Enlaces de Larga Distancia Materiales de entrenamiento para instructores de redes inalámbricas

Metas ‣ Entender los retos de ingeniería que plantea la construcción de enlaces de larga distancia.

‣ Darse cuenta de las limitaciones de los enlaces inalámbricos de larga distancia.

‣ Aprender la metodología para la alineación de antenas a distancia.

‣ Examinar ejemplos reales de redes inalámbricas de muy larga distancia.

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Requisitos para Enlaces de Larga Distancia Para un enlace de larga distancia exitoso se debe:

‣ Simular el enlace y realizar el ”site survey”. ‣ Usar estructuras adecuadas para colocar las antenas de manera que la Zona de Fresnel y la curvatura de la tierra puedan ser despejadas.

‣ Elegir equipo especializado, o modificar equipos para distancia corta y transformarlos en equipos de larga distancia.

‣ Utilizar técnicas apropiadas de alineamiento de antenas.

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Paso 1: !Simule el enlace!

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Paso 2: Realice el site survey

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Paso 3:¿Dónde montar el equipo?

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Paso 4: Seleccione y prepare su equipo de larga distancia ‣ El equipo debería escogerse tratando de maximizar el nivel de la señal disponible en ambos extremos del enlace. ‣ Las antenas externas son imprescindibles para enlaces de larga distancia. ‣ Además de las consideraciones de presupuesto, hay asuntos de protocolo que hay que examinar (como tiempo de reconocimiento, nodo escondido y otros problemas de acceso).

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Maximizando el presupuesto de potencia ‣ Aumente la ganancia de la antena en uno o ambos lados del enlace. ‣ Aumente la potencia de transmisión en ambos lados del enlace. ‣ Use radios más sensibles (nivel mínimo utilizable de señal recibida más bajo) en ambos lados del enlace. Pérdida de trayecto

‣ Reduzca pérdidas de línea de transmisión usando cables más cortos o de mejor calidad. 8

Consideraciones prácticas para el presupuesto del enlace ‣ Regulaciones legales sobre la PIRE máxima ‣ Radios de alta potencia y gran sensibilidad son a menudo (pero no siempre) más caros. ‣ Los amplificadores son muy caros y casi nunca son una buena idea. ‣ Las antenas de alta ganancia (parabólicas) suelen ser más grandes, más caras y difíciles de transportar.

‣ Las antenas de alta ganancia son difíciles de alinear a larga distancia y presentan más resistencia al viento. 9

Problemas de temporización El método de acceso al medio de 802.11 prevé un tiempo de espera por el acuse de recibo de las tramas (ACK) muy corto. A distancias mayores de unos 15 km, el tiempo de propagación de las ondas electromagnéticas se hace significativo, por lo que es necesario incrementar el valor del tiempo de espera por encima del estándar. !Se requiere 1 ms para que las ondas de radio viajen 300 km! Algunas tarjetas y drivers (como los de Atheros) permiten el ajuste de la temporización, y con esto, comunicaciones a muy largas distancias. WiMAX y algunos protocolos privativos (como Mikrotik Nstreme, o Ubiquiti AirMAX) usan TDMA para evitar estos problemas de excesivos retardos de los ACK. 10

CSMA vs. TDMA WiFi usa Carrier Sense Multiple Access (CSMA) para evitar colisiones de transmisión. Antes de que un nodo transmita, debe primero escuchar si hay transmisiones de otros radios. El nodo puede transmitir sólo cuando el canal se desocupa. Otras tecnologías (como WiMAX, Nstreme, y AirMAX) usan en cambio Time Division Multiple Access (TDMA). TDMA divide el acceso a un canal determinado en varias ranuras de tiempo, y le asigna estas ranuras a cada nodo en la red. Cada nodo transmite solamente en su ranura asignada, evitando de esta manera las colisiones.

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Tasa de transmisión vs. distancia en 802.11

Tasa de transmisión vs. distancia para transferencia de un archivo FTP simulado con NS2 From Distance Limits in IEEE 802.11 for Rural Networks in Developing Countries by Javier Simo, Andres Martinez, Carlos Figuera and Joaquin Seoane 12

El Nodo “Escondido” Cuando dos clientes están dentro del alcance del mismo AP, pero no el uno del otro, habrá interferencias entre ellas. A esto se le conoce como el problema del nodo escondido. ‣ El problema del nodo escondido se atenúa un poco usando CTS/ RTS (conocido como reservación de canal). ‣ Sin embargo, CTS/RTS implica tiempo adicional para acceso al medio (overhead) por lo que se debe especificar el tamaño máximo de paquete por arriba del cual se usa CTS/RTS. ‣ No es perfecto, pero puede ayudar a costa de disminuir el caudal máximo posible. CTS/RTS debería usarse solo con AP y clientes, no con redes ad hoc.

‣ Sólo relevante en redes punto a multipunto. 13

Enlaces de larga distancia en el mundo real

Perfil de una prueba de 279 km a 2.4 GHz realizada en Abril de 2006 en Venezuela. 14

Enlaces de larga distancia en el mundo real

!

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Perfil de pruebas a 382 km en 2.4 GHz realizada en Abril y Agosto de 2007 en Venezuela. 15

382 km

Se probaron tanto la modificación del tiempo de espera por los ACK como la utilización de TDMA. Este último permitió un aumento del caudal en dos órdenes de magnitud 16

Otras estrategias de larga distancia: repetidores En lugar de probar con un enlace de larga distancia único, a menudo se pueden usar repetidores. Los repetidores son nodos que están configurados para retransmitir tráfico que no está destinado al propio nodo. Añadir repetidores reduce la complejidad de planear un enlace muy largo, pero en contrapartida agrega hardware adicional así como mantenimiento y gastos adicionales.

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Blantyre-Mpingwe-Zomba-Mangochi

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Paso 5: Alineación de la Antena Para alinear parábolas a larga distancia, comience por alinear la antena hacia la dirección aproximada del extremo remoto. Unos metros de cordel pueden ayudarnos a calcular la dirección hacia la cual apunta una antena grande. Recuerde alejar la brújula de objetos ferrosos en la estructura de montaje de la antena.

Cuando tenga una idea aproximada del rumbo, va a necesitar instrumentos adicionales para alinear correctamente la antena. 19

Alineando antenas

+

=

Las herramientas ideales para alinear antenas son un generador de señales y un analizador de espectro, preferiblemente uno de cada uno en ambos extremos del enlace. Al colocar un generador de señales en un extremo del enlace, y un analizador de espectro en el otro, se puede observar la potencia recibida y ver el efecto, en tiempo real, de mover la antena en varias posiciones. 20

Sugerencias para alineación Alinear antenas a distancias muy grandes tiene mucho de arte. Estas sugerencias pueden ayudarle a reducir el tiempo que tarde en alinear la antena “en el punto justo”. ‣ Pruebe todo el equipo de antemano ‣ Lleve equipo de comunicación de respaldo (FRS o equipo de radioaficionados, además de celulares) ‣ Pruebe la señal en ambas direcciones, pero sólo un extremo a la vez. ‣ No toque la antena cuando tome una lectura ‣ No tenga miedo de girar más allá de la mejor señal recibida cuando ajuste la antena. ‣ El ángulo de la antena que corresponde al máximo de señal recibida puede desviarse significativamente de lo esperado, pero confíe en el instrumen. ‣ Cerciórese de que usa la misma polarización en ambos extremos 21

Requisitos del los Enlaces de Larga Distancia Modificando equipos WiFi de consumidor y dotándolos de antenas externas, se pueden construir enlaces muy efectivos de larga distancia en las bandas exentas de licencia. Estas técnicas se han demostrado en instalaciones en varios países. Son particularmente útiles en áreas de baja densidad de población donde la interferencia causada por otros usuarios del espectro es menos probable. Equipos de bajo costo que implementan TDMA son fabricados por Mikrotik y Ubiquiti.

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Gracias por su atención

Para más detalles sobre los tópicos presentados en esta clase, vaya al libro Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en: http://wndw.net/

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