Criterios Técnicos Para El Diseño e Imolementación de Redes Wi-fi en Malla Como Soución de...

8/19/2019 Criterios Técnicos Para El Diseño e Imolementación de Redes Wi-fi en Malla Como Soución de Acceso [Noguera Pa…

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Resumen

Actualmente, los servicios de bandaancha se han convertido en una excelentey rentable oportunidad para los actuales yfuturos ISP’s y WISP’s, los cuales buscana través de nuevas tecnologías de gran co-bertura, pero además de bajo costo, llegara zonas de difícil acceso, especialmente alas zonas rurales; y aunque actualmentese cuenta con tecnologías inalámbricascomo WIMAX y Wi-Fi para ello, no hasido posible lograr este propósito con unalto grado de efectividad, ya sea por loselevados costos que implica su implemen-tación o también por las limitaciones dela misma tecnología. Debido a esto, sebusca atenuar el problema desplegandoredes inalámbricas en malla (WMN por sussiglas en Inglés) bajo la tecnología Wi-Fiy presentarla como una alternativa tecno-

lógica y económicamente viable, capaz decompetir con otras tecnologías de accesoa banda ancha disponibles en el mercadode las telecomunicaciones.

Palabras clave

Redes Wi-Fi en malla, WNM, VoIP, STP,HWMP, Radiomobile, ISP’s, WISP’s, Wi-Fi.

Abstract

Currently, broadband services have become an excellentand profitable opportunity for current and future ISP's andWISP's, which seek through new technologies of greatcoverage but also low cost, to reach inaccessible areas,especially to rural areas, and although currently has wire-less technologies such as WiMAX and Wi-Fi, it has notbeen possible to achieve this purpose with a high degreeof effectiveness, either by the high costs involved in itsimplementation and also by limitations of the technologyitself. Due to this it is looked for to attenuate the problemdeploying wireless mesh networks (WMN) under thetechnology Wi-Fi and to present it like a technological

Recibido: abril de 2009

Arbitrado: agosto de 2009

Criterios técnicos para el

diseño e implementación de redes wi-fi en malla como solución de acceso bandaancha en zonas rurales Technical criteria for the design and implementation of wi-fi

mesh networks as a solution in broadband access in rural areas

Rubén Darío Noguera Paz*, Pedro Alexander Solarte Varney**, Guefry Agredo Méndez***

* Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones. Universidad del Cauca. Actualmentese desempeña como consultor asociado en diseño y planeación de redes inalámbricasen las empresas Cyberexito Ltda e Ingenio Global Ltda. Áreas de Interés: Wi-Fi,WiMAX, redes en malla, diseño y planeación de redes inalámbricas. e-mail: [email protected]

** Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones. Universidad del Cauca. Actualmentetermina estudios de Ingeniería Física en la Universidad del Cauca desarollando supasantía en el CCCP como coordinador del proyecto “Desarrollo de un sistemainalámbrico de detección temprana de tsunami para el Centro de Alerta de Tsunami

empleando sensores de presión” se desempeña además como consultor asociado enla planeación, diseño e instalación de sistemas fotovoltaicos y eólicos y como joveninvestigador para el grupo de Física de Bajas Temperaturas del Departamento deIngeniería Física de la Universidad del Cauca en el “Diseño de módulos solares de altorendimiento para dispositivos portátiles”. Áreas de Interés: Wi-Fi, WiMAX, gestiónde redes, sistemas de energía alternativa, optoelectrónica y física del estado solido.e-mail: psolarte@ unicauca.edu.co

*** Docente de la Facultad de Ingeniería Electrónica y de Telecomunicaciones de la Uni-versidad del Cauca. Magíster en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidaddel Cauca. Investigador del Grupo de I+D en Nuevas Tecnologías en Telecomunica-ciones (GNTT) adscrito al Departamento de Telecomunicaciones. Áreas de interés:comunicaciones inalámbricas, Voz sobre IP, servicios de Internet. e-mail: [email protected].


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Revista de la Facultad de Ingeniería • Año 10 • N.° 20, julio-diciembre de 2009

and economically viable alternative, able to compete withother available technologies of broadband access in thetelecommunications market.

Keywords

Wi-Fi, MAP, WNM, VoIP, STP, Radiomobile, ISP’s,WISP’s, Wi-Fi.

Este trabajo fue financiado por el proyecto “Análisis, uso,adecuación y apropiación de servicios sobre tecnologíasinalámbricas en zonas de difícil acceso de las poblacionesindígenas del Cauca Andino” financiado por el programaFRIDA y la Universidad del Cauca.

Introducción

En Colombia, la necesidad de acceso a Internet bandaancha, así como a los servicios, que ésta ofrece, se hanconvertido en un recurso tecnológico imprescindible enla mayor parte de la población; sin embargo, factoresgeograficos, económicos y demográficos, no permitenque muchas poblaciones, especialmente las zonas ru-rales, puedan acceder a tales servicios o si son viables.Su costo resulta ser muy alto como ocurre con el accesosatelital, contrario a lo que sucede en las zonas urbanas.Tales factores hacen que la brecha tecnológica siga siendo

muy marcada pese a los esfuerzos realizados por otrastecnologías de acceso inalámbrico, como Wi-Fi y WiMAXprincipalmente.

Como respuesta a esta necesidad, se plantean lasredes Wi-Fi en malla como una alternativa que buscaofrecer servicios banda ancha a la población de las zonasalejadas, la cual no es atendida por los ISP’s o WISP’sexistentes; sin embargo, la novedad de esta tecnología yel poco conocimiento de la misma, han obligado a generarun conjunto de criterios técnicos que faciliten, en primer

lugar, el adecuado despliegue de la WMN y, en segundolugar, que sirva de referencia a los proveedores de acceso aInternet que buscan ingresar a nuevos mercados y ampliarsu capacidad de suscriptores.

En el proyecto, que ha sido base para la generación deeste artículo, se plantean los criterios técnicos que debenser tenidos en cuenta al momento de diseñar e implementar

una red Wi-Fi en malla para ofrecer serviciosbanda ancha teniendo como base los muni-cipios de Piendamó en el departamento delCauca y el corregimiento de El Carmelo enel departamento del Valle del Cauca, consi-

derando que hasta el momento no se tieneconocimiento de una guía que permita eldespliegue de este tipo de redes y más aúnen las zonas rurales de Colombia.

Características de las redes

inalámbricas en malla

Actualmente, las redes inalámbricas deárea local (WLAN) se implementan para

que los usuarios móviles accedan a la redfija, permitiendo que clientes asociados alos APs, puedan desplazarse libremente alo largo de una oficina o cualquier otro sitiodentro del área de cobertura. En este tipode redes, el trayecto end to end se logra através de un solo salto, razón por la cuallos clientes asociados al AP necesitan estardentro de su rango de cobertura para asípoder tener conectividad. Sin embargo, paralograr una amplia cobertura, un gran número

Access Points fijos necesitan desplegarse yser conectados al backbone o backhaul, locual hace que el despliegue de una WLANextensa sea muy costoso y demande muchotiempo. Es por ello, que aparecen las WMNscomo una alternativa que ofrece coberturainalámbrica en áreas grandes, sin confiar enla infraestructura de un backbone cableadoo en el uso de APs dedicados. En este es-cenario, un grupo de routers mesh ofrecenred a clientes inalámbricos y permiten que

la comunicación entre el grupo de routersse lleve a cabo, no por uno, sino a travésde múltiples saltos [1].

Teniendo en cuenta lo mencionado an-teriormente, se describen a continuaciónlas características más importantes de lasWMNs.


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Criterios técnicos para el diseño e implementación de redes wi-fi en malla como solución de acceso banda ancha en zonas rurales • p. 15-34

• Son redes inalámbricas multisalto: unode los propósitos al desplegar WMNses extender el rango de coberturade las redes inalámbricas actualessin comprometer la capacidad del

canal, así como también facilitar laconectividad entre usuarios que estándesprovistos de enlaces con línea devista directa. Para cumplir con estosrequerimientos, la red inalámbricadebe contar con múltiples saltos,logrando así un alto throughput, bajainterferencia entre nodos y rehusoefectivo de frecuencias y garantizarun ancho de banda elevado.

• Capacidad de autoformación, auto-diagnóstico, y autoorganización: estacaracterística permite a las WMNsincrementar el desempeño, garantizarel fácil despliegue, fácil configuración,baja tolerancia a fallos y conectividadde la malla para comunicaciones multi-punto a multipunto.

• Compatibilidad con redes inalámbri-cas existentes: las WMNs basadas

en tecnologías IEEE 802.11 debenser compatibles con los estándaresIEEE 802.11, para soportar a losclientes convencionales Wi-Fi. Deigual forma, las WMNs tambiénpueden hacer uso de otras redes ina-lámbricas como son WiMAX, Zigbeey redes celulares.

• Robustez: las WMNs son más robus-tas que las redes de un solo salto,

debido a que no dependen del des-empeño de un solo nodo para su ope-ración. En las redes de un solo salto,si el único punto de acceso está fuerade servicio, también lo está la red.En la arquitectura de red mallada, siel MAP más cercano está fuera deservicio o existe interferencia local, la

red continúa operando; simplemente se dirigen losdatos a través de una ruta alterna. El uso de variasrutas para entregar los datos, aumenta el ancho debanda eficaz de la red.

Funcionamiento de las redes inalámbricas enmalla

Una red en malla está compuesta por una colección denodos que se comunican entre sí de manera directa. Si noexiste una entidad central que los controle [2], el modode operación se conoce como Distribuido, pero puedeexistir una entidad central que administre las condicionesde operación de la red, en cuyo caso se conoce comoCentralizado.

Un aspecto fundamental del funcionamiento de lasredes en malla, es que la comunicación entre un nodo ycualquier otro puede ir más allá del rango de coberturade cualquier nodo individual. Esto se logra haciendoun enrutamiento multisalto; es decir, que si un par denodos desean comunicarse entre sí, pueden hacerlo através de nodos intermedios presentes en la ruta. Estoes importante si se compara con las redes inalámbricastradicionales, donde los nodos deben de estar dentro delrango de cobertura de la estación base y sólo se pueden

comunicar con otros nodos mediante los AP, que a su veznecesitan de una red cableada para comunicarse entre sí.Con las redes en malla, la conexión directa a la estaciónbase no es una limitación, ya que existe un nodo centralcon conexión a Internet llamado Gateway. En esta redmallada cada MAP no sólo opera como un host, sinotambién como un router, retransmitiendo los paquetesen nombre de otros nodos que no se encuentren dentrodel rango de transmisión de la Gateway.

Principales métricas de enrutamiento para las

redes inalámbricas en malla

Los protocolos de enrutamiento calculan o descubrenlas rutas de menor peso o costo entre el nodo origen y elnodo destino. El costo o peso está definido a través de lasmétricas de enrutamiento [3], [4], [5], [6], [7]. Cada rutatiene una métrica y generalmente es la suma de todos lospesos de los enlaces presentes en la misma.


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Principales protocolos de enrutamiento para

las redes inalámbricas en malla

Los protocolos de enrutamiento se desempeñan muy bienen las redes MANET (Mobile Ad Hoc Network); es decir,cuando sus nodos son estaciones móviles y la topología dela red cambia constantemente; por lo tanto, tienen funcio-nalidades de enrutamiento a nivel 3. Sin embargo, para elcaso de las WMNs fijas (las cuales no tienen movilidad ysus rutas varían con menor frecuencia), este tipo de proto-colos no son los más adecuados, ya que estas redes estáncompuestas por MAPs y STAs, los cuales son dispositivosde nivel 2, incapaces de decodificar el paquete IP.

Protocolo híbrido de malla inalámbrica (HYBRID WIRELESS

MESH PROTOCOL, HWMP)

HWMP, es un protocolo de enrutamiento híbrido; esdecir, contiene componentes de enrutamiento reactivocomo también componentes de enrutamiento proactivo.

HWMP usa números de secuencia destino de maneraordenada, con el fin de detectar datos anteriores o pérdi-da de información de enrutamiento. Si la información deenrutamiento actual tiene un número de secuencia menorque el número de secuencia de la información almacenadapor el mesh point, se descartará por considerarse obso-

leta. Esto evita la formación de ciclos de enrutamiento yproblemas conocidos para los protocolos vector distancia,como son los conteos infinitos [8].

En HWMP, las entradas a las tablas de enrutamiento,como las rutas, tienen tiempos de vida asociado a ellas,lo cual significa que cuando el tiempo de vida haya termi-nado, las rutas no usadas automáticamente serán borra-das. Cada vez que las tramas de datos son transmitidasa través de las rutas o mediante mensajes de control deenrutamiento, el tiempo de vida asociado es reseteado.

Protocolo de enrutamiento a nivel mac “inteligente” para

redes inalámbricas en malla

Cada nodo posee una tabla de enrutamiento que contienela información de cada uno de los vecinos a un solo salto,a través del cual es posible alcanzar el nodo destino juntocon el peso de la ruta. Periódicamente, los nodos difunden

la información de sus tablas de enrutamientoa través de mensajes HELLO. Usando esosmensajes de refresco, cada nodo actualizasu tabla usando un protocolo de enruta-miento basado en el estado del enlace que

mantiene las direcciones de los próximossaltos para alcanzar un destino. Cada nodomemoriza el número de identificación delpaquete antes de reenviarlo, con el fin deevitar el problema del conteo infinito.

Cuando un AP envía un paquete a un APdestino “D”, éste busca la entrada “D” enla tabla de enrutamiento y elige el próximosalto asociado a la ruta de menor peso paraalcanzar “D”. En caso de que la ruta hacia

el próximo salto esté ocupada el AP, reali-zará la selección de una ruta alterna paraalcanzar a “D” [9].

Protocolo de expansión de árbol (SPANNING

TREE PROTOCOL, STP)

Este protocolo de nivel 2, construye unárbol de la topología de la red a partir decualquier dispositivo STP (router, switch uotros), el cual al momento de encenderse

tratará de convertirse en nodo raíz del ár-bol STP, mediante el envío de paquetes dedatos denominados BPDU (Bridge ProtocolData Unit) a través de todos sus puertos.La dirección del receptor del paquete BPDUes una dirección de un grupo multicast,esto permite al paquete BPDU atravesardispositivos no inteligentes, como hubs yswitches no STP [10].

Planteamiento del modelo de

trabajo propuesto para el diseño eimplementación de redes wi-fi en

malla, como solución de acceso

banda ancha en zonas rurales

Dentro de la planeación, diseño e imple-mentación de redes Wi-Fi en malla, se debe


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tener en cuenta el diagrama de bloquesde la Figura 1 [11]. En este modelo, cadaetapa posee una o más fases y cada fasea su vez está acompañada por un conjuntode actividades relacionadas; es decir, los

criterios técnicos, los cuales se describena continuacion. Teniendo en cuenta que nohay una guía general para el desarrollo delmodelo, se plantea uno en el cual las fasesy orden de las mismas se organizan deacuerdo a la experiencia adquirida por losautores en la realización de diseños, estu-dios e instalaciones de redes inalámbricas,para la prestación de servicios banda anchaen diferentes lugares de Colombia y paradiferentes empresas del sector1.

Figura 1. Diagrama de bloques del modelo de trabajo propuesto.

1 Diseño de red metropolitana inalámbrica para la prestacióndel servicio de Internet banda ancha: Empresa Regional deTelecomunicaciones del Valle (ERT), en las ciudades de Tuluáy Palmira (Valle del Cauca) con tecnologías WiMAX; CableUnion de Occidente S.A, en la ciudad de Tumaco (Nariño)red inalámbrica mallada; doble click E.U, en las ciudades deLa Unión y San Pablo (Nariño), Ingenio Global, en las ciudadesde Mocoa (Putumayo) y en el valle de Sibundoy.

Fase uno: definición del entorno de implementación del

sistema

Caracterización del área de cobertura

Conocer el área de cobertura dentro de la cual se

desplegará la red en malla, constituye una actividad im-portante dentro de la etapa de planeación de la misma,dado que permite estimar la cobertura total que tendrá elsistema. Las zonas rurales en general, hacen referenciaa pequeños grupos poblacionales alejados de las cabe-ceras. En Colombia, aún existen muchas poblacionesde este estilo que ameritan el acceso a Internet bajo latecnología propuesta y aunque hay otras como son lasatelital, Wimax y celular para llegar a estas zonas, losoperadores existentes las han descartado debido a labaja densidad de población, las ubicaciones remotas y

los altos costos de implementación.Recopilación de la información demográfica

El estudio demográfico permite identificar las zonascon mayor densidad de población y su distribución, tam-bién caracterizar a la población de acuerdo al númerode hogares, nivel educativo y el grado de desarrolloeconómico e industrial de la zona. Esta información esimportante, ya que permite proyectar el impacto y lademanda de servicios por parte de los habitantes de lazona, para así poder determinar qué tan viable resulta

desplegar la red bajo estas condiciones. Conocer ladistribución de la población en la zona de cobertura dela red Wi-Fi en malla, permitirá determinar la capaci-dad del sistema, debido a que su cálculo depende delnúmero de usuarios.

Selección de frecuencias de operación

Teniendo en cuenta las características de las redes Wi-Fien malla y las características de las zonas rurales, dentrode las cuales se implementará la red, es recomendablehacer uso de las bandas no licenciadas; en primer lugar,por tratarse de un recurso gratuito y, en segundo lugar, portratarse de una zona con baja interferencia, debido a la bajapresencia o ausencia de operadores inalámbricos en estaszonas que operen en tales bandas. Sin embargo, como setrata de un recurso compartido, es necesario consideraraspectos como la elección de las bandas de frecuenciade operación, técnica de asignación de canales, técnicasde modulación y control de potencia; además de ello, se


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deberán tener en cuenta las restricciones en cuanto a losniveles de potencia permitidos.

Servicios

Después de obtener la información demográfica, elegidala banda de frecuencias y definidas las zonas con mayordemanda de servicios banda ancha, como lo son los pues-tos de policía, puestos de salud, cabildos, cooperativas,entre otras, se hace necesario realizar un análisis de losdiferentes servicios que en algún momento pueden reque-rir los habitantes de una zona rural.

El principal servicio a ofrecer, es el de acceso a Internetbanda ancha, ya que es el servicio que menos complejidadpresenta al momento de su instalación, dado que requierede un punto de acceso a Internet, Gateway(s), torres,MAPs repetidores y CPEs cliente para recibir la señal. Otrode los servicios bandera que un WISP puede ofrecer, esel de VoIP (Voice Over Internet Protocol), empaquetandola voz en datos IP, como alternativa a las comunicacionestradicionales de voz, ofreciendo grandes beneficios a laszonas rurales, tales como la reducción de costos y serviciosadicionales, como PBX virtual y todas las funcionalidadesde una central telefónica convencional sin hacer uso dela RTPC, convirtiéndose por todos sus beneficios en elservicio preferido por los proveedores.

Fase dos: modelado del sistema

Capa de acceso

La capa de acceso Wi-Fi, tiene en cuenta un conjunto defactores que influyen en el diseño de las WMNs. Cobertu-ra, propagación de RF y problemas de interferencia, hacennecesaria una descripción detallada del sitio que permitala mejor ubicación de los MAPs, ubicación y selección deantenas, además de elegir el mejor esquema para el re-uso de frecuencia.

La adecuada disposición de los MAPs asegura el esca-lamiento, además las funcionalidades de los MAP, talescomo la autenticación, encriptación, compatibilidad conlos estándares 802.11 b/g y la asignación dinámica dedirecciones IP, hacen que se logre interoperabilidad conla mayoría de dispositivos cliente 802.11, por lo tanto losequipos 802.11 b/g son la elección más acertada para losusuarios en la capa de acceso.

Capa mallada

Idealmente una WMN multírradio en lacapa mallada se comporta como una redde swiche(s), puesto que cada interfaz secomunica directamente con otro radio deun MAP dedicado, permitiendo transmitiry recibir simultáneamente por diferentescanales, sin encontrar disputas por accederal medio, provocando redundancia de ca-minos para llegar a su destino; esta carac-terística multírradio, permite asumir, paraefectos de diseño, que son comunicacionesfull-dúplex; para este caso, cada MAP contres interfaces tendrán un throughput equi-valente a 3 interfaces, multiplicado por el

throughput de cada enlace.En muchos casos, la capacidad de la

capa mallada se limita a la capacidad dela Gateway. Para efectos de diseño, lasWMN multirradio en la capa mallada de-ben contar con requerimientos específicos,como lo son: throughput de cada punto apunto asociado a una modulación y a unasensibilidad específica, mantener un SOMa un valor promedio de 10 dBm; adicio-

nalmente, para un óptimo desempeño enlargas distancias, se hace necesario teneren cuenta modificaciones específicas enel nivel MAC, como la concatenación y elACKTimeout.

Capa de inyección

El propósito de la capa de inyección, esel de extender el backhaul para alcanzarlos MAPs hasta un punto de inyeccióncableado. El uso de una capa de inyec-

ción cableada o inalámbrica, trae comoconsecuencia un aumento en el tráfico dedatos, lo cual significa que cada punto deinyección se convierte en un posible cuellode botella para las WMNs; de ahí, que unaspecto clave en el diseño de la capa deinyección sea la confiabilidad y throughputdisponible en cada uno de sus enlaces


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Fase tres: modelado de la cobertura del

sistema

1. Definición del rango de cobertura y presu-

puesto del enlace

Hace referencia a la tabulación de todaslas ganancias y pérdidas experimentadaspor la señal de radio entre el transmisor y elreceptor. Para ello, ya se debe tener certezade los equipos a utilizar, debido a que se

necesitan los datos exactos de la potenciade salida del transmisor (Ptx), pérdidas dela línea de transmisión (Lltx), la ganancia dela antena (G) y la sensibilidad del receptorde acuerdo a la modulación (S), para calcu-lar el presupuesto del enlace. Estos datosson proporcionados por cada fabricantemediante las hojas de datos (datasheets),

que acompañan a cada dispositivo. Lo que se busca coneste paso, es determinar las máximas pérdidas permiti-das en el enlace (L) basado en las características de losequipos a utilizar, para posteriormente utilizar este datocomo uno de los parámetros de entrada en el modelo depropagación para calcular el radio de la celda.

2. Análisis de propagación y site survey

La utilización de modelos de propagación es un pasoobligado, si se quiere realizar un diseño lo más aproxima-do posible a la realidad, y en especial, en grandes áreasdonde es necesario determinar con la mejor exactitud elnúmero de gateways y MAP’s necesaria para brindar totalcobertura.

Un site survey es un proceso que se realiza de maneragradual, mediante el cual las personas encargadas derealizar el diseño de la red, descubren y registran el com-

Figura 2. Arquitectura de la red multicapa

cableados o inalámbricos. Como resultadode esto, los enlaces de inyección puedenrequerir torres dedicadas adicionales,

antenas de alta ganancia y demandar mucho trabajo enla ubicación de la antena y el avistamiento para lograrla confiabilidad del sistema.


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portamiento de las ondas de radiofrecuencia en la zonadonde se pretende dar cobertura. Su objetivo principal esasegurar una cobertura uniforme, que brinde un servicio decalidad a los usuarios de la red. La realización de un sitesurvey, proporciona una visión realista de cómo se com-

portaría la propagación de las ondas en las instalacionesdonde se piensa realizar el despliegue de la red.

Fase cuatro: modelado de la capacidad del

sistema

3. Identificación de la cantidad de usuarios potenciales

Este ítem se resuelve con la información demográficarecolectada en la primera fase. Básicamente, este datohace referencia a la cantidad de población dentro del

área de cobertura, que podrían convertirse en usuariospotenciales del servicio. Es claro, que no todas las perso-nas dentro del área de cobertura de la red serán usuariosdel sistema, por esto es necesario delimitar este dato auna cifra realista, ya que de éste saldrán los cálculos decapacidad del sistema.

4. Identificación del porcentaje de penetración

Este es un dato que se puede extraer de la informacióndemográfica recolectada. Es de destacar, que el nivel eco-nómico en determinadas regiones puede variar de acuerdoal estrato social, al nivel educativo de la población, entreotros; de tal forma que pueda estimarse la cantidad depersonas interesadas en adquirir alguno de los servicios.Esto se convierte en un factor favorable, puesto que elemplear encuestas en una zona rural demandaría tiempoy dinero.

5. Planeación de la capacidad

El propósito de la planeación de la capacidad es la deestimar la cantidad de usuarios potenciales que puede

soportar la red en malla, cada celda que la conforma y lacantidad de ancho de banda necesario en los puntos deinyección o gateways.

Para el cálculo de la capacidad de usuarios en una redWi-Fi en malla, debe tenerse en cuenta el ancho de bandasoportado por cada enlace punto a punto entre dos MAP’s,en general, su velocidad máxima varía entre 19 Mbps, 22

Mbps y 35 Mbps en equipos propietarios.Las WMN’s, basadas en múltiples radioscon soporte de concatenación y QoS,pueden soportar conexiones full dúplexdividendo cada radio de backahaul en dos

o más radios físicos, uno en cada dirección;esto habilita las conexiones simultáneas(full-dúplex) desde y hasta el transmisor.Adicionalmente, el ancho de banda de lamalla en backhaul se duplica y la latenciapor salto se mantiene predecible (debido ala reducción de contención en cada enlace),así como múltiples caminos para llevar lainformación hasta la Gateway, teniendo encuenta que el ancho de banda máximo nodebe sobrepasar el ancho de banda de la

Gateway, evitando así los cuellos de botella.

6. Tipos de servicio

En este ítem se deben definir los tiposde servicios que prestará la red Wi-Fi enmalla. Dentro de los servicios ofrecidos porla red de un proveedor de acceso, se debentener en cuenta los servicios soportados ylos diferentes niveles de calidad (QoS), asícomo también generar diferentes Acuerdos

de Nivel de Servicio (SLAs).7. Factor de sobre suscripción (OSR, Over

Subscription Rate)

El factor de sobresuscripción se basa enel principio que los usuarios no transmiteninformación a la máxima velocidad todo eltiempo y de manera simultánea. De estamanera se puede usar la multiplexaciónestadística para ahorrar recursos. El OSRpermite maximizar el número de usuarios

por Gateway en el dominio de colisiones,dando satisfacción a los usuarios del ser-vicio. La escogencia del OSR efectivo paracada servicio permite optimizar el rendi-miento de la totalidad de la WMN.

Por lo anterior el OSR depende del servi-cio proporcionado y varía generalmente de


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4:1 a 20:1. Algunos porcentajes de sobresuscripción pueden ser preferenciales (5%a 10%), básicos (10% a 15%) y VoIP (1 %),si se pretende dar servicio de telefonía a latotalidad de los usuarios potenciales.

8. Throughput promedio por usuario

Es importante determinar la demandapromedio requerida por usuario, de acuerdocon los tipos de servicio que se ofrecerán(CBR, VBR, BE), así como el porcentaje deusuarios asociados a cada uno de estos. Entérminos de capacidad TDD (Time DivisionDúplex) en la red de acceso se hace usodel throughput agregado, que consiste enla suma de los dos flujos, puesto que secomparte un mismo canal.

9. Throughput total de la WMN

El objetivo de este punto, es el de estimarla demanda de capacidad exigida a la mallade acuerdo a los servicios que soporta. Elcálculo del throughput total de la malla, lodeterminan el número total de suscriptoresy el throughput promedio por usuario.

Total Total UsuarioThroughput NúmeroSuscriptores Throughputpromedio= ×

10. Capacidad de usuarios por celda

Es necesario determinar la capacidad deusuarios por celda, puesto que el medio deacceso en 802.11 es compartido y se debedistribuir equitativamente entre los usuariosde la celda.

accesocelda

usuario

Throughput Número de Suscriptores

Troughput =

El número de suscriptores, como lo mues-tra la expresión matemática, está asociadoal ancho de banda y depende de variosfactores como la distancia, la modulacióny el throughput, teniendo en cuenta que, amayor thoughput, hay mayor probabilidadde errores.

11. Gateways

Ofrecen soporte a las comunicaciones de la malla. Estospuntos pueden ser inalámbricos o cableados, dependiendode las necesidades de acceso. ADSL ofrece anchos debanda aproximados de 1.5 Mbps a diferencia de la fibraóptica, que permite tener conexiones DS-3 ideales paraestos entornos.

Conociendo el ancho de banda total esperado para lamalla, ya se puede calcular el número de gateways nece-sarias para dar soporte a la capacidad estimada. Para ello,se debe dividir el Troughput total de la WMN por el anchode banda obtenido en las gateways, tal como lo muestrala expresión matemática.

_ _

Total

WMN

Throughput

Número Gateways BW Gateway

12. Ancho de banda promedio de los enlaces

Es importante determinar el ancho de banda promediode los enlaces, puesto que nos va a dar un estimativo delthroughput soportado por la WMN, este ítem es depen-diente del número de interfaces de la WMN, que equivaleal número de caminos posibles. Debido a muchos factoresque se presentan en los enlaces punto a punto de la WMN,el throughput del enlace es mucho menor al de la tecnolo-

gía para 802.11a, el mejor throughput posible varía entre18 Mbps y 20 Mbps, al hacer uso de la concatenación ysoporte de QoS en los enlaces, este valor puede mejorara 35 Mbps.

MAP MAP promedioenlacesThroughput Interfases Anchodebanda= ×

13. Número de suscriptores por Gateway

Este ítem tiene como objetivo determinar la capacidadde usuarios por Gateway o dominio de colisiones; paraeste fin, es necesario usar los datos de capacidad delcanal en la Gateway y throughput promedio por usuario,derivando así todo el dominio de colisiones a los canalessoportados en cada Gateway. La siguiente expresiónmatemática permite calcular el número de suscriptorespor Gateway:

Gateway

Usuario

ThroughputGateway NúmerodeSuscriptores

Throughputpromedio=


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14. Número de MAP’s requeridos

Conocido ya el número de gateways o puntos de in-yección, es conveniente calcular el número de MAP’snecesarios para ofrecer una cobertura adecuada a toda lazona de servicio. Aquí se debe tener en cuenta la distancia“promedio” del salto entre MAP’s, de acuerdo al diseñode las antenas.

( )

2

Re #

tanqueridos AreadeServicio MAP deGateways

Dis cia Salto= −

−

Donde:

Distancia salto− corresponde a un valor estimado.

arg zona Zona AreadeServicio L o Ancho= ×

15. Identificación de los repetidores y emplazamientos

Después de haber analizado la cobertura y la capacidadpara la red Wi-Fi en malla, se deben realizar visitas a losposibles emplazamientos para ubicar los repetidores. Sepuede determinar la viabilidad de los enlaces por medio desoftware, con el propósito de identificar la mejor ubicaciónde los emplazamientos.

Fase cinco: implementación del sistema

En este ítem se realiza un estimativo de los costos reque-ridos para la puesta en marcha de la red; de ahí que seaimprescindible recurrir a conceptos tecno-económicos quepermitan establecer los costos de operación (OperationsExpense, OPEX) y costos de capital (Capital Expense,CAPEX).

Escenarios de implementación y

resultados obtenidos

El escenario elegido para la implementación de la red

Wi-Fi en malla, fue el municipio de Piendamó en el depar-tamento del Cauca, el cual se caracteriza por presentarcaracterísticas geográficas, demográficas y socioeconó-micas propias de las zonas rurales. Para lograr un buendiseño y un posterior despliegue de la red Wi-Fi en mallaen el municipio de Piendamó, se recomienda iniciar enlas zonas 2, 5 y 1 [12] respectivamente, tal como semuestra en la figura 3.

Figura 3. Division de hogares por distritos y veredas del municipiode Piendamó.

La escogencia de los equipos, tal comolo indica la tabla 2 (ver en la páginasiguente), se hizo de acuerdo a las fre-cuencias de operación selecionadas, lascuales fueron 2.4 GHz y 5.8 GHz, respec-tivamente.

Con respecto a la capa de acceso, losusuarios del municipio de Piendamó debi-do al tipo de acceso, deben compartir elancho de banda mutuamente; además, el

uso de la modulación adaptativa, la cualvaria con la longitud y las condiciones delterreno, hacen que el área de cobertura deun MAP en acceso tenga varios niveles demodulación y throughput, recordando queun cliente que se conecte a la menor velo-cidad posible (2 Mbps), reduce el ancho debanda total de la red de acceso. La maneramás fácil de evitar esto, es la modificacióndel ACKtimeout [13], permitiendo tenermás usuarios en distancias más largas,sin la disminución apreciable del ancho debanda; por lo tanto, es necesario determi-nar o estimar la cantidad de usuarios en elárea de cobertura.

Con respecto a la capa de inyección parael municipio de Piendamó se asume conexiónpor fibra óptica la cual es suministrada


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por alguno de los operadores que tienenconexiones de FO2 en la vía panamerica-na. Para el corregimiento de El Carmelose asumen conexiones de fibra óptica deempresas de la región.

2 Fibra Óptica.

Con respecto al porcentaje de penetración, se asume el20% en Piendamó, así mismo la sensibilidad de los equi-pos se obtiene de los valores por defecto de acuerdo a lamodulación. La tabla 3 muestra el mínimo nivel de señalen recepción RSSmin para la modulación y codificaciónde IEEE 802.11 a/g.

DISPOSITIVOS DEL SISTEMA

Parámetros

Estándar 802.11 A o G

Duplexación TDD

Frecuencias 5800 GHz y 2400 GHz

Capa mallada 5.8 GHz [meshDynamics]

Potencia de transmisión (dBm) 26

Ganancia de la antena de transmisión y recepción en (dBi) 23

Pérdidas de conectores 2

Pérdidas del cable de transmisión (dB/m) 0.2

Altura de la estación repetidora (m) 26

EIRP (dBm) 46.8SOM (dB) 10

Capa de acceso 2.4 GHz [Meshdynamics]


Ganancia de la antena de transmisión (dBi) 15



Altura de la estación repetidora (m) 26

EIRP 34

Equipo cliente CPE outdoor CPE/AP/Bridge/Router integrado en antena.


Ganancia de la antena de transmisión (dBi) 10



Altura de la estación receptora (m) 7

EIRP (dBm) 26

Rango de frecuencias (MHz) 2400 - 2500

Tabla 1. Características de los equipos recomendados


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Para realizar los cálculos de capacidad de la red Wi-Fi enmalla, se deben tener en cuenta el número de interfaces

y el throughput en cada una de ellas; de esta manera, seasume que el throughput con tres radios mallados dedica-dos es igual a 54 Mbps (3 radios * 18 Mbps = 54 Mbps).Es necesario, además, conocer la distancia entre MAP’s,recomendando saltos de 6 km, con celdas de hasta 3 km deradio. Para efectos del diseño, se trabajará con celdas de 2km de radio y saltos de 4 km para el municipio de Piendamó.

Para los cálculos de cobertura y mejor ubicación delos MAP’s, se empleó la herramienta Radiomobile [14],teniendo en cuenta una línea de vista directa entre las

estaciones comunicantes y la modulación asociada al nivelmínimo en recepción para cada una de ellas.

Con respecto al diseño de la malla, se deben tener encuenta las exigencias de los usuarios del sistema; en estesentido, es necesario definir el porcentaje de usuarios queespera soportar la WMN. Estos porcentajes varían deacuerdo a las necesidades de los clientes; por ejemplo, alescoger que 100 % de los usuarios trabajen con la máximacapacidad, el canal con su correspondiente modulaciónhace necesario derivar esa capacidad a la Gateway, tenien-

do en cuenta el número de radios y el throughput asociadoa éstas y así evitar los indeseables cuellos de botella.

Primero, se deben determinar los parámetros de losniveles de servicio que se ofrecerán a los usuarios:

• Usuarios corporativos: VBR, 1 MbpsCIR (OSR 10), 2 Mbps MST (OSR 15),

correspondientes al 8.3% de la totalidadde la población.

• Usuarios residenciales plus: VBR, 512CIR (OSR 10), 762 Kbps MST (OSR20), correspondientes al 16% de latotalidad de la población.

• Usuarios residenciales: VBR 500 Kbps,MST (OSR 30), correspondientes al75.70% de la población. Dado el casode la cantidad de suscriptores básicos

tan elevados, se puede asumir un nivelde OSR más alto.

• Usuarios con VoIP: CBR, tráfico de 500mErlan/línea, 1% GoS, correspondienteal 60% del total de la población y sehace uso del codec G.729 a 8 kbps.

Con los parámetros de servicio definidos,se pasa a calcular la velocidad promediopor usuario que la WMN multirradio debe

soportar, este dato debe tener en cuentalas velocidades de cada nivel de servicio,así como el factor de OSR de cada servicioy el porcentaje de usuarios de cada uno (verfómula siguiente).

Esquemas de modulación ycodificación Tasa de la capa física

Nivel mínimo de RSSmin. en (dBm)para el estándar 802.11 Throughput aproximado del enlace

BPSK ½ 6 Mbps -82 dBm 2 Mbps

BPSK ¾ 9 Mbps -81 dBm 4 Mbps

QPSK 1/2 12 Mbps -79 dBm 6 Mbps

QPSK 3/4 18 Mbps - 77dBm 9 Mbps

16-QAM 1/2 24 Mbps -74 dBm 12 Mbps

16- QAM ¾ 36 Mbps -70 dBm 18 Mbps

64-QAM 2/3 48 Mbps - 66 dBm 20 Mbps

64- QAM ¾ 54 Mbps - 65 dBm 23 Mbps

Tabla 2. Requerimientos de la capa física (802.11 A/G) Wi-Fi

( ) ( ) ( ) ( )

[ ]

Pr 8.3% 1000 /10 2000 1000 /15 16% 512 /10 762 512 / 20

75.70 500 / 30

omedio un solo sentido BW − − − = + − + + −

+


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De esta manera elPr

37omedio BW Kbps= ,en la Gateway se debe asegurar un tráficofull dúplex de 50 Kbps por usuario.

Con estos cálculos y las expresionesmatemáticas mencionadas anteriormentese elabora la tabla 3 la cual contiene losresultados para el diseño de la red Wi-Fi enmalla en el municipio de Piendamó.

Para satisfacer las necesidades de tráfi-co de Internet en el municipio de Piendamóy la población estimada se hacen necesa-rias tres gateways (de estas, dos ofrecensoporte a clientes en acceso), distribuidasde acuerdo a los requerimientos de retardode la WMN, protección frente a fallas sialguna Gateway queda fuera de servicioy para cubrir la totalidad de la zona sin lanecesidad de hacer modificaciones signi-ficativas en los equipos de acceso, pero símodificando el ACKTimeout de la malla.Por lo tanto, se hace necesario un total de14 MAP y un NOC con su Gateway, de talmanera que se tienen 14 celdas (muchosequipos soportan hasta 200 usuarios por

celda en la capa de acceso) y una Gateway en la cabe-cera municipal. De acuerdo al modelo de propagacióny los resultados obtenidos con los datos de clientes yMAPs, cada celda y repetidor son suficientes, teniendo encuenta cobertura y capacidad. Los cálculos se realizaronteniendo en cuenta un radio de celda que no superara los3 kilómetros, el cual es el recomendado para mantener

comunicaciones eficientes, también se tiene en cuenta lamáxima capacidad de throughput (22 Mbps y 18 Mbps)en los niveles de acceso y malla, respectivamente.

La figura 4 (ver la figura en página siguiente) muestra eldiseño final de la red Wi-Fi en malla para el municipio dePiendamó, según los criterios expuestos. Para la elabo-racion de este diagrama se utilizó la herramienta GoogleEarth, la cual da una verdadera idea de la cobertura dela red.

Para este diseño, fue necesario tener en cuenta laubicación de las gateways; éstas deben ubicarse en lacabecera municipal, prefiriendo que queden próximas ala autopista, pues en ellas existen conexiones de fibraóptica. Adicional a lo anterior, se seleccionó la ubicaciónde los repetidores en los puntos más altos próximos a ladistancia promedio de repetidores, para conservar unasimetría en la malla.

Tabla 3. Resultados obtenidos para el diseño de la red Wi-Fi en malla para 1200 usuarios.

Requerimientos del sistema Resultados

Cantidad de hogares en el área. 6.000

Área total de cobertura. 66.5 Km2

Área estimada por celda. 2 Km2

Porcentaje de penetración del servicio. 20 %

Clientes totales. 1.200

Usuarios promedio por celda. 85

Numero de gateways. 3

Celdas necesarias. 14

Throughput promedio usuario bidireccional en gateway. 37 kbps

Throughput total soportado en la totalidad de las gateways. 43.970 Kbps

Throughput total soportado en cada una de las gateways. 15.000 Kbps

Capacidad de la WMN multi-radio (3 Radios). 54 Mbps

Throughput punto a punto en la malla sin saturación. 18 MbpsUsuarios por Gateway 409

Modelo de propagación. ITRM Radio Mobile


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En el contexto de la VoIP, interesa determinar la canti-dad de ancho de banda dedicado, que debe reservarsepara soportar un número de conversaciones VoIP simultá-neas. En este punto se analiza el modelo de diseño parael soporte de la VoIP. Éste tiene que ver con el throughput

total de la red y el ancho de banda disponi-ble en la Gateway; adicionalmente, se debetener en cuenta el throughput agregadopor cada una de las celdas, de acuerdo asu capacidad.

Figura 4. Trazado final de la red Wi-Fi en malla para el municipio de Piendamó.

Por lo anteriormente expresado, se asume que el 60%de los clientes del WISP WMN tendrán el servicio de VoIP,cada uno de estos usuarios durante la hora pico ocupará30 minutos correspondiente a un tráfico de 0.5 Erlang (500

mE) por suscriptor, asumiendo un porcenta-je de bloqueo de 1%, que equivale al gradode servicio GoS (Grade of Service) y el usodel codec G.729 [15].

Tabla 4. Características de los codecs más representativos de la VoIP.

Codec Ancho de banda Kbps. Muestreo (ms). Throughput IP típico en un solo sentido Kbps.

G.711 64 0.125 80

G.723.1 5.6 30 16.3

G.723.1 6.4 30 17.1

G.726 32 0.125 48

G.728 16 0.625 32

G.729(A) 8 10 24


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Para determinar el ancho de bandareservado desde la Gateway y soportarla cantidad de llamadas simultáneas, sedebe saber el número de clientes o líneasque se usarán simultáneamente; en este

caso, son 720 líneas. Para esto, se debeencontrar el tráfico generado por estas 720llamadas o si se desea, para efectos deadaptación para cada Gateway, se puededividir el tráfico en las 3 gatewasys, de talmanera que cada una tendrá que soportar240 líneas.

240 500 / 120T mE Línea Erlang = × =

Teniendo el tráfico por Gateway en

Erlangs, se consulta la tabla de ErlangB[16] y asumiendo un valor para GoS de1%, se determina el número de llamadassimultáneas por Gateway. A partir de esto,se encuentra que el número de llamadasVoIP simultáneas soportadas es de 139 encada Gateway, teniendo estos datos y losde la tabla anterior para el codec G.729(A),

se establece que el throughput para este codec es de 24Kbps, así el ancho de banda para soportar tráfico de VoIPen la Gateway es de:

120 24 2.448VoIP BW Kbps Kbps= × =

Para el total de la malla se deben reservar 7.344 Kbpspara el tráfico de VoIP y 2.448 kbps en cada Gateway;ahora, al ancho de banda total por suscriptor se le deberestar el tráfico de VoIP, esto para determinar el númerode usuarios de datos y VoIP que pueden ser soportados enlas gateways. Como se puede observar la WMN soportamuchos más usuarios y queda limitada al ancho de bandaque se obtiene en las gateways.

15.000 2.448339

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Gateway Nusuarios

−= =

Nuevamente, se debe resaltar que el throughput pro-medio de la malla es de 54 Mbps por el uso de tres inter-faces, cada una trabajando a un promedio 18 Mbps, parano saturar los enlaces y evitar degradar el desempeño dela WMN; así mismo, el ancho de banda en las gateways(puntos de inyección), debe ser full-duplex. La tabla 5muestra los resultados finales.

Tabla 5. Resultados para la capacidad de la red Wi-Fi en malla

Requerimientos del sistema Resultados

Cantidad de hogares en el área 6.000

Área total de cobertura 292.4 Km2

Área estimada por celda 2 Km2

Porcentaje de penetración del servicio clientes de datos 20 %

Clientes totales datos 1.200

Porcentaje de penetración del servicio clientes de VoIP 60 %

Clientes totales VoIP de la WMN 720

Usuarios promedio por celda 85

Número de gateways 3

Celdas necesarias 14Throughput promedio usuario bidireccional en Gateway 37 kbps

Throughput requerido por usuario VoIP 24 Kbps

Throughput total requerido en las gateways 45.000 Kbps

Throughput total requerido en las gateways para VoIP 7.344 Kbps

Capacidad de la WMN multirradio (3 radios) 54 Mbps

Throughput punto a punto en la malla sin saturación 18 Mbps

Modelo de propagación ITRM Radio Mobile


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A continuación, se muestra el trazado de los perfiles paraalgunos enlaces empleando la herramienta radiomobile. Encada uno de los enlaces presentados, se pueden observarlos valores de potencia de transmisión, pérdidas de espaciolibre, pérdidas en líneas de transmisión, ganancia de las

antenas, frecuencia de operación, potencia en recepción yaltura de las antenas asociados al trayecto de propagación.Puesto que las distancias no son un inconveniente en estedesarrollo, éstas se eligieron entre los repetidores, encon-trando una relación entre cobertura y capacidad que per-mitiera tener un flujo simétrico por la red, adicionalmenteel terreno ondulado de esta zona, no permitía tener celdasde mayor tamaño, puesto que se encuentra gran cantidadde depresiones y pequeñas montañas a lo largo de lostrayectos, como se indicará a continuación.

Considerando los puntos de radiación desde la Ga-teway que se tiene en la oficina central, se apuntan lasantenas directivas hasta los MAP más cercanos, siendoestos el MAP 2, MAP 4 y MAP3. En todos los casos,se puede observar que existe línea de vista directaentre cada par de estaciones y el nivel de recepciónes superior a 60 dbm, lo cual asegura que el enlacefuncione a su máxima capacidad.

También es importante simular algunos puntos de la redWi-Fi en malla, con el fin de determinar la viabilidad de las

distancias y requerimientos de potencias en transmisión yrecepción entre el cliente y el MAP. Este análisis se realizaen las celdas NMAP 1, NMAP 7, NMAP 9 y NMAP14.

• Celda NMAP 1. El cliente del NAMP1 se encuentra auna distancia de 2.10 Kms, ubicado en las coordena-das 2°40’06” de latitud Norte (N) y 76°34’48” Longi-tud Oeste (O), con una altitud de 1.778 m.s.n.m. Esclaro, según la figura 8 que existe una línea de vistadirecta entre las dos estaciones y el nivel de recepcióndel enlace es superior a 70 dBm a la distancia anteriormencionada, lo cual asegura que el enlace funcione asu máxima capacidad y sin la necesidad de modificarel ACKTimeout.

• Celda NMAP 7. El cliente del NAMP 7 se encuentra auna distancia de 2.36 kms, ubicado en las coordenadas2°43’47” de latitud Norte (N) y 76°36’34” LongitudOeste (O), con una altitud de 1.701 m.s.n.m. Es claro,

Figura 5. Enlace desde la Gateway en la cabecera municipal hastael MAP 3.




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Dimensionamiento del sistema de suministro

de energía para la red wi-fi en malla utilizando

módulos solares

Como requisito de entrada, es necesario contar conuna cantidad de energía promedio por día para unazona geográfica dada. Además, se debe asegurar queel suministro de energía será confiable aun en díasnublados o con bajos niveles de radiación solar. Laenergía requerida dependerá de la potencia consumidapor los MAP y el tiempo de operación promedio por día.Para el caso del municipio de Piendamó, es necesariotener en funcionamiento 14 MAP, los cuales consumen16 Watts teniendo en cuenta el número de radios yoperando durante las 24 horas del día, por lo tanto la

energía requerida por cada MAP será de 1*16*24=384Watts-hora en promedio cada día. En este ejemplo sim-ple, los MAP demandarán aproximadamente 670 mA a24 voltios de DC, cada uno.

Desafortunadamente, en Colombia (como ocurre entoda Latinoamérica) no se cuenta con datos precisossobre la radiación solar, lo cual es una limitante, porlo tanto se espera que en el futuro se cuente con estainformación y así asegurar mejores diseños.

Algo importante de destacar, es que la radiación debemedirse sobre el plano horizontal del lugar y no sobre elplano en el cual se encuentran los módulos. Por lo tanto,es necesario hacer el cálculo de la radiación promedioque incide actualmente sobre el arreglo de módulos.Esto es laborioso y deberá ser realizado por medio deprogramas de computadora.

Es conveniente que la energía generadapor el arreglo fotovoltaico en el mes conmínima radiación promedio, al menos seaigual a la energía demandada (incluyendolas pérdidas). Con esto se asegura que en

los días con mayor radiación promedio nohabrá deficiencia de energía, de ahí que laorientación de los módulos sea otro factora tener en cuenta. La inclinación de los mó-dulos más adecuada, es igual a la latitud dellugar más 15º. Para el caso del municipiode Piendamó, la orientación más adecuadapara los módulos será de 17º grados, res-pecto de la horizontal viendo hacia el norte.

Debido a que no se cuenta con un mapa de-

tallado para determinar la radiación promediosobre el plano horizontal para el municipio dePiendamó, se estima que la radiación prome-dio incidente sobre los módulos orientados a2º respecto a la horizontal es de 6 horas-pico.

Si se toma un factor de 20% para com-pensar las pérdidas de energía (en las co-nexiones, en el regulador y en las baterías),la energía demandada será de aproxima-damente 461 Watts-hora. Por lo tanto, la

potencia pico de los módulos requeridosdeberá ser de 461 W-h/6 horas pico=77Watts pico. O sea, que para el presenteejemplo, requerimos de un solo módulo de77 Watts a 80 Watts pico, el cual puedeencontrarse comercialmente.

Figura 12. Módulo solar marca SOLARTEC KS80


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Teniendo en cuenta las características téc-nicas del MAP se observa que se necesitacorriente directa; pero en caso de necesitarcorriente alterna, se debe usar un inversor.En tal caso, habrá que considerar las pérdi-

das de energía en la conversión CD a AC.Por ejemplo, si se tuviera un inversor queen operación tuviera una eficiencia de 90%,significaría que tendríamos que agregar un10% a las capacidades que se han calculadopreviamente.

Finalmente, se revisan las característicasdel regulador de carga. Dados los paráme-tros de los módulos, se encuentra que lacorriente máxima generada por el módulo

a 24 voltios es del orden de 3,3 amperios,por lo que bastará con un controlador quea la entrada pueda soportar 5 amperios. Siademás, se tiene un controlador que protejala descarga de las baterías, así su salidamanejará una corriente máxima aproximadade 16 Watts/24 voltios= 667 mA. Es decir,se debe seleccionar un controlador que per-mita manejar corrientes de 1 a 3 amperiosde descarga.

Conclusiones

Los criterios técnicos generados en estetrabajo constituyen un aporte valioso, yaque brindan una clara orientación hacia laimplementación de redes Wi-Fi en mallacomo una solución que busca ofrecer ac-ceso banda ancha a las zonas rurales a unbajo costo, debido a características talescomo la robustez, escalabilidad, flexibilidad,autoconfiguración y autorregeneración.

La disponibilidad de equipos comercialesasequibles crea un excelente escenario parala evolución de las redes en malla. El grupode estándares de la IEEE 802.11 ingresan auna nueva era de acceso inalámbrico bandaancha y sus aplicaciones, logrando que elextenso mercado de las WLAN ayude a dis-

minuir aún más los costos de los dispositivos, permitiendoalcanzar mejoras continuas en ancho de banda, consumode energía, seguridad y calidad de servicio.

Gracias a la flexibilidad y fácil manejo del software Ra-

diomobile para el trazado de perfiles y a la herramientaGoogle Earth, fue posible determinar la mejor ubicacionde los dispositivos inalámbricos; de tal forma que las in-terferencias fueran mínimas, además de ello, se obtuvoun estimativo muy aproximado del comportamiento realde la red como se verá la red Wi-Fi en malla, tales resul-tados permitirán comparar y/o complementar estudiosrealizados al respecto y con otras tecnologías de acceso.

Este trabajo demostró que la red Wi-Fi en malla puedeser desplegada en zonas que carecen de suministro eléc-

trico, gracias a que los dispositivos inalámbricos (MAP’s)pueden ser adaptados a otras fuentes de energía alterna-tiva como la energía solar.

Para cada uno de estos escenarios se tuvieron encuenta las características técnicas de los MAP’s,CPE’s,el número de caminos, distancias, retardos, capacidadde las gateways, así como tambien la capacidad de cadaenlace con las mejoras específicas a la tecnología, comoson la concatenación [13] y el ACKTimeout [14], derivan-do así el dominio de colisiones a las gateways de acuerdo

al throughput y a la cantidad de usuarios asociados a lared en malla.

Referencias Bibliográficas

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[12] Alcaldía de Piendamo “Plan de Ordenamiento Territorial”, 2005.

[13] J. Simo, A. Martinex, F. Dulcey, A. Rendon. “Implementacionde IEEE 802.11 en enlaces largos para zonas rurales”. Docu-mento PDF disponible en: http://indico.rnp.br/getFile.py/access?contribId=18&resId=0&materialId=paper&confId=12

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[15] F. Ohrtman. “Voice Over 802.11”, Ed. Artech House:Elsevier, 2004. ISBN 1-58053-677-8.

[16] UIT- Unión Internacional de Telecomunicaciones, ”Ex-tracto de la Tabla de Formula de perdida Erlang”, 2002.Documento PDF. Disponible en: www.itu.int/itudoc/itu-d/dept/psp/ssb/planitu/plandoc/erlangt-es.pdf

Para citar este artículo le sugerimos el siguiente formato: R. Noguera, P. Solarte, G. Agredo. “Criterios Técnicos

para el Diseño e Implementacion de Redes Wi-Fi en Mallacomo solución de acceso banda ancha en zonas rurales”.Ingenium, Revista de la Facultad de Ingeniería. N.° 20.2009. p. 15-34.

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