en un radio del AP, con la suma del total de clientes se pronosticará la capacidad y los AP requeridos para soportar todos los clientes simultáneamente. [5]

Primeramente se calcula el porciento del tiempo de emisión consumido por un tipo de dispositivo. Para este cálculo se realizó una aproximación del uso de la red, asignándole a un tipo de dispositivo dependiendo de sus características, un tipo de aplicación. A los SMARTPHONE se le asignó búsqueda WEB, las tabletas corriendo video streaming SD y las LAPTOPS con aplicaciones de cursos y pruebas online. Esto significa que de las 300 personas que estarán conectados simultáneamente, los 195 SMARTPHONE estarán corriendo una aplicación WEB, las 70 TABLETAS estarán corriendo un streaming de video SD y las 35 LAPTOPS estarán corriendo alguna aplicación de cursos online, el cálculo del tiempo de emisión se realiza a través de la siguiente fórmula.

Después se multiplica la cantidad de dispositivos (por cada tipo de dispositivos) por el porciento del tiempo de emisión requerido por estos individualmente y se divide entre el 80%, que es el porciento de utilización al cual un canal Wi-Fi se satura y a continuación se muestra esta fórmula.

Al final se suman la cantidad de AP radios necesarios por cada tipo de dispositivos para hallar el total, a continuación se realizan los cálculos para pronosticar la cantidad de AP.

Tabla No.4 Dispositivos clientes con la aplicación asignada.

Para los SMARTPHONE, utilizando la fórmula:

Consume un 2.5% del tiempo de emisión.

Utilizando la fórmula 3.3 hallamos la cantidad de canales de radio del AP para los SMARTPHONE con una aplicación de búsqueda WEB.

Se necesitan 7 canales de radio del AP.

Los cálculos para las TABLETAS y LAPTOPS se omitirán y se mostrarán los resultados finales.

• Para las TABLETAS: Se consume un 3.75% del tiempo de emisión y se necesitan 4 canales de radio del AP.

• Para las LAPTOPS: Se consume un 3.75% del tiempo de emisión y se necesitan 2 canales de radio del AP.

Sumando los canales de radio del AP se tiene un total de 13 pero al usarse puntos de acceso dual-band se necesitarán la mitad de estos, o sea, 7 AP.

Ubicación de los AP

Previo a la simulación se deben ubicar los AP teniendo en cuenta que no deben estar a más de 100m de un sub nodo y las características del lugar que permitan su ubicación minimizando el impacto visual, según los resultados arrojados en la inspección del sitio, los lugares más adecuados para la colocación de los AP son los siguientes.

• AP1 estará ubicado en el semáforo de la esquina de Prado y Neptuno al costado del Hotel Iberostar Parque Central, conectado al Sn1 a no más de 60m aproximadamente dependiendo en que local del hotel se ubique el subnodo.

• AP2 estará ubicado en la fachada entre el Hotel Telégrafo y el Hotel Inglaterra conectado al Sn3 a no más de 50m aproximadamente dependiendo en que local del hotel se ubique el sub nodo.

• AP3 estará ubicado en la fachada del Gran Teatro de La Habana a mediados de cuadra conectado al Sn3 a no más de 85m aproximadamente, dependiendo en que local del hotel se ubique el sub nodo.

• AP4 estará ubicado en el semáforo de la esquina de Obrapía y Prado en la acera del cine Payret, conectado al Sn2 a no más de 70m aproximadamente, dependiendo en que local del cine se ubique el sub nodo.

• AP5 estará ubicado en el poste de alumbrado de la esquina de Obrapía y Agramonte conectado al Sn2 a no más de 70m aproximadamente,dependiendo en que local del cine se ubique el sub nodo.

• AP6 estará ubicado en el poste de alumbradoque se encuentra en el paso peatonal de la calle Agramonte

  en la esquina del Museo de Bellas Artes conectado al Sn2 a no más de 100m aproximadamente dependiendo en que local del cine se ubique el sub nodo.

• AP7 estará ubicado en el poste de alumbrado que se encuentra en la esquina de la calle Agramonte y Neptuno (en la esquina del Hotel Manzana), conectado al Sn1 a no más de 60m aproximadamente dependiendo en que local del hotel se ubique el sub nodo.

En la siguiente tabla se resume la ubicación geográfica de los AP y otras características.

Tabla No.5 Ubicación de los AP.

Fig. 10. Ubicación física de los AP.

Simulación

Para la SIMULACIÓN de una Red Wi-Fi se ha empleado el SOFTWRE Ekahau Site Survey (ESS) en su versión 7.6.4, esta herramienta permite el despliegue y mantenimiento de Redes Wi-Fi de alto rendimiento, a continuación se muestran sus características. [6]

Ø 802.11a/b/g/n/ac.

• Planificación para determinar el número óptimo y la ubicación de los puntos de acceso.

• Sistema rápido y preciso para garantizar la cobertura de la red y el rendimiento.

• Visualización, análisis y optimización de la Red WIRELESS e informes automatizados.

Fig. 11. Ekahau Site Survey.

Hay que tener en cuenta que las simulaciones realizadas son una estimación, pero cuanto mejor se realicen todas las medidas, más se aproximará la simulación con la realidad. Primeramente se añade el mapa del sitio de interés, para poder introducirle el área de cobertura, las zonas de atenuación y ubicar los AP. Para esto es necesario ubicar dos puntos en el mapa e introducir la distancia real entre ellos para crear una escala.

Para mejorar la inspección del sitio anteriormente realizada, se empleó este SOFTWARE para medir las señales presentes en el lugar que podrían causar interferencia. Para la realización de esta tarea se activa el adaptador inalámbrico del dispositivo disponible (en este caso una laptop), se selecciona

Fig. 13. Estadística de la inspección del sitio.

En el área de cobertura dentro de la cual se medirán todos los parámetros de la red, se dibujan las zonas de obstrucción de la señal como las edificaciones y los árboles, introduciendo la altura de las mismas y sus valores de atenuación, seguidamente se busca el AP escogido (WA251DK-NE de HUAWEI), ubicándolos en los lugares seleccionados anteriormente para su posterior configuración.

Los canales fueron configurados teniendo en cuenta la distancia física entre los mismos con el propósito de reducir al la herramienta "Record Survey"y se camina máximo la interferencia co-canal y de canal adyacente, alrededor del sitio dando clic en el lugar del mapa donde se encuentre. De esta forma el programa recrea las zonas de ruido e interferencias detectadas en la figura siguiente se muestra el recorrido realizado en el Parque Central (flechas verdes) y los lugares donde existen señales interferentes por encima de -90dBm.

Fig. 12. Inspección del sitio.

En la siguiente figura donde se visualiza la estadística de la inspección del sitio se puede apreciar como la interferencia/ruido es muy baja en esta zona (solo de -90dBm a -85dBm en el 35.1% del área de cobertura y de -85dBm a – 80dBm solo en el 7.2%) por lo que no afectará mucho en el despliegue de la red. además se tuvo en cuenta la inspección del sitio realizada anteriormente. El grado de inclinación de los AP fue establecido después de la realización de pruebas, teniendo en cuenta que se desea que aproximadamente el 100% de la zona tenga una intensidad de señal de -67dBm o mejor, pero con la máxima inclinación para reducir la interferencia co-canal, por lo que esta inclinación reduce el tamaño de las celdas de cada AP. La potencia de transmisión de los AP fue establecida teniendo en cuenta que la red soportará dispositivos de baja potencia, tales como Smartphone y tabletas para asegurar una comunicación bidireccional exitosa entre el AP y el cliente. Cuando la potencia de los AP es mucho mayor que la de los clientes, el enlace inalámbrico puede estar desbalanceado y provocar errores y retransmisiones de datos. [6]

Fig. 14. Configuración del canal, potencia, altura e inclinación del AP.

Fig. 15. Vistas del AP en sus 2 bandas.

En la figura siguiente se muestra como queda el escenario con las distintas zonas de atenuación y los AP.

Fig. 16. Escenario para la simulación.

Luego se introducen los requerimientos de la red en cuanto a cobertura y capacidad como se muestra a continuación. [6]

Fig. 17. Requerimientos de la cobertura.

La fuerza mínima de la señal estará en -67dBm como se dijo anteriormente porque alrededor de este valor se encuentra la sensibilidad del RECEPTOR para alcanzar velocidades del estándar g en lo adelante. Además para un diseño orientado a capacidad se requiere que los dispositivos clientes estén conectados a un AP con la mayor intensidad de la señal posible debido a que se necesitan velocidades de datos lo más altas posibles para maximizar el rendimiento de las aplicaciones.

Para el diseño de alta densidad, los clientes deben tener fuerte intensidad de la señal y una alta SNR que les permite usar altas velocidades de datos el mayor tiempo posible, por lo que se escogió 20dB de SNR. También se configurará un índice bastante alto de velocidad mínima para animar a los clientes a moverse de forma más agresiva a los puntos de acceso con una señal lo suficientemente fuerte y evitar que clientes con estándares muy atrasados como el 802.11b sean una limitante en la red, por lo que se introdujo una velocidad mínima de 18 Mbps. [6]

Además se diseñará para un número mínimo de AP audibles de 2 a una intensidad de señal mínima de -75dBm y un máximo de AP audibles en el mismo canal de 3 a una intensidad de señal mínima de -80dBm. Los otros requerimientos, como RTT y porciento de paquetes perdidos, se obtuvieron para una alta disponibilidad y velocidad de la red pero no pudieron ser vistos porque no se realizaron pruebas de conectividad. Con la introducción de estos requerimientos en el programa, se busca que la simulación de la infraestructura de la red inalámbrica desplegada posibilite un alto rendimiento. Posteriormente con la comprobación de los resultados se verá si se cumplieron estos requerimientos.

Fig. 18. Requerimientos de capacidad.

Resultados finales

El ESS realiza un reporte con los resultados de la simulación del cual se expondrán los aspectos de interés.

Fig. 18. Fuerza de la señal.

La figura anterior muestra la intensidad de la señal (cobertura) la cual se encuentra por encima de -67dBm (de acuerdo a los requisitos establecidos) en toda la zona de cobertura, solo se encuentra por debajo de este valor en lugares detrás de los AP. En la figura siguiente se muestra la estadística de este parámetro, donde se refleja el porciento de la zona de cobertura con una intensidad de señal determinada.

Fig. 19. Estadística de la Fuerza de la señal.

La figura siguiente muestra cómo quedan las células de cobertura bien definidas de acuerdo a la distribución de canales realizada en los AP (en 2.4Ghz que es el peor caso por tener 3 canales solamente). Se puede apreciar cómo las células de cobertura que trabajan en la misma frecuencia (zonas con mismo color) no llegan a mezclarse, esto evita la interferencia co-canal.

Fig. 20. Células de cobertura en 2,4Ghz.

La siguiente figura muestra el solapamiento de canales iguales, o sea, ofrece una idea de la interferencia co-canal. Este parámetro indica el número de AP audibles en cada locación en un mismo canal.

Fig. 21. Solapamiento de canales iguales.

Fig. 22. Estadística del solapamiento de canales iguales.

Fig. 23. Interferencia/Ruido.

En la figura anterior se aprecia que la interferencia/ruido (incluyendo la de los AP) que hay en la zona es baja. En la siguiente figura se muestra cómo las señales interferentes con una intensidad entre -80dBm a -65dBm solo ocupan el 5.5% del área de cobertura. Existen algunas zonas con valores por debajo de -80dBm pero esta interferencia es muy baja.

Fig. 24. Estadística Interferencia/Ruido.

En la siguiente figura se puede observar que en más del 90% de la zona la relación señal a ruido estará por encima de los 20dB que fueron establecidos en los requerimientos.

Fig. 25. Relación Señal a Ruido. (SNR)

Los resultados en cuanto a velocidad de datos arrojaron que en el 92.5% de la zona de cobertura estará aproximadamente entre 126Mbps y 134Mbps. Solo en el 0.3% de la zona estará por debajo de la velocidad mínima establecida de 18Mbps. Así mismo el throughput estará aproximadamente en 100Mbps en más del 90% de la zona, estos resultados se ilustran en las figura 20.

Fig. 26. Velocidad de Datos y Throughput.

Conclusiones

Con la realización de este trabajo se ha podido indagar en las tecnologías actuales de redes inalámbricas, lo que permitió estudiar las diferentes variantes existentes y la elección de la más conveniente para nuestro país. La elección del estándar 802.11n respondió a las posibilidades tecnológicas de la sociedad y con esto a una implementación que estuviera acorde al desarrollo de nuestro país, siendo mucho menos costosa que la utilización de tecnologías más avanzadas.

Las características de la zona y el estudio de la propagación inalámbrica en exteriores permitió la realización de un diseño que minimizara al máximo la atenuación de la señal y evitara la interferencia y el ruido con una planificación adecuada de canales y una correcta configuración de los puntos de acceso.

El análisis del equipamiento necesario para este proyecto, teniendo en cuenta los estándares utilizados y la disponibilidad de ETECSA, permitió la elección de equipos que brindaran las características esperadas de rendimiento, capacidad y cobertura minimizando el costo total del proyecto.

La propuesta de creación de sub nodos en la capa de acceso fue necesaria debido a limitaciones en los puntos de acceso, sin embargo, a pesar de la necesidad de equipos para estos sub nodos, esto permite que el rendimiento de la red y las velocidades de conexión sean altas por tener una infraestructura cableada.

Todo el diseño fue validado a través de una herramienta informática que nos permitió predecir el comportamiento de la red y corregir errores. A pesar de las limitaciones que impone una versión de evaluación, a partir de este software se pudo concluir que la red diseñada brinda cobertura al 100% de la zona de interés con intensidad de señal suficiente para cubrir las expectativas en cuanto a cantidad de usuarios. Además se arrojaron resultados aceptables en cuanto a solapamiento de celdas, permitiendo la realización de ROAMING entre los clientes. Debido a que no se pudieron hacer pruebas con los equipos instalados, algunos aspectos de conectividad que brinda el programa no pudieron ser analizados.

En general el proyecto tiene un costo aceptable lo que pudiera ser aún más bajo con la creación de Redes MESH o la implementación de WDS (Sistema de Distribución Inalámbrico), lo que reduce un poco el rendimiento de la red, pero se ahorraría en el cableado, los equipos y en la instalación de los sub nodos. Las futuras tarifas del servicio permitirán el amortiguamiento de la inversión inicial del proyecto a largo plazo.

Referencias

• [1] Nagy, A.v., Aerohive Design & Configuration Guide High- Density Wi-Fi, 2013: Sunnyvale, California.

• [2] Rodríguez, W.L., Autorización para el empleo de las bandas de frecuencias de 5150 a 5350 MHz y de 5470 a 5725 MHz, 2014: La Habana, Cuba.

• [3] Toledo, M.D., RESOLUCIÓN No. 127/2011, 2011: La Habana, Cuba.

• [4] Toledo, M.D., RESOLUCIÓN No.156/2011, 2011: La Habana, Cuba.

• [5] Introduction to ESS. 2014; Available from: http://docs.ekahau.com/index.php/Introduction.

• [6] Starting to work with Ekahau Site Survey. 2014; Available from: http://docs.ekahau.com/index.php/Starting_to_work_with_Eka hau_Site_Survey.

Autor:

MSc. Maytée Odette López Catalá(1)

MSc Ángel Armando González Rodríguez(2)

MSc.María del Carmen Guerra Martínez(3)

Ing. Saúl Ramiro Izaquirre Leach.(4)

Ing. Rangel Chirino Torres(5)

Ing. Alberto Rodríguez Bravo.(6)

(1) Especialista A en Telemática ETECSA-CDNT

(2) Jefe Centro de Dirección DVLH

(3) Profesora Asistente ISPJAE

(4) Especialista Principal ETECSA