“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED WMAN MEDIANTE EL ESTÁNDAR IEEE 802.11g MODIFICADO PARA
ENLACES DE LARGO ALCANCE”
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERÍA
RAMIRO PAUL ARIAS MALDONADO GINO ESTEBAN GAVILANES GUERRERO
SANGOLQUÍ – ECUADOR2013
CONTENIDOSCONTENIDOSObjetivos1
Planteamiento del problema2
Materiales y métodos3
Diseño y simulación de la red4
Implementación5
Resultados obtenidos6
Conclusiones y recomendaciones7
OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL
• Diseñar e implementar la red en las sedes de la ESPE mediante el estándar IEEE 802.11g, modificado para enlaces de largo alcance, que garantice el desempeño de tráfico de voz y datos, así como la QoS para un enlace superior a 50 Km.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS (i)OBJETIVOS ESPECÍFICOS (i)
OBJETIVOS ESPECÍFICOS (ii)OBJETIVOS ESPECÍFICOS (ii)
•AEn países en vías de desarrollo es frecuente que zonas rurales de gran extensión carezcan por completo de infraestructuras de telecomunicación. Esto supone un obstáculo para el desarrollo y la calidad de vida de las personas.
•BWiLD; con sus indudables ventajas de costo, uso de frecuencias libres de licencia y gran ancho de banda permite realizar, en zonas rurales, enlaces tanto punto a punto (PtP) como punto a multipunto (PtMP) de varias decenas de kilómetros.
•CPara esto se ha recurrido a la modificación del AckTimeOut y SlotTime (tiempo entre tramas) para conseguir una distancia mayor que la establecida por el estándar 802.11. Mediante software se puede cambiar los tiempos anteriores, necesarios para enlaces de larga distancia.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES Y MÉTODOS Figura. Alix 3d3
MATERIALES Y MÉTODOSMATERIALES Y MÉTODOS
Figura. Compact Flash Tipo I Figura. POE
Figura. Antena HG2424G Figura. Conectores: Pigtail y tipo n
TARJETA INALÁMBRICA SR2TARJETA INALÁMBRICA SR2
Figura. SR2 Super Range 2
El Acktimeout se define en el texto
del estándar como el tiempo en
que la estación transmisora espera
la llegada del ACK una vez que ha
terminado la transmisión de un
paquete.
PARÁMETROS DE LA CAPA MACPARÁMETROS DE LA CAPA MACTabla. Parámetros de IEEE 802.11g con PHY ERP-OFDM
Nombre del Parametro Valor
PLCPHeader 4µs
PLCPPreamble 16 µs
δ Distancia/c
ACKTimeout SIFS+ACK+SlotTime+2δ
SIFS 10 µs
SlotTime 9µs
DIFS 28 µs
Tiempo de extensión de la señal. (Presente al
final de todo paquete 802.11g.) 6 µs
CTS Clear To Send, listo para enviar, la estación
verifica si el canal está siendo ocupado, si no lo
está transmite.
Slot time en enlaces de largas
distancias, es 2δ.
VALORES MODIFICADOS DE LA CAPA MAC PARA LA VALORES MODIFICADOS DE LA CAPA MAC PARA LA RED WiLD ESPERED WiLD ESPE
EnlaceDistancia
[m]
Tiempo de
Propagacion
[µs]
Slot Time [µs]ACKTimeout
[µs]
CTSTimeout
[µs]
ESPE Sangolquí - Atacazo 19954 66.5 133 193 193
IASA I - Atacazo 23379 77.9 156 216 216
Atacazo - Guango 61536 205 410 470 470
Atacazo - Bombolí 64919 216 433 493 493
IASA II - Bombolí 22528 75.1 150 210 210
ESPE Latacunga - Guango 13051 43.5 87.0 147 147
Tabla. Valores de ACKTimeout, SlotTime y CTSTimeout calculados para cada enlace de la red WiLD
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA REDDISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED
ESQUEMA DE LA RED WILD ESPEESQUEMA DE LA RED WILD ESPE
BOMBOLI
ATACAZO
ESPE SANGOLQUI
IASA I
GUANGO
ESPE LATACUNGA
192.168.10.171/27
192.168.10.172/27192.168.10.169/27
192.168.10.170/27
192.168.10.167/27
192.168.10.168/27
192.168.10.165/27
192.168.10.166/27
192.168.10.163/27
192.168.10.164/27
192.168.10.162/27
192.168.10.161/27
10.0.0.0/27
10.0.1.0/25
10.0.7.0/26
10.0.6.0/24
Torre de Telecomunicaciones
Antena Omnidireccional
Acometida a ISP
192.188.58.35/24
ATACAZO 1Eth0 16.0.0.5/24
Router Alix
IASA 2
ATACAZO 2Eth0 16.0.0.5/24
Antena Directiva
Figura. Esquema de la red WiLD ESPE
PLANIFICACIÓN (i)PLANIFICACIÓN (i)
Código Nodo Ubicación Altura [m]
Base1 ESPE Sangolquí 00º18’50.5’’S 78º26’43’’W 2510
Base2 ESPE Latacunga 00º55’57’’S 78º36’35’’W 2894.5
Base3 IASA I 00º23’35’’S 78º24’52’’W 2759
Base4 IASA II 00º24’44’’S 79º18’32’’W 290
Código Nodo Ubicación Altura [m]
Rp1 Atacazo 00º21’22.2’’S 78º37’9.1’’W 4474
Rp2 Bombolí 00º14’48.2’’S 79º11’31.30’’W 600.3
Rp3 Guango 00º53’45’’S 78º30’6.00’’W 3964
Tabla. Coordenadas Sedes ESPE
Tabla. Coordenadas Repetidores red WiLD
PLANIFICACIÓN (ii)PLANIFICACIÓN (ii)
ENLACEDistancia
[m]
Pérdidas por
Propagación [dB]
Nivel de
Recepción [dB]
Sensibilida
d [dBm]Comparación
ESPE - Atacazo 19954 126.00 -56.00 -96 VERDADERO
IASA I - Atacazo 23379 127.37 -57.37 -96 VERDADERO
Atacazo - Guango 61536 135.78 -65.78 -96 VERDADERO
Atacazo - Bombolí 64919 136.24 -66.24 -96 VERDADERO
IASA II - Bombolí 22528 127.05 -57.05 -96 VERDADERO
ESPE Latacunga - Guango 13051 122.31 -52.31 -96 VERDADERO
Tabla. Análisis del Nivel de recepción para la red WiLD ESPE
DIRECCIONAMIENTO IPDIRECCIONAMIENTO IP
Estación Wifi0 (CM9) # HOST Wifi1 (SR2) ISP
ESPE Sangolquí 10.0.6.1/24 254 192.168.10.168/27 192.188.58.35/24
ESPE Latacunga 10.0.1.1/25 126 192.168.10.164/27 -
IASA I 10.0.7.1/26 62 192.168.10.166/27 -
IASA II 10.0.0.1/27 30 192.168.10.171/27 -
Repetidor Wifi0 (SR2) Wifi1 (SR2) Eth0
Atacazo Alix n1 192.168.10.170/27 192.168.10.167/27 16.0.0.5/24
Atacazo Alix n2 192.168.10.161/27 192.168.10.165/27 16.0.0.6/24
Guango 192.168.10.162/27 192.168.10.163/27 -
Bombolí 192.168.10.169/27 192.168.10.172/27 -
Tabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para las estaciones
Tabla. Asignación de direcciones IP a las interfaces de las tarjetas para los repetidores
RADIO MOBILERADIO MOBILEFigura. Nivel de recepción de la señal para el enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPE
SIMULACIÓN EN NS-3SIMULACIÓN EN NS-3Figura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 2Mbps
Figura. Resultado de la simulación enlace Atacazo-Guango 5.5Mbps y 6Mbps
IMPLEMENTACIÓNIMPLEMENTACIÓN
CONFIGURACIÓN DE EQUIPOSCONFIGURACIÓN DE EQUIPOS
Figura. Router con tarjeta Alix
./usr/local/sbin/voyage.update
iwconfig ath0 txpower 16dBm
vi etc/network/interfacesecho 470 > /proc/sys/dev/wifi1/slottimeecho 470 > /proc/sys/dev/wifi1/ctstimeoutecho 410 > /acktimeoute
mkfs.ext2 /dev/sdb1
INSTALACIÓN DE EQUIPOS EN LAS INSTALACIÓN DE EQUIPOS EN LAS TORRESTORRES
Figura. Estación Atacazo Figura. Torre Atacazo Figura. Estación Guango
ALINEACIÓN Y CORRECCIÓN DE ÁNGULOS DE APUNTAMIENTOALINEACIÓN Y CORRECCIÓN DE ÁNGULOS DE APUNTAMIENTO
Figura. Brújula, GPS, Leds indicadores de Router Ubiquiti
RESULTADOSRESULTADOS
Figura. Prueba 1 Figura. Prueba 2
CONCLUSIONESCONCLUSIONES• Al realizar las simulaciones en el software ns-3 en las distintas tasas de
transmisión que define el estándar IEEE 802.11g en enlaces de larga distancia, se comprobó que para mayores tasas de transmisión hay mayores pérdidas de paquees en el receptor, mientras que para bajas tasas de transmisión las pérdidas disminuyen considerablemente.
• En las pruebas experimentales del enlace Atacazo – Guango de la red WiLD ESPE, al ajustar los parámetros de la capa MAC del estándar IEEE 802.11g, se ajusta la conexión de la red WiLD, pero existe el inconveniente de que no se pueden alcanzar altas tasas de transmisión, debido a que mayores distancias disminuye la velocidad de transmisión, y a su vez se reduce el desempeño del enlace.
• Una vez que se ha logrado establecer los parámetros correctos de capa MAC para distancias largas con el estándar IEEE 802.11g, se observó que tiene buenas prestaciones a bajas velocidades ya que se consigue estabilidad. Pero existe la limitación al bridar servicios con VoIP ya que el delay no debe superar los 150 ms de acuerdo a la recomendación ITU-T G.114.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
• En la implementación del enlace se observó que el rendimiento y recepción de la señal depende de un buen alineamiento y ajuste de los equipos en las torres. La brújula y GPS permiten buscar el azimut con el cual se toma la referencia para realizar el apuntamiento de la antena hacia el otro punto.
• Es imprescindible que haya línea de vista y despeje de al menos el 60% de la primera zona de Fresnel para garantizar la calidad del enlace.
• Para enlaces de largas distancias es necesario: modificar el tiempo de espera para los acuses de recibo (ACK), así también el clear to send time out (CTS), y el Slottime en función de la distancia del enlace.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
• El protocolo AODV al ser reactivo, no consume recursos de la red por lo tanto no genera una carga en el procesador del router, todo esto es analizado desde el punto de vista de simulación en ns-3.
RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES• De acuerdo a las simulaciones en ns-3 se recomienda que la
tasa de transmisión adecuada para enlaces de larga distancia debe ser menor o igual 2 Mbps, ya que en dicha tasa de transmisión la pérdida de paquetes se reduce al 0%, mientras que para 5.5 y 6 Mbps la pérdida de paquetes sobre pasa el 50%.
• El montaje de los equipos en las torres para WiLD y la alineación de las antenas es fundamental, lo que permite un buen nivel de campo electromagnético, por lo que se recomienda realizarlo en un día despejado, lo que permitirá que el enlace se establezca satisfactoriamente y pueda mantenerse ante el efecto de las condiciones climatológicas adversas.
RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES
• Con la modificación de los parámetros de la capa MAC, se ha logrado alcanzar largas distancias, por lo tanto se recomienda realizar los cálculos antes de implementar un enlace de distancia superior a los 50 km, así como también la respectiva simulación.
• Para minimizar las pérdidas en los cables de antena se recomienda, utilizar cables lo más cortos posible o a su vez aumentar la potencia de transmisión con amplificadores de potencia para tener un mejor nivel de recepción de la señal y establecer un enlace más óptimo.
GRACIAS
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