DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN NODO

INALÁMBRICO PARA EL BARRIO LOS ALPES,

INTERCONECTADO CON EL NODO DEL BARRIO

BELLA FLOR COMO AMPLIACIÓN DE CUBRIMIENTO

DE LA INTRANET COMUNITARIA PARA LA

LOCALIDAD DE CIUDAD BOLIVAR

UNIVERSIDAD DISTRITAL

FRANCISCO JOSE DE CALDAS

INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES

PRESENTADO POR:

Edgar A. Rodriguez R.

Sergio A. Sanchez Garzon

Problemática

Justificación

Objetivos

CONCLUSIONES

POR

QUE?

PARA

QUE ?

COMO?

RESULTADOS

CONTENIDO

Por que?

• Problema

La revolución tecnológica que se ha desatado alrededor de las TIC, viene

generado grandes cambios sociales en el mundo, pero no todas las

comunidades han tenido las mismas posibilidades de acceso a los

beneficios de estas tecnologías y algunos menos favorecidos han quedado

rezagados por las limitaciones de acceso a la información.

Barrio Los Alpes

Para que?

• Justificación

Con la implementación del proyecto en el barrio los alpes se

contribuye con la mejora de la calidad de vida de esta comunidad,

reduciendo la brecha digital y ofreciendo un canal adicional que

permite masificar el uso de las tecnologías de la información y las

comunicaciones (TIC).

Encuestas realizadas al barrio los Alpes

POBLACION OBJETIVO

Aproximadamente el

70% de la población

es Joven y más del

43% se encuentran

en la edad

productiva.

La mayor parte del uso del uso

del internet lo hacen para

investigar o educarse.

aproximadamente el 32%.

NIVEL DE INGRESOS DE LOS HOGARES

DEL BARRIO LOS ALPES

COMO?

• OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un nodo

Inalámbrico comunitario en el barrio Los

Alpes de la Localidad de Ciudad Bolívar.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Selección

de

topología

Selección

de tecnología

Diseño

del

enlace

Selección

de la

ubicación

Dimensio

namiento

de trafico

Capacitació

n a la

comunidad

Implementa

ción de la

aplicación

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1 3 4 5 6 72

Nodo Inalámbrico Los Alpes

Seleccionar la tecnología usada en la implementación

del nodo inalámbrico para el barrio Los Alpes.

Wi-Fi Wimax

Características Ponderación Descripción Puntaje Calificación Descripción Puntaje Calificación

Precio 30%Equipos

económicos3 0,9

Implementación y

equipos costosos1 0,3

Cobertura 20%

Optimizado para

cubrir distancias de

100 Mts que se

pueden

incrementar con el

uso de antenas

2 0,4

Tamaños de celdas

que pueden estar

entre 7 y 10 Km

3 0,6

Licenciamiento 30% No 3 0,9 Si / No 1 0,3

Velocidad 20% Hasta 54 Mbps 2 0,4 Hasta 10 Mbps 3 0,6

Calificación Final 2,6 Calificación Final 1,8

1 Punto

Inadecuada

2 Puntos

Aceptable

3 Puntos

Adecuada

Selección del equipo

Basados en la experiencia vivida

en el montaje del nodo del barrio

Bella Flor y en diferentes

desarrollos de redes comunitarias

alrededor del mundo se definio el

nano station II como router para

nuestro nodo

Características:

1. Económico

2. Firmware Modificable.

3. Operación en banda Libre 2.4Ghz

4. Posibilidad de adaptar una antena

externa de alta ganancia.

5. Utilizado en diferentes proyectos de

redes comunitarias alrededor del

mundo*

* http://www.lugro.org.ar/lugro-mesh;

http//www.open-mesh.net

Seleccionar la topología lógica a implementar,

teniendo en cuenta que sea escalable y

compatible con futuros nodos.

Topología Representación visual Ventajas Desventajas

Confiabilidad de la

comunicación a altas

velocidades

Implementación Costosa,

Limitado a dos equipos

Conexiones a largas distanciasSe requiere línea de vista entre

los dos equipos.

Si falla un nodo, las demás

siguen funcionando.

Si falla el nodo principal la red se

cae por completo.

El trafico puede ser controlado

por el nodo central.

El desempeño del nodo central

influye en la velocidad de la red.

Todos se interconectan con

todos.

El rendimiento es inversamente

proporcional a la cantidad de

nodos interconectados.

Facil crecimiento y expansiónA medida que crece aumenta la

complejidad de la red.

Estrella

(Punto-Multipunto)

Malla

(Multipunto-Mutipunto)

Directa

(Punto-Punto)

Diseñar el enlace del

nodo inalámbrico al

punto más lejano dentro

del área de cobertura

propuesta.

CaracterísticasRouter

NanoStation 2

Adaptador wireless Usuario

Gsky – 27 USB

Potencia de transmisión11g 22 dBm ± 1dB a 54Mbps

11b 26 dBm ±1dB a 11Mbps

11g 21 ± 2dBm a 54Mbps

11b 25dBm ± 2dBm a 11Mbps

Sensibilidad11g -74 dBm ± 1dB a 54Mbps

11b -92 dBm ±1dB a 11Mbps

11g -65dBm a 54Mbps

11g -82dBm a 11 Mbps

Frecuencia de operación 2.4 GHz 802.11 b/g 2.412Ghz~2.484Ghz

Diseño Enlaces Propuestos

Enlace Nodo - Usuario

Enlace Nodo Los Alpes – Nodo Bella Flor

Enlace Usuario - Nodo

Enlace Nodo Bella Flor – Nodo Los Alpes

Enlace Nodo - Usuario

Distancia 270 Metros

Margen de diseño

El margen de diseño es un intervalo de protección en potencia que

garantiza la disponibilidad de la red. Para Hallar el margen de diseño

para los enlaces en el barrio Los Alpes, se realizó la medición de

potencias de recepción en un punto dentro del área de cobertura del

router y se promedió el intervalo de variación en potencia de recepción

Calculo del Potencias

• El mismo principio para el calculo de todos los enlaces

•La potencia de recepción mínima que debemos garantizar en el usuario

para establecer una conexión es de Prxu = - 55dBm

•La Potencia Isotropica Radiada Efectiva PIRE es de 32.8dBm

Ae = Atenuación por espacio libre

Md = Margen de desvanecimiento, dado que las distancias de cobertura del nodo no

superan 1Km este valor no será tenido en cuenta para los cálculos.

Ac = Atenuaciones por conectores (0.2dB por cada conector dado por el

fabricante)

Ap = Atenuaciones por cable pigtail (0.6dB por metro dado por el fabricante)

Apd = Atenuaciones por protector de descargas (0.2dB dado por el fabricante)

Identificación Atenuaciones

Potencia de Recepción

Donde, Gt = Ganancia de la antena Casera = 7dBi

Resumen Valores Obtenidos en los

Enlaces del Nodo

Calculo del enlace Colegio Canadá- Usuario

Estándar Potencia Mínima

RequeridaPIRE (Potencia Isotrópica

Radiada Efectiva)Atenuaciones

Potencia de Recepción

802.11 g54 Mbps

-55 dBm 32,8 dBm 90,01 dB -50,21 dBm

802.11 b11 Mbps

-72 dBm 36,8 dBm 90,01 dB -46,21 dBm

Calculo del enlace Usuario - Colegio Canadá

Estándar Potencia Mínima

RequeridaPIRE (Potencia Isotrópica

Radiada Efectiva)Atenuaciones

Potencia de Recepción

802.11 g54 Mbps

-64 dBm 26,8 dBm 90,01 dB -42,21 dBm

802.11 b11 Mbps

-82 dBm 30,8 dBm 90,01 dB -47,21 dBm

Teóricamente el nodo mantiene los niveles mínimos técnicos para ofrecer cobertura

a todo el barrio, sin embargo la ubicación geográfica no permite una cobertura del

100% y por tal motivo es necesario que el usuario fabrique una antena casera con

un mástil acorde a la depresión del terreno

Calculo zona de Fresnel

r(mts) = Radio desde el

centro de la línea de vista

del enlace

d(Km) = Distancia entre las

antenas

f(GHz) = Frecuencia de

operación

Cálculos Enlace Los Alpes Colegio Canadá - Bella

Flor Colegio Vargas Vila

Resumen Valores Obtenidos Enlace Barrio

Los Alpes – Barrio Bella Flor

Calculo del enlace Colegio Canadá- Colegio Vargas Vila

Estándar Potencia Mínima

RequeridaPIRE (Potencia Isotrópica

Radiada Efectiva)Atenuaciones

Potencia de Recepción

802.11 g - 54 Mbps -64 dBm 32,8 dBm 99.44 dB -51.64 dBm802.11 b - 11 Mbps -64 dBm 35,8 dBm 99.44 dB -51.64 dBm

Cálculos Zona de Fresnel

Zona de Fresnel a 54Mbps Colegio

Canadá – Colegio Vargas Vila

Zona de Fresnel a 11 Mbps Colegio

Canadá – Colegio Vargas Vila

Selección Canal de Frecuencia

De acuerdo a las pruebas que se realizaron,

en las que se observaban los niveles de

potencia con los que llega la señal a un

usuario y al nodo adyacente, se define que el

canal 10 es el más adecuado para nuestro

servicio, puesto que presenta mejor calidad

de recepción y transmisión, esta menos

ocupado por otros servicios a comparación de

los demás canales evitando interferencias o

bloqueos de la señal, con el canal 10

logramos mayor distancia y los niveles de

señal son más estables.

CanalFrecuencia

(GHz)

1 2,412

2 2,417

3 2,422

4 2,427

5 2,432

6 2,437

7 2,442

8 2,447

9 2,452

10 2,457

11 2,462

12 2,467

13 2,472

14 2,484

Cantidad de redes existentes en el canal 10

Cantidad de redes existentes en el canal 1

Como se puede

observar en las graficas

anteriores, el canal 10

presenta una ocupación

mínima a comparación

de los otros canales,

para este caso el canal

con el que se comparo

fue el 1

Dimensionamiento Trafico

Al momento de realizar el dimensionamiento de tráfico encontramos una

gran ausencia de artículos o estudios que fundamenten de una forma

efectiva este análisis, por lo tanto se decide considerar . Los siguientes

anchos de banda promedio requeridos por algunas de las aplicaciones

más comunes.

ServicioAncho de Banda

Típico (Kbps)

Consulta página WEB 1600

Página Web/documento

de texto156

TOTAL 1756

De acuerdo a los anchos de banda

típicos mostrados en la tabla anterior,

se puede deducir que el porcentaje de

uso correspondiente a los 1756Kbps es

de 3.25% de la capacidad total del

sistema.

Enrutamiento Utilizado

B.A.T.M.A.N

(Better Approach To Mobile Ad-hoc Networking)

Aprender cual es el mejor próximo salto para cada destino es

todo lo que al algoritmo B.A.T.M.A.N. le importa.

Servidor del

Nodo los Alpes

Usuario en

Bella Flor

Nodo Los AlpesNodo Bella Flor

Protocolo proactivo para redes Mesh de implementación rápida y eficiente

Características del protocolo

• Determina para cada destino en la malla un vecino de

un salto (El Mejor), Divide el conocimiento sobre el

mejor camino entre los nodos de la malla.

• No Calcula rutas completas.

• No toma en cuenta metadatos propios del protocolo pero

a cambio analiza la existencia o falta de información.

• Posee un mecanismo de inundación basado en eventos.

• Algoritmo diseñado para tratar con redes basadas en

enlaces no confiables.

• Liberado bajo licencia GPL

Características del firmware

Nightwing

1. 0 configuración: Solo se debe encender e inmediatamente se

configurara dentro del la malla.

2. Interfaz de Conexión Publica: posee una interfaz de conexión

publica no encriptada, pensada para usuarios no conocidos, esta

interfaz esta administrada por el portal cautivo No Dog Splash.

3. Interfaz de conexión privada: Conexión encriptada WPA2, para

conectarnos debemos saber la clave de acceso, no esta administrada

por el portal cautivo.

4. Pocos requerimientos de Hardware: Nightwing ademas de requerir

Un Chip Wireless Atheros, solo necesita como minimo 4MB de

memoria flash y 16 MB de memoria RAM.

Capacitación a la Comunidad

Con base en las encuestas realizadas a la comunidad del barrio los

Alpes, se definió como una de las principales prioridades de esta

comunidad, la necesidad de capacitación y desarrollo de competencias

para el trabajo

Descripción del Proyecto Capacitación y fabricación

antena casera

Ubicación de los Equipos

Lugar Seguridad Electricidad InfraestructuraUbicación

en el barrioCobertura

Disponibilidad de acceso

Total

Comedor Comunitario

2 5 3 4 4 4 22

Salón Comunal 1 0 2 4 4 5 16

Colegio Canadá

4 5 4 3 4 5 25

La ubicación del equipo se realizo

tomando los criterios que se observan

en la tabla anterior, la modalidad de

evaluación que se escogió fue de 1

hasta 5 donde 1 es la menor o peor

calificación y 5 la mayor o mejor

calificación, esta evaluación fue

aplicada a tres lugares que se tenían

disponibles para la instalación e

implementación de los equipos.

Implementación de la aplicación

Nodog splash:

Portal cautivo embebido en el

enrutador wireless

Joomla:

Plataforma usada para el portal

web del barrio los alpes

moodle:

Plataforma usada para los

cursos virtuales

Wikipedia:

Aplicación web para investigaciones

implementada en el servidor

Pruebas y Resultados Adicionales

Realizando un barrido a la redonda del colegio Canadá se

definieron 10 puntos de monitoreo en los cuales se realizo la

medición de potencia de la señal irradiada por el Access Point

Punto de prueba Ubicación Coordenadas Potencia de recepción distancia

punto 1 Iglesia del Barrio Los AlpesLat.: 4° 32' 29,3" N

-46,7 dBm 120 mtsLon: 74° 09' 20,1" O

punto 2 Filo del cerroLat.: 4° 32' 30,4" N

-48,9 dBm 200 mtsLon: 74° 09' 22,7" O

punto 3 Calle ComercialLat.: 4°32' 27,1 N

-50,1 dBm 120 mtsLon: 74° 09' 20,7" O

punto 4 Costado occidental de la canchaLat.: 4° 32' 30,3 N

-43,2 dBm 90 mtsLon: 74° 09' 17,2" O

punto 5 Subida a paradero de busesLat.: 4° 32' 22,0 N

-48,7 dBm 180 mtsLon: 74°09'18,7 " O

punto 6 Fabrica de ataúdesLat.: 4° 32' 25,0 N

-40,67 dBm 90 mtsLon: 74° 09'18,5" O

punto 7 Loma frente al colegioLat.: 4° 32' 25,3" N

-40,4 dBm 70 mtsLon: 74° 09'16,3"O

punto 8 Costado oriental del colegioLat.: 4° 32' 26,3" N

-38,1 dBm 60 mtsLon: 74°09' 15,1"O

punto 9 frente a esquina norte del colegioLat.: 4°32'29,2" N

-37 dBm 60 mtsLon: 74°09'15,9"O

punto 10 Salida principal de Los AlpesLat.: 4°32'31,2"N

-46,6 dBm 150 mtsLon: 74°09'20,0"O

Obtención de resultados con ayuda de los

software Netstumbler, Radio Mobile y Putty

Basándonos en las

características de la antena

casera y el adaptador

wireless con los que se

realizaron las pruebas y las

medidas obtenidas, se

determinó que la potencia

mínima de recepción en el

lado de la terminal bebe

de ser mayor a -55 dBm,

aunque el nivel de

sensibilidad del adaptador

wifi este cercana a -65

dBm a una taza de

transferencia de 54Mbps

En la siguiente grafica se

observa el

comportamiento de la

potencia de recepción en

el punto más crítico a 270

mts. En ella se puede

observar que se llega al

receptor con una potencia

de -48.8dBm

En este mismo punto se analizo con el

software Netstumbler la estabilidad de

la señal obteniendo los siguientes

resultados .

Comparando los resultados teóricos y

prácticos obtenidos con los simuladores

se puede apreciar que todos se

encuentran dentro de los niveles

mínimos requeridos técnicamente por

los equipos para establecer la conexión.

Como se puede observar en

la anterior grafica al momento

de descargar un archivo de 10

MBytes en una conexión que

se establece a 54Mbps la taza

de transferencia es mucho

menor en comparación con el

ancho de banda teórico

disponible de la misma forma

que sucede en un enlace de

11Mbps

root@nightwing-wa:~# ping 10.155.215.194 -s 10000000

PING 10.155.215.194 (10.155.215.194): 1000000 data bytes

10000008 bytes from 10.155.215.194: seq=0 ttl=63 time=210.161 ms

10000008 bytes from 10.155.215.194: seq=1 ttl=63 time=205.498 ms

10000008 bytes from 10.155.215.194: seq=2 ttl=63 time=171.149 ms

Se realiza una prueba de ping con un

tamaño de paquete de 10 Mbps en la

cual se obtienen tiempos de respuesta

de aproximadamente 200 ms.

CONCLUSIONES

1. Se diseño e implemento el nodo inalámbrico en el barrio los Alpes con base en las

redes de topología mesh, las cuales permiten una fácil implementación a bajos

costos y de rápida expansión.

2. Se logró una cobertura óptima a 270 metros del nodo, con una potencia de recepción

mayor a -55dBm usando un adaptador wireless convencional y una antena casera

de guía de onda.

3. Los resultados obtenidos en las simulaciones, cálculos matemáticos y pruebas de

campo confirman la estabilidad de la conexión en cada uno de los enlaces posibles

del nodo.

4. Las características de sensibilidad de los equipos NanoStation 2 (-92dBm)

permitieron la interconexión entre los nodos Bella Flor y Alpes, estructurando el

comienzo de una red comunitaria con servicios distribuidos y compartidos entre las

dos comunidades.

CONCLUSIONES5. Con el estudio de tráfico se argumenta que el nodo soporta hasta 30 usuarios

conectados simultáneamente e interactuando con las aplicaciones alojadas en el

servidor, sin embargo las limitaciones de cantidad de conexiones son interpuestas

por el hardware del Access Point.

6. La conexión entre los nodos es establecida a través del estándar 802.11g ya que la

distancia entre los nodos y a las condiciones geográficas no permiten una conexión a

aun ancho de banda mayor.

7. Con las capacitaciones ofrecidas por los desarrolladores del nodo se logro socializar

la importancia de las redes comunitarias a los habitantes del barrio los Alpes y de

igual forma se instruyo sobre la construcción de antenas caseras con el fin de lograr

un mayor aprovechamiento del nodo.

8. De acuerdo a los resultados obtenidos en la encuesta se pudo observar que el 56%

de la población devenga entre 1 y 2 salarios mínimos que generalmente son

obtenidos de trabajos informales, representando una falta de capacitación técnica la

cual limita la posibilidad de acceder a un empleo formal y a mayores ingresos, por tal

motivo se implementó la plataforma moodle en el servidor local como un espacio

donde la comunidad podrá encontrar documentos de capacitación básica en áreas

como informática y contabilidad.

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