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DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN NODO DE RED INALAMBRICA EN LA BIBLIOTECA COL. CIUDAD BOLIVAR EN ALBOLIZADORA ALTA, EN EL PROYECTO "CIUDAD BOLIVAR LOCALIDAD DIGITAL JOSE ANTONIO USAQUEN RAMIREZ [email protected]

Abstract—Con el fin de implementar los conocimientos adquiridos dentro del programa de ingeniería en telecomunicaciones, teniendo en cuenta la proyección social del establecimiento y el impacto deseado sobre la comunidad de ciudad bolívar, se realiza actualmente un proyecto impulsado por el ministerio de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones llamado Ciudad bolívar localidad digital. Que tiene como finalidad generar diferentes puntos o nodos que generen una red inalámbrica prestando servicios a la comunidad, con el fin de masificar las TIC (tecnologías de la información y las telecomunicaciones) en poblaciones estigmatizadas de bajos recursos. Logrando así un impacto y acercamiento a las TIC de los habitantes de la localidad de ciudad bolívar mejorando así su calidad de vida. Index Terms—inalambricas, nodo,mesh, web

A. 2.1 Objetivos Específicos : Desarrollar e implementar una aplicación web, para difundir los servicios y programas que se desarrollan dentro del col de arbolizadora alta. Calcular e instalar la antena a utilizar en el nodo, de forma tal que su alcance sea de 150 metros con línea de vista (sin obstáculos). Realizar y evaluar estudios de tráfico, cobertura e interferencias para determinar el máximo número de clientes que se podrán interconectar al nodo, las interferencias que puedan afectarlo y en qué forma afectan las condiciones del terreno el alcance final del nodo.

I. I NTRODUCTION III. MARCO TEORICO El ministerio de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones impulsa un proyecto llamado Ciudad Bolívar Localidad Digital. El cual tiene como fin acercar las comunidades del sector de ciudad bolívar a las tecnologías de la información y las telecomunicaciones. En el momento se encuentran ya instalados varios nodos inalámbricos implementados por estudiantes de la universidad distrital, con gran aceptación de la comunidad, ya que estos brindan un servicio gratuito de información y aplicaciones de interés para la comunidad del sector. La visión de este proyecto es tener una cobertura total sobre la localidad con los diferentes nodos próximamente instalados, para así interconectarlos todos en una sola red y poder comunicar las diferentes zonas de la localidad de ciudad Bolívar a través de este medio. Generando un valor agregado a la localidad y mejorando la cálida de vida de sus habitantes. II. OBJETIVOS . Diseñar e implementar un nodo para la red inalámbrica comunitaria de la localidad de Ciudad Bolívar en el Col Arbolizadora Alta, Con el fin de brindar acceso a la comunidad del sector a la información de los servicios que presta el establecimiento en el sector.

En las redes multipunto a multipunto (MESh)no hay un nodo central. Cada nodo de la red transporta el tráfico de tantos otros como sea necesario y todos se comunican directamente entre sí. La ventaja de este tipo de red es que aún si ninguno de los nodos es alcanzable desde el punto de acceso central, igual pueden tener comunicación entre sí. Algunas redes mesh son auto-reparables, detectan de forma automática problemas de enrutamiento y los corrigen. Extender una red mesh es tan sencillo como agregar más nodos. Si uno de los nodos en la “nube” tiene acceso a Internet, esa conexión puede ser compartida por todos los clientes. Dos grandes desventajas de esta topología son el aumento de la complejidad y la disminución del rendimiento . La seguridad de esta red también es importante, ya que todos los participantes pueden en su mayoría transportar el tráfico de los demás. La resolución de los problemas de las redes multipunto a multipunto tiende a ser complicada, debido al gran número de variables que cambian al moverse los nodos. Las redes multipunto a multipunto generalmente no tienen la misma capacidad que las redes punto a punto, o las punto a multipunto, debido a la sobrecarga adicional de administrar el enrutamiento de la red y el uso más intensivo del espectro de radio[10].

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a 600 mW, o más. La potencia TX a menudo depende de la tasa de transmisión. La potencia TX de un dispositivo dado debe ser especificada en los manuales provistos por el fabricante, pero algunas veces puede ser difícil de encontrar. Algunas bases de datos en línea pueden ayudar. Una de ellas es la provista por SeattleWireless (http://www.seattlewireless.net/ HardwareComparison). D. 3.1.2.2 Planificación de nodos en redes MESH.: Las antenas son dispositivos pasivos que crean el efecto de amplificación debido a su forma física. Las antenas tienen las mismas características cuando reciben que cuando transmiten. Por lo tanto una antena de 12 dBi simplemente es una antena de 12 dBi, sin especificar si esto es en el modo de transmisión o de recepción. Las antenas parabólicas tienen una ganancia entre 19 y 32 dBi, las antenas omnidireccionales de 5-17 dBi, y las antenas sectoriales tienen una ganancia de 12-19 dBi. A. 3.1 Planificación de nodos en redes MESH.: Un sistema básico se compone de dos radios, cada uno con su antena asociada, separados por la trayectoria que se va a cubrir. Para que los dos se comuniquen, los radios requieren que la señal proveniente de la antena tenga una potencia por encima de cierto mínimo. El proceso de determinar si el enlace es viable se denomina cálculo del presupuesto de potencia. El que las señales puedan o no ser enviadas entre los radios dependerá de la calidad del equipamiento que se esté utilizando y de la disminución de la señal debido a la distancia, denominado pérdida en la trayectoria [11]. B. 3.1.2 CÁLCULO DEL PRESUPUESTO DEL ENLACE : La potencia disponible en un sistema 802.11 puede caracterizarse por los siguientes factores:

E. 3.1.2.3 Mínimo Nivel de Señal Recibida o sensibilidad del receptor: El RSL (por su sigla en inglés) mínimo es expresado siempre como dBm negativos (- dBm) y es el nivel más bajo de señal que la red inalámbrica puede distinguir. El RSL mínimo depende de la tasa de transmisión, y la tasa más baja (1 Mbps) tiene la mayor sensibilidad. El mínimo va a ser generalmente en el rango de -75 a -95 dBm. Al igual que la potencia TX, las especificaciones RSL deben ser provistas por el fabricante del equipo. F. 3.1.2.4 Pérdidas : Parte de la energía de la señal se pierde en los cables, conectores y otros dispositivos entre los radios y las antenas. La pérdida depende del tipo de cable utilizado y de su longitud. La pérdida de señal para cables coaxiales cortos incluyendo los conectores es bastante baja, del rango de 2-3 dB. Lo mejor es tener cables que sean lo más cortos posible. Cuando se calcula la pérdida en la trayectoria, se deben considerar varios efectos. Algunos de ellos son pérdida en el espacio libre, atenuación y dispersión. La potencia de la señal se ve disminuida por la dispersión geométrica del frente de onda, conocida comúnmente como pérdida en el espacio libre. Ignorando todo lo demás, cuanto más lejanos los dos radios, más pequeña la señal recibida debido a la pérdida en el espacio libre. Esto es independiente del medio ambiente, se debe solamente a la distancia, como lo muestra la figura 3 .

G. enlaces : .

C. 3.1.2.1 Planificación de nodos en redes MESH.: Potencia de Transmisión. Se expresa en milivatios, o en dBm. La Potencia de Transmisión tiene un rango de 30 mW

Esta pérdida se da porque la energía de la señal radiada se expande en función de la distancia desde el transmisor. Utilizando los decibeles para expresar la pérdida y utilizando 2,45 GHz como la frecuencia de la señal, la ecuación para la pérdida en el espacio libre es: [10]. () [1] Donde (pérdida de señal en el espacio libre, Free SpaceLoss, por su sigla en inglés) es expresada en dB y es la distancia en metros

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entre el transmisor y el receptor. La segunda contribución para la pérdida en el camino está dada por la atenuación. Esto ocurre cuando parte de la potencia de la señal es absorbida al pasar a través de objetos sólidos como árboles, paredes, ventanas y pisos de edificios. La atenuación puede variar mucho dependiendo de la estructura del objeto que la señal esté atravesando, y por lo tanto es muy difícil de cuantificar. La forma más conveniente de expresar esta contribución a la pérdida total es agregando una “pérdida permitida” a la del espacio libre. Por ejemplo, la experiencia demuestra que los árboles suman de 10 a 20 dB de pérdida por cada uno que esté en el camino directo, mientras que las paredes contribuyen de 10 a 15 dB dependiendo del tipo de construcción [10]. A lo largo del trayecto del enlace, la potencia de RF (radio frecuencia) deja la antena transmisora y se dispersa. Una parte de la potencia de RF alcanza a la antena receptora directamente, mientras que otra rebota en la tierra. Parte de esa potencia de RF que rebota alcanza la antena receptora [10]. Puesto que la señal reflejada tiene un trayecto más largo, llega a la antena receptora más tarde que la señal directa. Este efecto es denominado multitrayectoria, desvanecimiento, o dispersión de la señal. En algunos casos las señales reflejadas se añaden y no causan problemas. Cuando se suman en contrafase, la señal recibida es muy baja llegando inclusive a anularse por las señales reflejadas. Este fenómeno es conocido como anulación. Existe una técnica simple utilizada para tratar con la multitrayectoria, llamada diversidad de antena. Consiste en agregar una segunda antena al radio. De hecho, la multitrayectoria es un fenómeno muy localizado. Si dos señales se suman fuera de fase en una determinada ubicación, no lo harán en otra ubicación en las cercanías. Si tenemos dos antenas, al menos una de ellas será capaz de recibir una señal utilizable, aún si la otra está recibiendo una señal distorsionada. En aplicaciones comerciales se utiliza diversidad de antenas conmutadas: tienen múltiples antenas en múltiples entradas con un único receptor. Por lo tanto la señal es recibida por una única antena a un mismo tiempo [10]. Cuando se transmite, el radio utiliza la última antena usada para la recepción. Los equipos más modernos usan varias cadenas independientes de transmisión, cada una conectada a su propia antena y la correspondiente configuración en el receptor, en lo que se conoce como MIMO (Multiple Input,

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Multiple Output), lo que consigue mejorar notablemente el caudal neto recibido. Esta es una de las tecnologías utilizadas en el estándar IEEE 802.11n. La distorsión generada por la multitrayectoria degrada la habilidad del receptor de recuperar la señal de manera similar a la pérdida de señal. Una forma simple de tomar en cuenta los efectos de la dispersión para el cálculo de la pérdida en el trayecto es cambiar el exponente del factor distancia en la fórmula de pérdida en el espacio libre. El exponente tiende a incrementarse con la distancia en un medio ambiente con mucha dispersión. En el exterior con árboles se puede utilizar un exponente de 3, mientras que en el caso de un medio ambiente interno puede usarse uno de 4. Cuando se combinan pérdida en el espacio libre, atenuación y dispersión, la pérdida en el camino es: ()()() [2] Donde es el exponente mencionado. Para realizar una estimación aproximada de la viabilidad del enlace, se puede considerar solamente la pérdida en el espacio libre. El medio ambiente puede generar pérdida adicional de señal, y debe ser considerado para una evaluación exacta del enlace. De hecho, el medio ambiente es un factor muy importante, y nunca debe ser descuidado. Para evaluar si un enlace es viable, debemos conocer las características del equipamiento que estamos utilizando y evaluar la pérdida en el trayecto. Cuando hacemos este cálculo, la potencia TX debe ser sumada sólo en uno de los lados del enlace. Si está utilizando diferentes radios en cada lado del enlace, debe calcular la pérdida para cada dirección (utilizando la potencia TX adecuada para cada cálculo). Sumar todas las ganancias y restar las pérdidas resulta en: [3] Donde es la potencia de transmisión del radio 1, son las ganancias de las antenas de los radios 1 y 2 respectivamente, son las pérdidas en los cables de los radios 1 y 2 respectivamente y es la ganancia total. Restar la Pérdida en el trayecto de la Ganancia Total da: [4] Donde es la ganancia total, son las pérdidas en el trayecto y es el nivel de señal en un lado del enlace. Si el nivel de señal resultante es mayor que el nivel mínimo de señal recibido, entonces el enlace es viable. La señal recibida es lo suficientemente potente como para que los radios la utilicen. El RSL mínimo se expresa siempre en dBm negativos, por lo tanto -56 dBm es mayor que -70 dBm. En un trayecto dado, la variación en un período de tiempo de la pérdida en el trayecto puede ser grande, por lo que se debe considerar un margen (diferencia entre el nivel de señal recibida y el nivel mínimo de señal recibida). Este margen es la cantidad de señal por encima de la sensibilidad del radio que debe ser recibida para asegurar un enlace estable y de buena calidad durante malas situaciones climáticas y otras anomalías atmosféricas. Un margen de 10-15 dB está bien. Para brindar algo de espacio para la atenuación y la multitrayectoria en la señal de radio recibida, se debe tener un margen de 20 dB[9]. Una vez que haya calculado el presupuesto del enlace en una dirección, debe hacer lo mismo en el otro sentido. Substituya la potencia de transmisión del segundo radio y compare los resultados con el nivel mínimo de señal recibida en el primer radio. H. 3.2.1.5 El modelo Cliente-Servidor : Los elementos principales de la arquitectura cliente servidor son justamente el elemento llamado cliente y el otro elemento

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llamado servidor. Por ejemplo dentro de un ambiente multimedia, el elemento cliente seria el dispositivo que puede observar el vídeo, cuadros y texto, o reproduce el audio distribuido por el elemento servidor. Por otro lado el cliente también puede ser una computadora personal o una televisión inteligente que posea la capacidad de entender datos digitales. Dentro de este caso el elemento servidor es el depositario del vídeo digital, audio, fotografías digitales y texto y los distribuye bajo demanda de ser una máquina que cuenta con la capacidad de almacenar los datos y ejecutar todo el software que brinda éstos al cliente [11], la gráfica 4 muestra la topologia anteriormente explicada.

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J. 3.2.1.7 PLATAFORMAS COMPATIBLES : En GNU/Linux: Después de bajar el archivo de distribución en un directorio bajo el sitio del servidor web, ejecute la descompresión porque el archivo generalmente viene en formato zip. Este programa no necesita recompilarse porque se basa en php que es un lenguaje interpretado. Por ejemplo: si el root de su sitio web es /var/www/html es posible crear un directorio que se llame /var/www/html/joomla donde quedarán todos los guiones del programa. * En Windows: Es necesario descomprimir el archivo dentro de un directorio en la raíz del servidor web por ejemplo si apache está instalado en c:\apache, el archivo se debe crear en c:\apache\htdocs\joomla. Se asume que el usuario ha trabajado con el servidor Apache y el gestor de bases de datos MYSQL, por ello es necesario que antes de iniciar el proceso de instalación, tanto para Windows como para GNU/Linux se haya creado una base de datos en mysql con el correspondiente usuario y permisos; el siguiente paso a ejecutar es por medio del navegador, se debe entrar al directorio que se ha creado, siguiendo con nuestro ejemplo se debe ingresar al url, http://su_sitio.com/joomla de forma que se correrá un asistente que lo guiará hasta el final de la instalación. En Mac OSX: Se puede hacer de dos maneras. O bien activando el ordenador como servidor Apache mediante la función "compartir web" en Preferencias del Sistema, o instalando una aplicación denominada MAMP que a su vez instala MySQL, PHP 5 y Apache 2. De esta manera el contenido del archivo .zip de Joomla! debe ser colocado en la carpeta: Aplicaciones/MAMP/htdocs/ y luego iniciar la instalación. IV. ESTADO DEL ARTE

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I. 3.2.1.6 Sistemas de Gestión de contenidos : Joomla! Joomla! es un sistema gestor de contenidos creado principalmente para la organización y visualización de contenidos, pero que poco a poco ha ido agregando más funcionalidades, tanto que hoy en día puede ser usado para muchísimas cosas, por ejemplo, una tienda virtual, una comunidad, un catálogo y un gran etc; cabe mencionar que un administrador de contenidos es una aplicación, script o programa que gestiona, organiza y publica artículos de contenido para ser organizado y mostrado de forma clara[12]. Joomla! es una aplicación de código abierto programada mayoritariamente en PHP bajo una licencia GPL. Este administrador de contenidos puede trabajar en Internet o intranets y requiere de una base de datos MySQL, así como, preferiblemente, de un servidor HTTP Apache. En Joomla! se incluyen características como: mejorar el rendimiento web, versiones imprimibles de páginas, flash con noticias, blogs, foros, polls (encuestas), calendarios, búsqueda en el sitio web e internacionalización del lenguaje. Su nombre es una pronunciación fonética para anglófonos de la palabra swahili jumla, que significa "todos juntos" o "como un todo". Se escogió como una reflexión del compromiso del grupo de desarrolladores y la comunidad del proyecto

A. 4.1 Antecedentes: INTERNACIONALES : Buenos Aires Libre: Es una red inalámbrica comunitaria la cual cubre la ciudad de Buenos Aires, en Argentina y sus alrededores. La infraestructura y los nodos son de cada usuario, es decir, cada usuario es responsable del mantenimiento de su nodo; a diferencia de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar, Buenos Aires libre utiliza topología tipo estrella y tienen una página en internet con toda la información detallada de nodos en funcionamiento, en mantenimiento y en construcción, además de información detallada acerca de cómo se diseña un nodo, cómo se diseñan las antenas, etc[1]. * Rosario Sin Cables: es una red digital de área metropolitana (MAN) de carácter comunitario para la ciudad de Rosario (Argentina) y sus alrededores, utilizando tecnología inalámbrica y surge de la unión de Rosario-Wireless y W.U.G.Ro, con el fin de aunar esfuerzos dado que ambos grupos compartían prácticamente el mismo objetivo, desplegar y mantener una red de datos libre y comunitaria, como una alternativa local a Internet para ofrecer contenidos, entre otras aplicaciones de carácter comunitario. La expansión de la misma es llevada a cabo gracias a la participación de sus integrantes. Además regularmente se realizan diferentes actividades de difusión y aprendizaje, tales como talleres en donde se enseña a construir antenas caseras y nodos con equipos accesibles [2]. * Guifi.net: es una red de telecomunicaciones abierta, libre y neutral que se vertebra a partir de un acuerdo

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de interconexión entre iguales, donde cada participante, al conectarse, extiende la red y obtiene conexión con todos los demás. Cubre España y gran parte de la Península Ibérica, es una de las más grandes del mundo, tiene página en internet donde publican los últimos avances realizados en la red y estadísticas de nodos activos, en construcción y en pruebas [3]. * Zamora Wireless: es el gran ejemplo mundial de aplicaciones inalámbricas, el case study que utilizó Intel para vender las posibilidades de la tecnología, ha terminado en un estrepitoso fracaso. Sitios web, blogs y hasta periódicos convencionales, como Ciberpaís ("La ciudad de Zamora, ejemplo mundial por su conexión a Internet, se queda sin hilos", El País, 13 mayo 2004) se hacen eco del desastre, y dan espacio a la asociación de afectados Lanza Wireless Zamora, que se ha movilizado denunciando el caso [13]. * Chile Sin Cables: Se trata de una comunidad abierta que experimenta y comparte sus conocimientos con grupos y comunidades, especialmente de bajos ingresos, para proveer de acceso a sistemas de conectividad que ayuden a mejorar la calidad de vida y promoviendo el uso de software libre. Ubicada en Chile pero no se sabe qué tanto cubre al país, ya que su página de internet no tiene mayores detalles acerca de cantidad de nodos ni de ubicación de los mismos como sus anteriores [4], [5]. * Montevideo Libre: Es un proyecto dedicado a la creación y organización de una red de datos libre en la ciudad de Montevideo, Uruguay, y alrededores. Es una red de computadoras, donde cada uno puede conectarse con otras computadoras, de la misma forma que lo hacemos en una pequeña red en una oficina, o en casa. Utilizan todo tipo de tecnologías de comunicación, siendo los estándares 802.11a/b/g/n (WiFi) los principales. Mediante esta tecnología se conectan unos con otros, formando una gran red que pretende cubrir toda la ciudad. El proyecto es absolutamente abierto y tienen también página web con toda la información detallada[6]. B. 4.1.2 NACIONALES : Medellín Wireless: Es un proyecto no comercial y de carácter independiente que busca la integración de los diferentes proyectos que actualmente se desarrollan en Colombia. Pretenden ser el punto de encuentro que logre coordinar e impulsar proyectos colaborativos pro redes sin cables en Medellín y en Colombia. Su principal objetivo es crear en las ciudades, los pueblos y los barrios una nube que Techo a Techo permita el acceso libre a las redes e internet[7]. C. 4.1.3 LOCALES : Bogotá Mesh (Colombia): Es una red comunitaria en la ciudad de Bogotá que tiene como objetivo disminuir la brecha digital en la ciudad, esta red cuenta ya con varios nodos activos, y otros en implementación, en la página se encuentra la información pertinente a la creación de los nodos, así como información sobre el software y el hardware. * Dentro del desarrollo de “Ciudad Bolívar Localidad Digital, se han implementado varios nodos en la localidad, algunos de los cuales ya están activos y otros en planeación, los nodos son los siguientes:

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• Nodo BARRIO PARAISO MIRADOR - Sede preescolar del colegio Paraíso Mirador. - Yesid rodríguez • Nodo Facultad Tecnológica Universidad Distrital Francisco José de Caldas -Nodo en proyección- Raúl becerra. • Nodo CED José María Vargas Vila • Nodo instalado pero Off-line por robo de PC donde estaban alojados los servicios. • Nodo UD Ispa Jerusalén - Nodo en proyección - Juan David Rodríguez - John Camacho • Nodo Eco parque -En construcción - Sergio Rojas Wilmer Blanco • Nodo Taller de mis sueños - En construcción - Carlos Julio Patiño • Nodo Alcaldía local de ciudad bolívar – En proyección Carlos Zambrano • Nodo Fundación Bellaflor –En proyección -Andersson Callejas[13 V. REFERENCES [1] C. BuenosAiresLibre, “BuenosAiresLibre | bienvenido/a aBuenosAiresLibre:,”, Dec. 2008. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://www.buenosaireslibre.org/. [2] RosarioSinCables, “RosarioSinCables | bienvenido/a a RosarioSinCables:,”, Feb. 2009. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://www.rosariosincables.net.ar/ [3] L. Dalmau, “noticias de guifi.net - castellano | guifi.net,”, Sep. 2010. [Online]. Consulted: Nov. 2010. Available: http://guifi.net/es. [4] E. B. B, “El WiFi social en chile: entrevista con iniciativa chilewirelesssincables.cl | conexión social,” Mar. 2006. [Online]. Consulted: Nov. 2010. Available: http://www.conexionsocial.cl/node/2. [5] Anonimo, “Sincables,”. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://www.sincables.cl/. [6] Uricio, “Portada,” Nov. 2010. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://montevideolibre.org/. [7] Eder, Diego, Alejo, and Daniel, “Colombia sin CablesMedellinwireless,” Mar. 2011. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://co.lab.cohete.net/wifi/MiTiN_2.html. [8] E. C. Ovalle, “Habia una vez en bella flor,” Mar. 2011. [Online]. Consulted: Nov. 2010. Available: http://www.udtecnovirtual.org/index. php?option=com_content&view. [9] ——, “Memorias IV foro: Dia 3 las TIC mejorando la calidad de vida,” Mar. 2011. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://www.udtecnovirtual. org/index.php?option=com_content&view=article&id=573%3Aivforodia3&catid=1%3Alatest-news&Itemid=1 [10] R. Flickenger, C. Aichele., S. Buttrich, and L. M. Drewett, Redes Inalámbricas en los Paises en Desarrollo, 3rd ed., Sep. 2008, vol. 1. [11] I. telecommunicationsUnion, “X.170 : Arquitectura de la gestion de red a red para redes de datos.” vol. 1, no. 1, p. 17, Jun. 1999. Consulted: Mar. 2011. [Online]. Available: http://www.itu.int/rec/T-RECX.170-199906-I. [12] C. de Joomla en Colombia, “F.A.Q joomla! en colombia,” 2009. [Online]. Consulted: Mar. 2011. Available: http://www.joomlaencolombia.net/zona-newbie/faq. [13] IBLNews, “Zamora Wireless, el case study de Intel, termina en fracaso”, may de 2004. [Online]. Consulted: Mar.

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2011. Available: http://www.domoticaviva.com/noticias/052250504/news12.htm.

JOSE USAQUEN Graduado de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas y estudiante vigente de la misma estudiante estudios especificos .