Capítulo X

Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Electrónica

Informe Proyecto FDI “Difusión Multimedial Inalámbrica

IP”

10 de enero de 2003

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Las secciones uno a 11 de este informe están basadas completamente en el trabajo de titulación, para optar al título de ingeniero civil electrónico, “Desarrol lo de una red inalámbrica IP en Viña del Mar y Valparaíso”, de los señores Rodrigo Andrés Godoy Schichaschwili y Manuel Crystian Orellana Figueroa. Estas secciones presentan pequeñas diferencias con el trabajo de título para que pudiese adoptar el carácter de informe de proyecto.

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Índice de contenidos Resumen 5

Prefacio 7

Sección 1: Introducción 9

Sección 2: Objetivos 13

Sección 3: Tecnologías inalámbricas 15

3.1 Compatibilidad, [http://www.icomun.com/Tutorial802.11.htm] 15 3.2 Estructura de redes inalámbricas, [http://www.icomun.com/Tutorial802.11.htm] 16 3.3 Seguridad 17 3.4 Productos disponibles 18 Sección 4: Equipamiento 21

Sección 5: Propuesta de red en Viña del Mar 29

5.1 Selección de establecimientos 30 5.2 Observaciones en terreno 31 5.3 Proposición de la red inalámbrica 33 Sección 6: Factibilidad de la red en Viña del Mar 37

6.1 Ganancias y pérdidas en las estaciones 37 6.2 Estimación de las pérdidas por trayectoria 40 6.3 Análisis de factibilidad 41 Sección 7: Propuesta de red en Valparaíso 45

7.1 Selección de establecimientos 46 7.2 Observaciones en terreno 48 7.3 Proposición de la red inalámbrica 49 Sección 8: Factibilidad de la red en Valparaíso 53

8.1 Ganancias y pérdidas en las estaciones 54 8.2 Estimación de las pérdidas por trayectoria 58 8.3 Análisis de factibilidad 59 Sección 9: Implementación 65

9.1 Establecimientos 65

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9.2 Topografía de la red 66 9.3 Topología de la red 68 9.4 Configuración de la red 69 9.5 IP 71 9.6 Hardware, instalación y configuración 72 Sección 10: Resultados 73

Sección 11: Conclusiones 83

Bibliografía 85

Anexos 87

A.1 Establecimientos de Viña del Mar 89A.2 Establecimientos de Valparaíso 99A.3 Modelos de propagación 113A.4 Enlaces en Viña del Mar 119A.5 Enlaces en Valparaíso 137A.6 Hardware 165A.7 Estudios de servicio multimedia 171A.8 Sincronización de contenidos multimediales en un entorno de Real System: SMIL

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A.9 Planteamiento y desarrollo de Sistema de Estadísticas 233A.10 CD Soporte y Manuales 267

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Resumen El presente informe de proyecto considera el desarrollo de una red inalámbrica IP basada en el protocolo 802.11b, en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso, en el marco del proyecto FDI “Difusión Multimedial Inalámbrica IP”. Para ello se comparan las diferentes alternativas inalámbricas disponibles en el mercado en función de su compatibilidad, estructuras de red y seguridad.

El proyecto tiene como meta probar que los accesos Internet inalámbricos basados en el estándar WiFi son una opción válida para resolver el problema de la última milla para redes comunitarias. Específicamente la aplicación en este caso apunta a masificar el uso de las nuevas tecnologías de información y comunicación principalmente en la educación media. Para estos efectos, se realiza una preselección de establecimientos educacionales. Se efectúan visitas en terreno a cada uno de los establecimientos, donde se obtiene información de su ubicación geográfica, su entorno urbano y su grado de visibilidad con otros establecimientos o puntos estratégicos en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso que cumplen las condiciones mínimas para la implementación de un radioenlace a 2,4 GHz. El análisis posterior indica que son factibles de implementar 26 enlaces en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso. Una vez diseñada la red e instalado el equipamiento necesario en los establecimientos involucrados, se comprueba el correcto funcionamiento de los enlaces, comparando los valores de diseño con los valores obtenidos en terreno. Si bien en el proyecto se utilizó la metodología de trabajo en equipo, desde el punto de vista formal, Rodrigo Godoy Schichaschwili y Manuel Orellana Figueroa son responsables del desarrollo del trabajo en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso respectivamente. Palabras clave: Acceso inalámbrico IP, estándar WiFi, redes comunitarias, protocolo

IEEE 892.11b, enlaces de radiorecuencia a 2,4 GHz

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Prefacio El presente informe de proyecto considera el desarrollo de una red inalámbrica IP basada en el protocolo 802.11b, en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso, en el marco del proyecto FDI “Difusión Multimedial Inalámbrica IP”. Para ello se comparan las diferentes alternativas inalámbricas disponibles en el mercado desde el punto de vista de compatibilidad, estructuras de red y seguridad.

El proyecto tiene como meta probar que los accesos Internet inalámbricos basados en el estándar WiFi son una alternativa válida para resolver el problema de la última milla para redes comunitarias. Específicamente la aplicación en este caso apunta a masificar el uso de las nuevas tecnologías de información y comunicación principalmente en la educación media. En la sección 1 se resume el desarrollo que han experimentado las denominadas tecnologías de información y comunicación destacando su vinculación con las alternativas tecnológicas de los sistemas de transmisión de datos actuales. En la sección 2 se definen los objetivos del presente informe. En la sección 3 se analiza el tipo de tecnología a utilizar y muestra un detalle de las alternativas que presentan los proveedores de hardware que nos permitan cumplir con los objetivos definidos en la sección 2. La sección 4 tiene como función presentar el equipamiento necesario para la implementación de la red inalámbrica, haciendo hincapié en las características más relevantes (ganancia, pérdidas, potencia, sensibilidad, etc.) del hardware. Esta información es utilizada extensivamente en las secciones siguientes. Las secciones 5 y 7 tienen como objetivo definir una propuesta de red en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso, respectivamente. La metodología utilizada consiste primeramente en seleccionar los establecimientos según criterios establecidos en el proyecto; posteriormente verificar condiciones básicas para la implementación de los radioenlaces mediante observaciones en terreno y finalmente analizar la información recopilada para determinar la mejor solución en las ciudades de interés. Las secciones 6 y 8 pretenden verificar la factibilidad de los radioenlaces propuestos en las secciones previas, fundamentalmente en términos del nivel de señal esperado en el receptor. Para lograr esto, se plantean balances de pérdidas y ganancias para cada uno de los enlaces, utilizando para modelar las pérdidas por trayectoria, modelos de propagación conocidos, como son pérdidas de espacio libre y modelo de pérdidas de COST-Hata (utilizado preferentemente para sistemas celulares). Estos modelos son ponderados

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utilizando un criterio arbitrario basado en las observaciones en terreno, dependiendo del entorno urbano donde se encuentran ubicados los establecimientos. Las secciones 9 y 10 resumen la implementación práctica de la red inalámbrica y los resultados reales obtenidos en la instalación de los dispositivos, en lo que refiere a señal recibida en el receptor. Finalmente en la sección 11 se explicitan las conclusiones del trabajo desarrollado.

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Sección 1: Introducción Para nadie es un misterio que el sostenido avance tecnológico experimentado durante las últimas décadas ha modificado la forma de vida de las personas, y por que no decirlo, de toda la sociedad. La Internet, hija pródiga de la integración de las telecomunicaciones y las redes de computadores, hoy se consolida como protagonista principal del milenio que recién comienza. En Chile, este fenómeno se observa a todo nivel. Las empresas ven en Internet una nueva forma de publicitar y vender sus productos o servicios. El gobierno busca mejorar la calidad de vida de las personas, a través de la incorporación de servicios en línea, que permiten efectuar trámites de una manera rápida y cómoda. Las radioemisoras ponen a disposición de sus auditores su programación a través de la red, etcétera. Algunos ejemplos destacados se observan en la figura 1.1, son los sitios web de Falabella (www.falabella.cl), Trámite Fácil del Estado de Chile (www.tramitefacil.gob.cl) y Rock & Pop (www.rockandpop.cl) respectivamente.

Figura 1.1: Ejemplos de usos de Internet.

No obstante lo anterior, un punto clave a considerar en el desarrollo del país es la incorporación de estas nuevas tecnologías en la educación. Con este precepto, el Ministerio de Educación de Chile incluye en su Reforma Educacional de 1996, el uso de las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC) fundamentalmente a través del proyecto Enlaces [http://www.mineduc.cl/reforma/]. Sin embargo, el principal

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problema que hoy en día limita el uso de estas TIC, es la capacidad de proveer a los establecimientos educacionales de una velocidad de acceso a la red acorde con las necesidades actuales. Existen diversas alternativas de conexión considerablemente superiores a la transmisión de datos sobre módem con capacidad telefónica convencional:

• •

• •

Transmisión digital por fibra óptica Transmisión sobre el par telefónico convencional (xDSL: Digital Subscriber Line) Transmisión por cable (Uso del tendido de TV Cable convencional) Transmisión inalámbrica

La fibra óptica es el medio ideal porque ofrece un elevado ancho de banda y garantiza una transmisión con una baja tasa de errores. Sin embargo, en nuestro país, la red de fibra óptica no presenta una gran difusión, lo que en términos de instalación y operación introduce costos demasiado elevados como para considerar la transmisión por fibra óptica una alternativa viable. El acceso por xDSL y cable no se ha generalizado aún en el país. La instalación requiere de condiciones especiales en la línea de abonado, que permita la transmisión de datos full duplex a alta velocidad, o, en su defecto del tendido de par telefónico o cable, según corresponda, lo que implica un elevado costo, sobre todo en áreas rurales o de difícil acceso. Lo anterior, dificulta la incorporación de nuevos puntos, limitando la escalabilidad del sistema. Además, existe un costo asociado al uso del servicio propiamente tal, junto con destacar que la operación y mantención del sistema sólo puede ser efectuada por la empresa que provee el servicio. El acceso inalámbrico, en contraste con las tecnologías anteriores, sólo requiere de un estudio de factibilidad de los radioenlaces. La instalación es un proceso relativamente simple, lo que implica un bajo costo. La operación y mantención del sistema puede ser efectuado por cualquier persona capacitada, disminuyendo notoriamente los costos por estos conceptos. El uso de la banda no licitada, elimina el concepto de costo por utilizar el servicio. Además, la incorporación de nuevos puntos no involucra una complejidad extra, por lo que es altamente escalable. Sin embargo, la implementación del sistema requiere de una inversión inicial considerable en términos de adquisición de equipos, y como todo enlace inalámbrico, presenta menor confiabilidad que sus similares alámbricos. Un análisis de las alternativas mencionadas nos permite concluir que el sistema de acceso inalámbrico es el que presenta mayores ventajas comparativas en términos de instalación, operación, mantención, escalabilidad y costos. Dado lo anterior, y como una forma de introducir esta nueva tecnología en país, se presentó el proyecto “Difusión Multimedial Inalámbrica IP”

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[http://inalambrico.reuna.cl], impulsado por la Red Universitaria Nacional, el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de la Frontera y el Departamento de Electrónica de la Universidad Técnica Federico Santa María al fondo concursable FDI de CORFO. El proyecto plantea fundamentalmente utilizar la tecnología de transmisión inalámbrica para distribuir material en video a 60 establecimientos educacionales de las regiones V de Valparaíso y IX de La Araucanía como complemento a las asignaturas que se adaptan a la reforma curricular emprendida por el gobierno.

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Sección 2: Objetivos El objetivo fundamental del proyecto FDI “Difusión Multimedial Inalámbrica IP” (para el Departamento de Electrónica de la UTFSM) es desarrollar un sistema inalámbrico de multidifusión IP de alta velocidad y de bajo costo en la banda S, para distribuir contenido multimedia a diversos establecimientos educacionales de las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso. La banda S corresponde a una banda de frecuencia comprendida entre los 2,4000 GHz a 2,4835 GHz. Su principal ventaja radica en que es una banda no licitada, en otras palabras, es de libre uso, por lo que no es necesario pagar por utilizarla. Existen, sin embargo, algunas desventajas al utilizar dicha banda:

•

•

•

• •

• • • • •

Se produce interferencia por dispositivos que operen en la misma banda de frecuencia, en particular hornos de microondas y posiblemente, de equipos médicos. La tecnología desarrollada para hacer uso de esta banda no fue inicialmente concebida para grandes distancias. En caso de que haga uso de equipamiento especial para cubrir distancias que excedan los 50 metros, debe diseñarse a los radioenlaces para que presenten una trayectoria libre de obstrucción.

Estas son las dificultades que se deberán abordar en el desarrollo del proyecto. Para cumplir con el objetivo principal, definiremos etapas u objetivos intermedios:

Análisis de la tecnología inalámbrica Selección de los establecimientos educacionales a formar parte del sistema de acuerdo a los requerimientos establecidos en el proyecto FDI Análisis de las alternativas de enlaces desde un punto de vista teórico y práctico Definición de la red inalámbrica a implementar (solución propuesta) Desarrollo de un manual de instalación Instalación y configuración de hardware y software en algunos puntos de prueba* Comprobación del funcionamiento del sistema*

* La ejecución de estos puntos se encuentra condicionada a la aprobación de la solución propuesta, no en aspectos técnicos, sino económicos. En la sección siguiente, se analiza la tecnología inalámbrica.

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Sección 3: Tecnologías inalámbricas Como sucede generalmente con las nuevas tecnologías, nacen de la necesidad de mejorar o simplificar la vida. Es así como el concepto de sistemas inalámbricos surge de la necesidad de agregar movilidad de los dispositivos existentes. El lema sería “en cualquier momento, en cualquier lugar”. La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) estableció en 1997 el estándar para redes inalámbricas 802.11, el cual definía velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps. En términos prácticos, dicho estándar no se perfilaba como una alternativa realmente competitiva en el mercado, sobretodo si se considera que la mayoría de las redes locales ya soportaban, al menos, 10 Mbps, [http://www.baquia.com]. La salvación vino con la revisión 802.11b, que permitía alcanzar 11 Mbps en la banda no licitada de 2.4 GHz, utilizando modulación CCK (Complementary Coding Keying). Este incremento en las tasas de transmisión marcó el comienzo de la masificación de los sistemas inalámbricos para la transmisión de datos en redes de área local. Y como todo es susceptible de mejorar, sobrevino la tercera revisión del estándar, denominado 802.11a, el cual especifica velocidades de transmisión de hasta 54 Mbps operando en la banda de los 5.8 GHz, [http://www.baquia.com]. Destacamos que actualmente se encuentra en desarrollo el estándar 802.11g que opera en la banda de 2.4 GHz y debería ser compatible con 802.11b pero con velocidades de transmisión de hasta 54 Mbps [http://www.baquia.com]. Dado que en el proyecto se ocupo el estándar 802.11b y ya que es el más utilizado actualmente, se mencionaran algunas características de éste, como también algunos tipos de configuración y cuales son las opciones que las diferentes empresas tienen para los consumidores.

3.1 Compatibilidad, [http://www.icomun.com/Tutorial802.11.htm] Como se mencionó anteriormente, el estándar 802.11b fue diseñado para operar en los 2.4 GHz en lo que se conoce como banda S (ISM: Industrial, Scientific and Medical) utilizando tecnología DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), limitándose su potencia máxima a menos de 1 W. Si bien es cierto que el principal desarrollo de esta tecnología vino de mano de Lucent Technologies, las oportunidades de negocios hicieron que otras compañías del rubro (Cisco, 3Com, D-link, etcétera) entraran al mercado. Esto obligó a que las empresas del rubro desarrollaran sus soluciones de manera que fueran

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compatibles con la de otros. Esta interoperabilidad fue promovida por Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) y se denomina WI-FI (Wireless Fidelity), y los productos etiquetados como “WI-FI compliant” aseguran compatibilidad entre ellos

3.2 Estructura de redes inalámbricas, [http://www.icomun.com/Tutorial802.11.htm] WLANS (Wireless LANs) pueden ser utilizadas en substitución de LANs alámbricas, o como extensión de las mismas. Principalmente podemos distinguir dos tipos de estructuras de redes inalámbricas: 3.2.1 Estructuras basadas en IBBS (Independent Basic Service Set) Una estructura basada en un conjunto de servicios básicos independientes consiste en una red en la cual no existe un ente central que administre los recursos, y la comunicación se realiza directamente (peer to peer) entre los integrantes de la red. En este sentido, el diámetro de cobertura de la red está definido por la distancia máxima de cobertura entre dos estaciones.

Figura 3.2.1: Estructura basada en IBBS

IBSS

3.2.2 Estructuras basadas en BBS (Basic Service Set) Una estructura basada en un conjunto de servicios básicos consiste en una red en la cual si existe un dispositivo central que cumple la función de coordinación. La comunicación de todas las estaciones se realiza con este dispositivo central, el cual determina quién y cuándo puede transmitir. En este tipo de estructura, el radio de cobertura es aproximadamente el doble de la distancia máxima de cobertura entre dos estaciones.

Figura 3.2.2: Estructura basada en BBS

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BSS

Adicionalmente podemos mencionar que las interconexiones de las redes inalámbricas (o sistemas de distribución) puede ser efectuadas ya sea de forma inalámbrica (comunicación inalámbrica entre los puntos centrales) ó de forma alámbrica (comunicación alámbrica entre los puntos centrales).

Figura 3.2.3: Sistemas de distribución para redes inalámbricas.

BSS

BSS

Distribution

System

BSS

BSS

Distribution

System

3.3 Seguridad El IEEE 802.11b provee seguridad en dos formas:

• Autenticación • Criptografía

Autenticación es la forma por la cual se verifica si una estación está autorizada para comunicarse con una segunda estación en un área de cobertura. En el modo de stand alone, la autenticación es establecida entre el AP y la estación del cliente. La autenticación puede ser un “Open System” o “Shared Key”. En un Open System, cualquier estación puede solicitar la autenticación. La estación que recibe la solicitud puede otorgar la el permiso a cualquiera, o solamente a estaciones que se encuentran en

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la lista de usuarios definidos. En un sistema Shared Key, solamente las estaciones que posen una llave secreta criptográfica pueden ser autenticadas. La criptografía fue elaborada para proveer un nivel de seguridad comparable al que se encuentra en una LAN cableada. El “Wired Equivalent Privacy (Privacidad Equivalente al Alámbrico) (WEP)” tiene características que utilizan el algoritmo RC4 PRNG, de la empresa RSA Data Security, Inc. Originalmente se utilizó encriptación de 48 bits, pero en los sistemas modernos lo usual es encontrar encriptación de 128 bits. Lo recomendable por seguridad es utilizar una mezcla de autenticación con encriptación [http://www.icomun.com/Tutorial802.11.htm].

3.4 Productos disponibles Diferentes empresas han apostado por la masificación de los sistemas inalámbricos, como es el caso de Cisco, 3Com y Orinoco (Agere). Todos estos productos presentan similitudes debido a que son WI-FI compilant, lo que asegura interoperabilidad entre ellos, es decir, trabajan en la misma frecuencia, poseen mismo algoritmo de encriptación etc. Cisco [http://www.3com.com] Cisco tiene participación en el mercado inalámbrico con una serie de productos entre los que destaca la serie Aironet 350. En principio esta pensado para la oficina, pero incorpora la posibilidad de realizar enlaces de mayor distancia mediante la utilización de antenas sin necesidad de cargar firmware diferente en los dispositivos.

Figura 3.4.1: Productos Cisco.

En la figura 3.4.1, destacamos de izquierda a derecha el Cisco Aironet 350 Series Wireless Bridge y Cisco Aironet 350 Series Client Adapters (Punto de Acceso y tarjetas inalámbricas respectivamente).

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3Com [http://www.3com.com] Esta empresa posee diferentes productos dependiendo del uso. Hay bastante diferencia si se quiere usar como solución para la oficina o como bridge inalámbrico, no siendo posible pasar de un simple punto de acceso a un bridge por limitaciones de hardware. A diferencia de Cisco, estos productos son de fácil instalación y configuración para un usuario sin conocimientos previos.

Figura 3.4.2: Productos 3Com.

En la figura 3.4.2, destacamos de izquierda a derecha el Wireless LAN Access Point 2000, Wireless LAN Access Point 8000, Wireless Building to Building Bridge (Puntos de Acceso) y Wireless LAN PC Card with XJACK Antenna (tarjeta inalámbrica). Los puntos de acceso de 3Com difieren en las opciones de configuración y la cantidad de usuarios ó clientes que soportan. Agere Orinoco [http://www.orinocowireless.com] Los productos de la familia Orinoco también presentan diferencias para soluciones de oficina o para soluciones “outdoor” (término ocupado para señalar conectividad inalámbrica entre edificios o ciudades). Los dispositivos centrales son capaces de funcionar como puntos de acceso o como bridges inalámbricos, más conocido como Outdoor Routers (ORs), dependiendo de la licencia cargada en los dispositivos. Esto hace el sistema escalable dependiendo de las necesidades.

Figura 3.4.3: Productos Agere.

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Entre los productos de Orinoco más conocidos se encuentran: AP-1000 y Orinoco PC Card (ver figura 3.4.3). Adicionalmente, si el punto de acceso tiene cargada una licencia OR (variación de firmware), puede llamarse COR-1100 o ROR-1000, dependiendo del tipo de licencia. Basados en las alternativas disponibles en el mercado que tuvieran capacidades de transmisión a 11 Mb/s y que permitan además conectar antenas directivas para enlaces de mayor distancia al momento de tomar la decisión de adquisición de los equipos, los directores del proyecto dentro del cual se desarrolla el presente trabajo de memoria optan por utilizar tecnología ORiNOCO de Agere. En este sentido, en la siguiente sección se analizan los diversos componentes de la familia ORiNOCO, destacando sus principales características.

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Sección 4: Equipamiento Recordemos que en la sección 3 se mencionaron las diferentes alternativas para implementar un sistema inalámbrico basado en la norma IEEE 802.11b. En la práctica, se opta por utilizar la solución ORiNOCO (Agere) para desarrollar la red inalámbrica. En la presente sección, resumiremos las características del equipamiento que nos permitan posteriormente determinar los radioenlaces a implementar. Transceivers El equipo transmisor / receptor en cada punto corresponde a una tarjeta inalámbrica WaveLAN de ORiNOCO. Existen dos versiones, las cuales se pueden observar en la figura 4.1. A la izquierda se encuentra el modelo original y a la derecha el modelo actual. La única diferencia en términos prácticos entre ellas es el cambio de logo.

Figura 4.1: Tarjetas ORiNOCO.

Sus principales características son [http://www.orinocowireless.com]: Potencia nominal de transmisión: 15 dBm y Sensibilidad de recepción: – 80 dBm @ BER 10-5. Divisores/Combinadores Para todos los efectos prácticos, los divisores/combinadores de señal (o también llamados filtros de ramificación) utilizados se supondrán ideales, por lo que sólo se considerará una atenuación 3 dB para cada brazo del dispositivo. [http://www.hyperlinktech.com/web/signal_splitters_2400.php]

Figura 4.2: Divisor/Combinador.

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Amplificadores Se considera en el desarrollo del proyecto la posibilidad de utilizar amplificadores en algunos enlaces. Se opta por utilizar amplificadores HyperLink que son recomendados por ORiNOCO en forma de kits.

Existen dos tipos de amplificadores, unos de ganancia fija y otro que trae integrado un sistema AGC (Automatic Gain Control). Ambos amplificadores son bidireccionales y traen montaje a mástil, para una sencilla instalación. Figura 4.3: Amplificador montado.

Sus principales características son: • Amplificador de ganancia fija[http://www.hyperlinktech.com]:Ganancia de

transmisión: 17 dB Ganancia de recepción: 17 dB • Amplificador con AGC

[http://www.hyperlinktech.com/html/products/ha2401a.html]: Potencia de transmisión: 500 mW

Ganancia de recepción: 17 dB Debemos destacar que los amplificadores traen consigo un dispositivo denominado DC-Injector, el cual alimenta al amplificador a través del cable. Además, este dispositivo integra un protector de rayos. Este dispositivo se observa en la figura 4.4, y en términos prácticos introduce una atenuación de 0.4 dB.

Figura 4.4: DC-Injector.

Cables El cable que se utiliza corresponde a un cable coaxial de bajas pérdidas modelo LMR-400, el cual presenta una atenuación de 21.703 dB cada 100 m, a una frecuencia de 2.4 GHz. En cada punto, se utilizan cables de distinto largo, dependiendo de la instalación propiamente tal. En la práctica, sin embargo, sólo existen 4 posibles largos de cable a utilizar, los cuales se detallan en la siguiente tabla.

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Tabla 4.1: Largo de cables y atenuación.

Largo [pies] Atenuación [dB] 50 3.3 75 5.0 100 6.6 200 13.2

Pigtail Para conectar el cable coaxial a la tarjeta inalámbrica, se utiliza un adaptador o pigtail provisto por ORiNOCO, el cual se puede observar en la siguiente imagen:

Figura 4.5: Tarjeta inalámbrica con un Pigtail.

Este adaptador introduce una atenuación de 1.3 dB [http://www.orinocowireless.com]. Lightning Protector Por cada tarjeta inalámbrica, y en conjunto con el pigtail, es necesario utilizar un dispositivo denominado Lightning Protector cuya función es proteger al dispositivo frente a una eventual descarga eléctrica. En la figura 4.6 podemos ver este dispositivo. Destacamos que en el caso de que se utilicen amplificadores, éste dispositivo no es necesario, ya que el amplificador (DC-Injector) trae integrado este dispositivo. [http://www.hyperlinktech.com/web/hgln_03.php]

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Figura 4.6: Lightning protector.

Este protector introduce una atenuación de 0.4 dB. Antenas Dependiendo del tipo de enlace, podemos considerar dos tipos de antenas a utilizar: • Antenas altamente direccionales para enlaces punto a punto: Corresponden a

antenas semi-parabólicas que presentan poca apertura y gran ganancia. En la siguiente imagen, podemos apreciar una antena montada. [http://www.hyperlinktech.com/web/hg2424g.php]

Sus principales características son: Ganancia de antena: 24 dBi Apertura horizontal: 8º

Figura 4.7: Antena direccional.

• Antenas sectorizadas para enlaces punto a multipunto: Corresponden a antenas tipo

panel las cuales presentan una apertura considerable en desmedro de su ganancia. Existen dos modelos, una de 120º y otra de 90º. En la figura 4.8, observamos la antena de 90º. [http://www.hyperlinktech.com/web/hg2412p.php]

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Sus principales características son: Antenas de 90º:

Ganancia de antena: 12.5 dBi Apertura horizontal: 90º Apertura vertical: 10º

Antena de 120º:

Ganancia de antena: 12 dBi Apertura horizontal: 120º Apertura vertical: 10º

Figura 4.8: Antena para sectorizar.

Puntos de Acceso Los puntos de acceso (Access Points) de ORiNOCO son conocidos como AP-1000. Estos dispositivos actúan como bridges (puentes) entre las interfaces inalámbricas 802.11b y las interfaces de red Ethernet. En la figura 4.9, se puede observar uno de estos dispositivos. En su interior, presentan dos ranuras PCMCIA (en las cuales se deben insertar tarjetas inalámbricas de ORiNOCO) y un conector RJ-45 para permitir una conexión Ethernet 100BT.

Figura 4.9: ORiNOCO AP-1000.

En la práctica, el implementar redes inalámbricas avanzadas, requiere de utilizar varios puntos de acceso que puedan comunicarse de forma inalámbrica entre sí. Para ésto, es necesario modificar el firmware (licencias) de los puntos de acceso.

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Básicamente se puede distinguir dos tipos de interconexiones entre Access Points: Conexiones Punto a Punto (PtP) Para implementar conexiones punto a punto se requiere de cargar la licencia ROR (Remote Outdoor Router) en cada uno de los puntos de acceso, configurando un dispositivo inalámbrico como Maestro (Master) y su contraparte como Esclavo (Slave). En la figura 4.10, se puede observar un ejemplo de conexiones punto a punto. La configuración de los dispositivos inalámbricos se resume en la tabla 4.10. Nótese que los tres puntos de acceso son del tipo Remote Outdoor Router.

Tabla 4.10: Configuración. AP-1000 Slot A Slot B

1 Libre Slave 2 Master Slave 3 Master Libre

Figura 4.10: Conexiones punto a punto.

A BR

A y B: Tarjetas inalámbricasR: Terminal de red Ethernet RJ-45

A BRA BR

1 2 3

Conexiones Punto a MultiPunto (PtMP) Para implementar conexiones punto a multipunto, ser requiere que exista un punto de acceso central, denominado Central Outdoor Router. Este corresponde a un AP-1000 cargado con una licencia COR. Los demás puntos de acceso deben ser ROR y deben ser configurados como Esclavos (Slave). En la figura 4.11, podemos observar un ejemplo de conexiones punto a multipunto. La configuración de los dispositivos inalámbricos se resume en la tabla 4.11. El Access Point 2 corresponde a un Central Outdoor Router y el 1 y 3 son Remote Outdoor Routers.

Tabla 4.11: Configuración. AP-1000 Slot A Slot B

1 Libre Slave 2 COR Slave

Figura 4.11: Conexiones punto a multipunto.

3 Slave Libre

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A BR

A y B: Tarjetas inalámbricasR: Terminal de red Ethernet RJ-45

A BRA BR

1 2 3

Es importante destacar que un cliente inalámbrico normal (IEEE 802.11b) no puede comunicarse con los dispositivos inalámbricos configurados como COR ni ROR. Existe, sin embargo, una licencia adicional que permite a clientes inalámbricos ORiNOCO conectarse exclusivamente con los dispositivos COR. Esta se denomina ORC (Outdoor Remote Client) y simplemente es un controlador a nivel de software que requiere de un código de verificación proporcionado por ORiNOCO.

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Sección 5: Propuesta de red en Viña del Mar Dadas las características del proyecto dentro es necesario realizar inicialmente una preselección de los establecimientos educacionales a ser considerados para formar parte de la red que se pretende desarrollar. Posteriormente se realiza un análisis de las posibilidades prácticas de implementar un radioenlace en términos de visibilidad, para finalmente elaborar una propuesta de red. Notemos que en la presente sección, consideraremos exclusivamente la ciudad de Viña del Mar, la cual se puede observar destacada en color rojo en la siguiente figura:

Figura 5.0: Ciudad de Viña del Mar.

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5.1 Selección de establecimientos Se realiza una selección de los establecimientos educacionales en la ciudad de Viña del Mar, basada en los siguientes criterios: • Reconocidos por el Ministerio de Educación según se puede determinar de acuerdo

a la lista publicada en el siguiente URL [http://www.mineduc.cl/directorio/establecimientos.htm]

• Preferentemente pertenecientes a la Red Enlaces • Físicamente ubicados en la ciudad de Viña del Mar [SecRegV] • Sólo establecimientos municipales o particulares subvencionados • Educación impartida: Media científico humanista de niños o Técnico profesional de

niños Es necesario destacar que el Ministerio de Educación utiliza el término “niños” para diferenciar el mismo tipo de educación que se imparte a “adultos”. Bajo los criterios anteriormente mencionados, sólo es posible considerar 25 establecimientos en la ciudad de Viña del Mar para formar parte de la red que se pretende desarrollar, los cuales se resumen en la tabla 5.1. Para una información detallada, refiérase al anexo I.

Tabla 5.1: Establecimientos seleccionados en Viña del Mar.

1 Liceo Industrial A-35 2 Liceo A-31 José Francisco Vergara 3 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna 4 Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos 5 Liceo de Niñas de Viña del Mar A-36 6 Colegio República de Colombia D-322 7 Colegio Rubén Castro Diurno 8 Liceo Parroquial San Antonio 9 Liceo Nuestra Señora de La Paz 10 Liceo Teresa de los Andes 11 Colegio Agustín Escobar 12 Liceo José Cortés Brown 13 Corporación Educacional Juan XXIII (Ex Colegio Guillermo Brown) 14 Colegio Ana María Janer 15 Friendly High School (Ex Colegio San Gaspar) 16 Liceo Hispano Americano 17 Colegio Español Isabel La Católica 18 Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo)

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19 Colegio San Nicolás Anexo 2 20 Colegio Claudio Matte Anexo 2 21 Liceo René Descartes 22 Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante 23 Instituto Comercial Ana María Janer 24 Liceo Comercial Alberto Blest Gana 25 Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour

5.2 Observaciones en terreno En la ciudad de Viña del Mar, no es posible disponer de un punto de acceso de alta velocidad a REUNA. En términos prácticos, la única solución es implementar un radioenlace desde la Universidad Técnica Federico Santa María en Valparaíso a algún lugar en la ciudad. Para lograr esto, se barajaron exclusivamente tres opciones: • • •

• • • •

Considerar algún establecimiento seleccionado como punto de retransmisión Considerar algún establecimiento seleccionado como punto de relevo Considerar la antena del canal de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso

Opción 1: Establecimiento seleccionado como punto de retransmisión La primera opción es considerar algún establecimiento seleccionado en Viña del Mar que presente condiciones adecuadas para la propagación del radioenlace tanto hacia la Universidad Técnica Federico Santa María como a un número significativo de establecimientos seleccionados en Viña del Mar, con el fin de implementar un punto de retransmisión. Una condición necesaria para la implementación de un radioenlace a 2.4 GHz es verificar la existencia de una trayectoria libre de obstrucción (“Line of Sight” o LOS) entre ambos puntos. Esto motiva el efectuar una primera visita a los 25 establecimientos seleccionados. En cada uno se procede a:

Comprobar la dirección y tipo de educación impartida Analizar la existencia de LOS con la UTFSM Determinar su ubicación geográfica a través de la utilización de un equipo GPS Efectuar observaciones del entorno urbano

El evaluar la existencia de LOS entre un establecimiento con respecto al resto de los establecimientos requiere de conocer previamente la ubicación exacta de todos los establecimientos en la ciudad. Esto se efectúa en una segunda visita a todos los establecimientos.

31

Los datos recopilados durante estas dos visitas, se resumen en el anexo I, “Establecimientos de Viña del Mar”. El resultado de estas dos visitas en terreno es categórico, no existe un establecimiento que cumpla simultáneamente con las características requeridas de tener un enlace LOS hacia la UTFSM y varios enlaces LOS hacia otros establecimientos educacionales. Opción 2: Establecimiento seleccionado como punto de relevo Una segunda opción es considerar algún establecimiento seleccionado en Viña del Mar que presente condiciones adecuadas para la propagación del radioenlace tanto hacia la Universidad Técnica Federico Santa María como a otro establecimiento en la ciudad. Este último, a su vez, debe presentar condiciones adecuadas de propagación de radioenlaces con un número significativo de establecimientos seleccionados en Viña del Mar, con el fin de implementar un punto de relevo. El análisis de los datos recopilados en las dos visitas anteriores nos permite concluir que no existe un establecimiento que cumpla con las condiciones requeridas. Opción 3: Antena del canal de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso Una tercera opción es considerar la antena del canal de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso (UCVTV) como un punto de retransmisión. Factores que motivan el analizar esta opción son: • • •

Existencia de un radioenlace desde la UTFSM con la UCVTV (Radio FM UTFSM) Su privilegiada ubicación en Viña del Mar en términos de cobertura Depende de una institución educacional relacionada con el estado

Se realiza una tercera visita a los establecimientos seleccionados para verificar si existe o no LOS con la UCVTV. Los resultados de esta tercera visita se resumen en el anexo I, “Establecimientos de Viña del Mar”. El análisis de los datos recopilados en función de las condiciones de propagación para el radioenlace entre los establecimientos seleccionados y la antena del canal de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso da como resultado:

Sólo existen 5 establecimientos que presentan LOS sin inconvenientes Existen 4 establecimientos que presentan LOS con algún condicionante

Además, considerando los resultados obtenidos en las visitas anteriores, tenemos que existe un establecimiento que presenta simultáneamente LOS con la UCVTV y con otros tres establecimientos en la ciudad, los cuales no tienen LOS con la UCVTV. Esto motiva

32

redefinir la función de la UCVTV, en términos de agregar a su función de estación retransmisora la capacidad de una estación de relevo, junto con considerar como punto de retransmisión al establecimiento anteriormente mencionado.

5.3 Proposición de la red inalámbrica Se procede a definir la topografía de la red inalámbrica en la ciudad de Viña del Mar, basado fundamentalmente en los resultados de LOS obtenidos durante las visitas en terreno a los establecimientos. La antena del canal de televisión de la UCV, ubicada en la subida Agua Santa, se utilizará como punto retransmisión y relevo. En términos de su función de retransmisora, este punto dará cobertura a todo el plan de la ciudad. De forma paralela, su condición de punto de relevo con el Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour, ubicado en el sector de Santa Inés de la ciudad, permitirá complementar, en términos de cobertura inalámbrica, la señal proveniente de la UCVTV. La solución propuesta se resume en el esquema 5.1 y la topografía de la misma se observa en la imagen 5.1.

Esquema 5.1: Proposición de la red inalámbrica en la ciudad de Viña del Mar.

33

Liceo Industrial A-35

Liceo A-31 José Francisco Vergara

Liceo de Niñas de Viña del Mar A-36

Colegio Rubén Castro Diurno

Liceo Parroquial San Antonio

Liceo Nuestra Señora de La Paz

Liceo Teresa de los Andes

Colegio Agustín Escobar

Liceo José Cortés Brown

Corporación Educacional Juan XXIII

Colegio Ana María Janer

Liceo Hispano Americano

Colegio Español Isabel La Católica

Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo)

Colegio San Nicolás Anexo 2

Colegio Claudio Matte Anexo 2

Liceo René Descartes

Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante

Instituto Comercial Ana María Janer

Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos

Colegio República de Colombia D-322

Liceo Comercial Alberto Blest Gana

Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour

Canal de Televisión de la Universidad Católica de Valparaíso Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna

Friendly High School

Universidad Técnica Federico Santa María

Donde:

• •

•

Existe LOS (Alta posibilidad de Enlace) Existe LOS bajo determinadas condiciones (Posibilidad condicionada de enlace)

• No existe LOS (Baja posibilidad de establecer el enlace) Punto de retransmisión (No pertenece a la red inalámbrica como punto remoto)

34

Figura 5.1: Proposición de la red inalámbrica en la ciudad de Viña del Mar

Donde:

UTFSM: Universidad Técnica Federico Santa María. UCVTV: Antena del canal de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso VM-XX: Refiérase a la tabla 5.1.

Nota: Los Colores utilizados en la figura 5.1 sólo tienen por objetivo agrupar los enlaces de un mismo punto transmisor, y no representan la factibilidad de los enlaces en términos de LOS. De esta forma, la red inalámbrica propuesta da cobertura a 14 de los 25 establecimientos seleccionados. Los otros 11 puntos son descartados debido a la baja posibilidad de lograr un radioenlace confiable debido a la inexistencia de LOS. Refiérase al esquema 5.1 para ver en detalle los establecimientos descartados.

35

36

Sección 6: Factibilidad de la red en Viña del Mar Si bien la existencia de una trayectoria libre de obstrucción (“Line of Sight” o LOS) entre los puntos transmisor/receptor y receptor/transmisor es una condición necesaria para la implementación de un radioenlace a 2.4 GHz, no es una condición suficiente para asegurar el funcionamiento del mismo. Es necesario verificar que el nivel de señal esperado en el receptor sea superior al mínimo necesario para un adecuado establecimiento del radioenlace. La forma de determinar lo anterior, es a través de cálculos de radioenlace. Para esto, se realiza un balance de potencias, ganancias y pérdidas del sistema para finalmente contrastarlo con la sensibilidad de los receptores. La siguiente relación nos permite determinar el nivel de señal esperado en el receptor:

∑ ∑ +++= TRRXTXPP & GP & G ransmitidaPotencia TRecibidaPotencia

(Ecuación 6.1) Donde: G & P: Ganancias y Pérdidas en cada estación

PTR: Pérdidas por Trayectoria entre las estaciones De esta forma, la primera tarea es determinar y estimar las ganancias y pérdidas en cada estación como las pérdidas por trayectoria respectivamente, para así analizar la factibilidad de la implementación propuesta.

6.1 Ganancias y pérdidas en las estaciones Si consideramos que todos los establecimientos de Viña del Mar de acuerdo a la propuesta de red detallada en el capítulo anterior (Esquema 5.1), requieren del mismo tipo de equipamiento, podemos obtener fácilmente las ganancias y pérdidas asociadas a los equipos a ser instalados en ellos, exceptuando el Colegio Chretien Francais ubicado en Santa Inés. Supondremos que todos requieren de un cable de 75 pies. De esta forma, las ganancias y pérdidas se encuentran determinadas tal como se observa en la tabla siguiente:

37

Tabla 6.1.1: Determinación de Ganancias y Pérdidas para establecimientos de Viña del Mar.

Antena de 24 dBi 24 dBCable de 75 pies - 5 dB

Pigtail - 1,3 dBLightning protector - 0,4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 16,3 dB

Por su parte, el equipo a ser instalado en el Colegio Chretien Francais se puede dividir en dos secciones, debido a que este punto es considerado como punto repetidor. Por una parte debe recibir la señal y por otra debe enlazar a algunos establecimientos de Viña (ver Figura 5.1). Las etapas en que se divide este enlace son:

• •

Etapa punto a punto (PtP) Etapa punto a multipunto (PtMP)

El enlace punto a punto corresponde a la sección encargada de recibir la señal proveniente de la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso. La sección punto a multipunto corresponde a la encargada de proveer el acceso inalámbrico a establecimientos en el plan de Viña del Mar. En ambos casos, se utiliza un cable de 100 pies (6,6 dB de atenuación) y la única diferencia entre ambas etapas es el tipo de antena que se utiliza. En el caso de la sección PtP, se utiliza una antena direccional de 24 dBi. En el tramo PtMP, se utiliza una antena de ángulo extendido de 12 dBi. De esta forma, podemos determinar las ganancias y pérdidas tal como se observa en la tabla 6.1.2:

Tabla 6.1.2: Determinación de Ganancias y Pérdidas para el Colegio Chretien Francais.

PtP PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 100 pies - 6.6 dB Cable de 100 pies - 6.6 dB

Pigtail - 1.3 dB Pigtail - 1.3 dBLightning protector - 0.4 dB Lightning protector - 0.4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 14.7 dB Σ G & P 2.7 dB

De manera similar al Colegio Chretien Francais, la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso se puede descomponer en dos tramos, dependiendo del tipo de enlace:

• •

Etapa punto a punto (PtP) Etapa punto a multipunto (PtMP)

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La etapa punto a punto corresponde a la sección encargada de recibir la señal proveniente de la Universidad Técnica Federico Santa María. La sección punto a multipunto corresponde a la sección encargada de proveer el acceso inalámbrico a establecimientos en la ciudad de Viña del Mar. Se incluye en esta última etapa del enlace, la señal de relevo que se envía al Colegio Chretien Francais. En términos de infraestructura, el enlace con la UTFSM corresponde exactamente con el enlace PtP del Colegio Chretien Francais, y el enlace con los establecimientos de Viña del Mar corresponde exactamente con el enlace PtMP. De esta forma, las ganancias y pérdidas se encuentran dadas por:

Tabla 6.1.3: Determinación de Ganancias y Pérdidas para la UCV – TV.

PtP PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 100 pies - 6.6 dB Cable de 100 pies - 6.6 dB

Pigtail - 1.3 dB Pigtail - 1.3 dBLightning protector - 0.4 dB Lightning protector - 0.4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 14.7 dB Σ G & P 2.7 dB

El enlace entre la Universidad Técnica Federico Santa María y los restantes colegios de Viña del Mar presenta dos etapas. Una etapa punto a punto con la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso y una etapa punto a multipunto para cubrir los establecimientos de Viña del Mar. La infraestructura corresponde a las ya descritas anteriormente, sin embargo, es necesario considerar adicionalmente 3 dB de pérdidas introducidos por el filtro de ramificación en el enlace punto a punto. Así, el balance de ganancias y pérdidas está dado por:

Tabla 6.1.4: Determinación de Ganancias y Pérdidas para la UTFSM

PtP PtMP

Antena de 12 dBi 12 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 100 pies - 6,6 dB Cable de 100 pies - 6,6 dB

Pigtail - 1,3 dB Pigtail - 1,3 dBLightning protector - 0,4 dB Lightning protector - 0,4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBFiltro de ramificación - 3 dB Σ G & P 2,7 dB

Σ G & P - 0,3dB Un resumen de las ganancias y pérdidas para todas las estaciones se observa en la tabla 6.1.5.

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Tabla 6.1.5: Resumen de Ganancias y Pérdidas para las estaciones.

Estación (Etapa) Ganancias y Pérdidas [dB] Establecimientos de Viña del Mar * 16,3

Colegio Chretien Francais PtP / PtMP 14,7 / 2,7 UCV-TV PtP / PtMP 14,7 /2,7 UTFSM PtP / PtMP -0,3 / 2,7

∗ No considera el Colegio Chretien Francais.

6.2 Estimación de las pérdidas por trayectoria Se refiere a qué atenuación sufre la señal al “viajar” desde la antena transmisora a la antena receptora. El determinar las pérdidas por trayectoria, requiere de conocer el perfil morfológico (alturas del terreno) y el perfil urbano (altura de casas, edificios, árboles, etc.) de cada enlace. El perfil morfológico puede ser obtenido a través de la utilización de mapas cartográficos de la zona, sin embargo, en términos prácticos, es imposible determinar con exactitud el perfil urbano del radioenlace. Esta dificultad, motiva encarar el problema desde otra perspectiva. Supongamos que existe una trayectoria con obstrucción parcial entre los puntos transmisor/ receptor y receptor/transmisor, la cual no puede ser determinada de manera exacta. No obstante lo anterior, existe certeza de que existe una línea de visión directa entre ambos puntos del radioenlace. Basados en esto, podemos acotar las pérdidas por trayectoria basados en los diferentes grados de obstrucción. Una cota inferior natural para estimar las pérdidas corresponde a obstrucción nula. En este caso, la pérdidas por trayectoria se encuentran determinadas por la ecuación de espacio libre dada por Friis, donde la única variable es la distancia entre los puntos. Por otro lado, y dada la alta urbanización del sector donde se ubican los puntos, podemos suponer que el peor de los escenarios corresponde a condiciones de propagación similares a los que sufren hoy en día los sistemas celulares. En la práctica, utilizaremos el modelo extendido de Hata (COST-Hata) para determinar la cota superior de las pérdidas por trayectoria, [Rap96]. Se destaca que en algunos casos, es necesario limitar la altura de la antena receptora para ser consecuentes con el modelo. A continuación se procede a estimar las cotas de las pérdidas por trayectoria para cada uno de los radioenlaces asociados a los establecimientos seleccionados (lo anterior no considera ganancias). Un resumen de los resultados obtenidos se observa en la tabla 6.2.1., donde se utilizan ambos modelos de atenuación descritos anteriormente. La sigla FSL hace referencia a pérdidas de espacio libre (Free Space Lost) y CHL describe las

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pérdidas según modelo de Cost-Hata (Cost-Hata Lost). Para una información más detallada, refiérase al anexo IV.

Tabla 6.2.1: Resumen de cotas de las pérdidas por trayectoria. Estación TX Estación RX FSL[dB

m] CHL[dBm]

Universidad Católica de Valparaíso Televisión 107,9 115,6 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna 103,0 121,6 UTFSM Friendly High School 102,4 132,8 Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante

97,3 102,2

Liceo José Cortes Brown 106,2 127,7 Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo) 103,1 108,5 Liceo Parroquial San Antonio 111,8 132,7 Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour 114,1 139,3 Colegio Rubén Castro Diurno 112,6 146,9 Liceo Teresa de Los Andes 114,5 137,1 Colegio Ana María Janer 111,9 121,7

Universidad Católica de Valparaíso Televisión

Instituto Comercial Ana María Janer 111,9 121,7 Colegio República de Colombia D-322 103,1 117,2 Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos 110,3 130,7

Colegio Chretien

Francais 390 Le Beau Jour

Liceo Comercial Alberto Blest Gana 109,3 128,2

6.3 Análisis de factibilidad Con la información de las secciones 6.1 y 6.2, es relativamente fácil determinar si los radioenlaces son factibles de implementar o no. Recordemos la ecuación 7.1:

∑ ∑ +++= TRRXTXPP & GP & G ransmitidaPotencia TRecibidaPotencia

(Ecuación 6.1) Donde: G & P: Ganancias y Pérdidas en cada estación

PTR: Pérdidas por Trayectoria entre las estaciones De esta forma, y considerando que: Potencia de transmisión: 15 dBm

Sensibilidad del receptor: – 80 dBm @ BER 10-5 Tenemos que la potencia esperada de recepción se encuentra determinada por:

41

Tabla 6.3.1: Niveles de señal esperados en el receptor. Nivel de señal [dBm] Margen [dB]

Estación RX FSL CHL FSL CHL Universidad Católica de Valparaíso Televisión -78,5 -86,2 1,50 -6,2 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna -69,0 -87,6 11,0 -7,6 Friendly High School -68,4 -98,8 11,6 -18,8 Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante -63,3 -68,2 16,7 -11,8 Liceo José Cortes Brown -72,2 -93,7 7,8 -13,7 Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo) -69,1 -74,5 10,9 5,5 Liceo Parroquial San Antonio -77,8 -98,7 2,2 -18,7 Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour -81,7 -106,9 -1,7 -26,9 Colegio Rubén Castro Diurno -78,6 -112,9 1,4 -38,9 Liceo Teresa de Los Andes -80,5 -103,1 -0,5 -23,1 Colegio Ana María Janer -77,9 -87,7 2,1 -7,7 Instituto Comercial Ana María Janer -77,9 -87,7 2,1 -7,7 Colegio República de Colombia D-322 -69,1 -83,2 10,9 -3,2 Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos -76,3 -96,7 3,7 -16,7 Liceo Comercial Alberto Blest Gana -75,3 -94,2 4,7 -14,2 Los resultados de la tabla 6.3.1 nos permiten concluir que si bien los niveles de señal, al considerar sólo las pérdidas por espacio libre, son del orden de la sensibilidad del receptor, presentan un escaso margen, por lo que los enlaces, de implementarse de la forma anteriormente descrita, serían en extremo susceptibles a desvanecimientos. Se debe hacer notar que para que un enlace se considere robusto, se recomienda que el margen de desvanecimientos de señal del sistema sea alrededor de 20 dB y, en todo caso, superior a 10 dB. Por esto, se opta por incorporar un amplificador en cada uno de los puntos repetidores (UTFSM, UCVTV y Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour), los cuales presentan una ganancia fija de 17 dB tanto en la etapa de transmisión como en la etapa de recepción. En la tabla 6.3.2, podemos observar la variación que experimentan los niveles de señal esperados en el receptor con la incorporación de los amplificadores.

Tabla 6.3.2: Niveles de señal esperados en el receptor con amplificadores.

Nivel de señal [dBm] Margen [dBm] Estación RX FSL CHL FSL CHL Universidad Católica de Valparaíso Televisión -61,5 -69,2 18,50 10,80 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna -52,0 -70,6 28,00 9,40 Friendly High School -51,4 -81,8 28,60 -1,80 Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante

-46,3 -51,2 33,70 28,80

Liceo José Cortes Brown -55,2 -76,7 24,80 3,30 Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo) -52,1 -57,5 27,90 22,50 Liceo Parroquial San Antonio -60,8 -81,7 19,20 -1,70 Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour -64,7 -89,9 15,30 -9,90 Colegio Rubén Castro Diurno -61,6 -95,9 18,40 -15,90 Liceo Teresa de Los Andes -63,5 -86,1 16,50 -6,10 Colegio Ana María Janer -60,9 -70,7 19,10 9,30

Nivel de señal [dBm] Margen [dBm] Estación RX FSL CHL FSL CHL Instituto Comercial Ana María Janer -60,9 -70,7 19,10 9,30

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Colegio República de Colombia D-322 -52,1 -66,2 27,90 13,80 Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos -59,3 -79,7 20,70 0,30 Liceo Comercial Alberto Blest Gana -58,3 -77,2 21,70 2,80 Como es lógico, los niveles esperados de señal mejoran substancialmente, tanto para el mejor escenario (pérdidas por espacio libre) como para el peor escenario (pérdidas por modelo Cost-Hata). Finalmente, se debe admitir que tanto el modelo de propagación de espacio libre, como el modelo de Cost-Hata, no son precisos, [Rap96]. El primero está basado en una situación ideal que en este caso no existe, y el segundo es utilizado en modelamiento de sistemas celulares con limitaciones de altura en el receptor que muchas veces no concuerdan con las medidas en los establecimientos (Ver anexo III). Por esta razón y de acuerdo a las observaciones en terreno en cada establecimiento (entorno urbano), se sugiere ponderar ambos modelos de pérdidas de propagación. Se utiliza un criterio arbitrario (CA) que se detalla en la siguiente tabla.

Tabla 6.3.3: Criterio de ponderación arbitrario para las pérdidas por trayectoria.

CA FSL CHL Obstrucción leve (OL) 90% 10% Obstrucción parcial (OP) 75% 25% Obstrucción considerable (OC) 50% 50%

Tanto el criterio particular utilizado en cada estación como los resultados de la ponderación de ambos modelos se observan en la tabla 6.3.4.

Tabla 6.3.4: Niveles de señal esperados ponderados y márgenes de los radioenlaces.

Estación TX Estación RX CA Nivel [dBm]

Margen[dB]

Universidad Católica de Valparaíso Televisión OL -62.2 17.8 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna OP -56.6 23.4 UTFSM Friendly High School OC -66.6 13.4 Liceo Técnico Profesional Obispo Rafael Lira Infante

OC -48.8 31.2

Liceo José Cortes Brown OP -60.6 19.4 Liceo Inmaculada de Lourdes (Anexo) OC -64.1 15.9 Liceo Parroquial San Antonio OP -66.0 14.0 Colegio Chretien Francais 390 Le Beau Jour OL -67.2 12.8 Colegio Rubén Castro Diurno OP -70.2 9.8 Liceo Teresa de Los Andes OL -65.7 14.3

Universidad Católica de Valparaíso Televisión

Colegio Ana María Janer OC -65.8 14.2

43

Instituto Comercial Ana María Janer OC -65.8 14.2 Colegio República de Colombia D-322 OC -59.1 20.9 Liceo A-33 Guillermo Rivera Cotapos OC -69.5 10.5

Colegio Chretien

Francais 390 Le Beau Jour

Liceo Comercial Alberto Blest Gana OC -67.8 12.2

Los resultados de la aplicación del criterio mencionado anteriormente nos permiten asegurar que la implementación de los radioenlaces considerados en la propuesta de red en Viña del Mar es factible bajo las condiciones mencionadas anteriormente. Podemos observar en la tabla 6.3.4, que el nivel de señal esperado en todos los radioenlaces es superior al mínimo requerido (dado por la sensibilidad del receptor), presentando en su mayoría márgenes del sistema superiores a 10 dB, lo que permite asegurar un alto grado de inmunidad frente a efectos de desvanecimientos de la señal que afectan la calidad de la recepción (errores en las transmisiones). Resta mencionar que pese a que en términos de propagación y los problemas asociados a una morfología complicada, el principal escollo es el costo mensual necesario para instalar una antena en la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso, alrededor de $1.000.000 mensuales. Producto de este gran inconveniente es que se descarta incluir los colegios de Viña del Mar en el proyecto.

44

Sección 7: Propuesta de red en Valparaíso Dadas las características del proyecto es necesario realizar inicialmente una preselección de los establecimientos educacionales a ser considerados para formar parte de la red que se pretende desarrollar. Posteriormente se realiza un análisis de las posibilidades prácticas de implementar un radioenlace en términos de visibilidad, para finalmente elaborar una propuesta de red. Notemos que en el presente capítulo, consideraremos exclusivamente la ciudad de Valparaíso, la cual se puede observar destacada en color azul en la siguiente figura:

Figura 7.0: Ciudad de Valparaíso.

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7.1 Selección de establecimientos De manera análoga a lo realizado en Viña del Mar, se realiza una selección de los establecimientos educacionales en la ciudad de Valparaíso basados en los criterios anteriormente mencionados, es decir: • Reconocidos por el Ministerio de Educación según consta en la tabla que se puede

encontrar en la dirección del siguiente URL [http://www.mineduc.cl/directorio/establecimientos.htm]

• Preferentemente pertenecientes a la Red Enlaces • Físicamente ubicados en la ciudad de Viña del Mar [SecRegV] • Sólo establecimientos municipales o particulares subvencionados • Educación impartida: Media científico humanista de niños o Técnico profesional de

niños Es necesario destacar que el Ministerio de Educación utiliza el término “niños” para diferenciar el mismo tipo de educación que se imparte a “adultos”. Esto da como resultado, que sólo es posible considerar 32 establecimientos en la ciudad para formar parte de la red que se pretende desarrollar, los cuales se resumen en la tabla 7.1. Para una información detallada, refiérase al anexo II, “Establecimientos de Valparaíso”. Importante es considerar que las políticas del proyecto FDI requieren de contar con al menos 30 establecimientos en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso. Esto, sumado al hecho de que la implementación de la solución propuesta en la ciudad de Viña del Mar (ver capítulo V), en lo que se refiere a utilizar la torre de la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso como punto de relevo, es rechazada debido al elevado costo que implicaría el arriendo de la torre (costo mensual asociado al colocar una antena en la torre), da un margen demasiado estrecho en términos de establecimientos educacionales a tratar de enlazar.

Por esto, se opta por dar cierta libertad al criterio de no considerar establecimientos particulares. De esta forma, en Valparaíso, se anexan siete establecimientos particulares a la selección anteriormente efectuada, los cuales se resumen en la tabla 7.2. Para una información detallada, refiérase al anexo II, “Establecimientos de Valparaíso”.

46

Tabla 7.1: Establecimientos seleccionados en Valparaíso.

1 Instituto Comercial A-18 Francisco Araya Bennet 2 Escuela Industrial Superior de Valparaíso 3 Liceo Técnico A-24 4 Liceo Hernán Olguín 5 Liceo Politécnico Computacional A-23 A. Nazar 6 Liceo A-22 Eduardo de la Barra 7 Liceo Obispo Antonio Castro 8 Escuela Saint Thomas College 9 Escuela de Tripulantes

10 Colegio Inmaculada Concepción Nuestra Señora de Lourdes 11 Colegio Dabruna 12 Colegio Dabruna II 13 Colegio María Auxiliadora 14 Liceo Carlos Cousiño 15 Liceo Coeducacional La Igualdad 16 Colegio San Vicente de Paul 17 Instituto Técnico Profesional Marítimo de Valparaíso 18 Colegio Salesiano Valparaíso 19 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia 20 Colegio Luterano Concordia 21 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards 22 Liceo Santa Teresa 23 Colegio Alberto Hurtado Segundo 24 Colegio Leonardo Murialdo 25 Instituto Marítimo de Valparaíso D-247 26 Liceo Pedro Montt 27 Liceo Nº1 de Niñas María Franck De Mac Dougall B-30 28 Liceo Valparaíso B-29 29 Liceo Barón B-28 30 Liceo B-26 María Luisa Bombal 31 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross 32 Colegio Cecal

Tabla 7.2: Establecimientos particulares seleccionados en Valparaíso.

1 Scuola Italiana Arturo Del’ Oro 2 Colegio San Pedro Nolasco 3 Colegio de Los Sagrados Corazones 4 Colegio Internacional 5 Seminario San Rafael

47

6 Colegio Agustín Edwards 7 Colegio Santo Domingo

7.2 Observaciones en terreno Dada la complejidad morfológica y urbana de la ciudad de Valparaíso, es imposible utilizar una única estación transmisora. De las observaciones de LOS es claro utilizar para el plan de Valparaíso el Colegio Leonardo Murialdo. Su ubicación permite, al utilizarlo como estación transmisora, cubrir casi la totalidad de los establecimientos en esta zona. De igual manera ocurre con el colegio Luterano Concordia en el sector de Playa Ancha. Como estos establecimientos no tienen acceso de alta velocidad a REUNA, la única forma de utilizarlos de la manera propuesta, es recibiendo la señal de otro lugar que cuente con acceso de alta velocidad y retransmitiendo. Bajo esta idea y considerando nuevamente los resultados de LOS obtenidos en terreno, tenemos que la Universidad Técnica Federico Santa María es la mejor elección como estación principal de transmisión. Es decir, la casa central de la Universidad Técnica Santa María (UTFSM) sería la estación principal de transmisión, la cual, a través de dos enlaces altamente direccionales, utilizaría como puntos de retransmisión los colegios Leonardo Murialdo (Cerro Larraín) y Luterano Concordia (Playa Ancha). Destacamos la necesidad de utilizar la Facultad de Medicina de la Universidad de Valparaíso como estación transmisora para poder cubrir algunos establecimientos, que por su ubicación (sector Avenida Argentina), no presentan línea de visión directa sin obstrucción con el Colegio Leonardo Murialdo. La solución propuesta se resume en el Esquema 7.1

48

7.3 Proposición de la red inalámbrica Se procede a definir la topografía de la red inalámbrica en la ciudad de Valparaíso, basado fundamentalmente en los resultados de LOS obtenidos durante las visitas en terreno a los establecimientos. La solución propuesta se resume en el esquema 5.1 y la topografía de la misma se observa en la figura 5.1.

Esquema 7.1: Proposición de la red inalámbrica en la ciudad de Valparaíso.

Colegio Alberto Hurtado Segundo

Escuela Saint Thomas College

Colegio María Auxiliadora

Instituto Marítimo de Valparaíso D-247

Colegio San Vicente de Paul

Instituto Técnico Profesional Marítimo de Valparaíso

Colegio Dabruna 2

Liceo B-26 María Luisa Bombal

Colegio Dabruna

Liceo Técnico A-23 A. Nazar

Escuela de Tripulantes

Colegio Santo Domingo

Colegio Luterano Concordia

Liceo de Niñas Juana Ross de Edward

Liceo Carlos Cousiño

Colegio Inmaculada Concepción Nuestra Señora de Lourdes

Liceo A-22 Eduardo de la Barra

Liceo Técnico A-24

Liceo Obispo Antonio Castro

Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross

Liceo Pedro Montt

Liceo Santa Teresa

Liceo Valparaíso B-29

Colegio Nuestra Señora de la Misericordia

Colegio Cecal

Scuola Italiana Arturo Del' Oro

Colegio San Pedro de Nolasco

Colegio de Los Sagrados Corazones

Colegio Internacional

Seminario San Rafael

Colegio Agustín Edwards

Liceo Nº1 de Niñas María Frank de Mac Dougall B-30

Instituto Comercial A-18 Francisco Araya Bennet

Colegio Salesiano Valparaíso

Liceo Coeducacional La Igualdad

Facultad de Medicina de la Universidad de Valparaíso

Colegio Leonardo Murialdo Escuela Industrial Superior de Valparaíso

Liceo Hernán Olguín

Liceo Barón B-28

Universidad Técnica Federico Santa María

Donde:

• •

•

Existe LOS (Alta posibilidad de Enlace) Existe LOS bajo determinadas condiciones (Posibilidad condicionada de enlace)

• No existe LOS (Baja posibilidad de establecer el enlace) Punto de retransmisión (No pertenece a la red inalámbrica como punto remoto)

49

Figura 7.1: Proposición de la red inalámbrica en la ciudad de Valparaíso.

UTFSM

Colegio LuteranoConcordia

Colegio LeonardoMurialdo

Facultad deMedicina UV

22

7

10

326

21

146

19

312832

9

11

30

12

13 17

1625

8

5

23

2

4

29

Donde:

UTFSM: Universidad Técnica Federico Santa María. XX: Refiérase a las tablas 7.1 y 7.2.

Nota: Los Colores utilizados en la figura 7.1 sólo tienen por objetivo agrupar los enlaces de un mismo punto transmisor, y no representan la factibilidad de los enlaces en términos de LOS. De esta forma, la red inalámbrica propuesta da cobertura a 34 de los 39 establecimientos seleccionados. Los otros 5 puntos son descartados debido a la baja posibilidad de lograr

50

un radioenlace confiable debido a la inexistencia de LOS. Refiérase al esquema 7.1 para ver en detalle los establecimientos descartados.

51

52

Sección 8: Factibilidad de la red en Valparaíso Análogo a lo desarrollado en Viña del Mar (ver sección 7, “Factibilidad de la red en Viña del Mar”) se analiza la factibilidad de la implementación de los radioenlaces en la ciudad de Valparaíso. La metodología a utilizar consiste principalmente en realizar un balance de potencias, ganancias y pérdidas del sistema, y contrastarlo con la sensibilidad de los receptores. Importante es destacar que en la ciudad de Valparaíso, no es posible contar con la Facultad de Medicina de la Universidad de Valparaíso, puesto que ésta se desvincula del consorcio REUNA (Abril del año 2001); los establecimientos dependientes de este punto de retransmisión deben ser descartados (4 establecimientos). Adicionalmente, algunos establecimientos manifiestan su decisión de no participar en el proyecto por motivos varios (6 establecimientos). La tabla 8.1 resume los establecimientos mencionados en la propuesta de red en Valparaíso y que efectivamente pueden o manifestaron su interés de participar en el proyecto. Destacamos que el análisis de factibilidad se realiza exclusivamente para éstos establecimientos.

Tabla 8.1: Establecimientos participantes en Valparaíso.

1 Escuela Industrial Superior de Valparaíso 2 Liceo Técnico A-24 3 Liceo A-22 Eduardo de la Barra 4 Escuela Saint Thomas College 5 Escuela de Tripulantes 6 Colegio Inmaculada Concepción Nuestra Señora de Lourdes 7 Colegio María Auxiliadora 8 Liceo Carlos Cousiño 9 Colegio San Vicente de Paul

10 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) 11 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia 12 Colegio Luterano Concordia 13 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards 14 Liceo Santa Teresa 15 Colegio Alberto Hurtado Segundo 16 Colegio Leonardo Murialdo 17 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch)

53

18 Liceo Pedro Montt 19 Liceo Valparaíso B-29 20 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross 21 Colegio San Pedro Nolasco 22 Colegio de Los Sagrados Corazones 23 Colegio Internacional 24 Seminario San Rafael

8.1 Ganancias y pérdidas en las estaciones Al igual que en Viña del Mar, el equipamiento usado en cada establecimiento es el mismo, difiriendo sólo el largo de los cables. Para los colegios de Valparaíso se ocuparon los cuatro tipos de cables: 50, 75, 100 y 200 ft, cuyas pérdidas ya se conocen (ver sección 4 “Equipamiento”). El caso de los puntos repetidores (Colegio Leonardo Murialdo y Colegio Luterano Concordia) se analiza de forma separada viendo la etapa PtP y PtMP, cuya principal diferencia radica en el hecho que para la etapa de PtP se utiliza una antena directiva de 24 dBi y para la etapa PtMP una antena de ángulo extendido de 12 dBi. De esta forma, utilizando la tabla 8.1.1 y cambiando la pérdida del cable por la que corresponde a cada establecimiento tenemos el siguiente resultado de Σ G & P para los colegios de Valparaíso. Tabla 8.1.1: Determinación de Ganancias y Pérdidas para establecimientos de Valparaíso

Nombre Establecimiento Largo del Cable [ft] Σ G & P [dB]

Escuela Industrial Superior de Valparaíso 50 18,0 Escuela de Tripulantes 100+50 11,4 Liceo Valparaíso B-29 50 18,0 Liceo Técnico A-24 50 18,0 Liceo A-22 Eduardo de la Barra 100 14,7 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes 100 14,7 Liceo Carlos Cousiño 200 8,1 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia 50 18,0 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards 200 8,1 Liceo Santa Teresa 200 8,1 Liceo Pedro Montt 100 14,7 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross 100 14,7 Colegio San Pedro Nolasco 200 8,1 Colegio de Los Sagrados Corazones 200 8,1 Colegio Internacional 50 18,0

54

Seminario San Rafael 50 18,0 Escuela Saint Thomas College 100 14,7 Colegio María Auxiliadora 100 14,7 Colegio San Vicente de Paul 50 18,0 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) 50 18,0 Colegio Alberto Hurtado Segundo 50 18,0 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch) 100 14,7 Por su parte, el enlace hacia los establecimientos educacionales que utilizan al colegio Colegio Leonardo Murialdo como un punto de distribución de la señal se puede dividir en dos etapas:

• •

Etapa punto a punto (PtP) Etapa punto a multipunto (PtMP)

La etapa punto a punto corresponde a la sección encargada de recibir la señal proveniente Universidad Federico Santa María. La etapa punto a multipunto corresponde a la sección encargada de proveer el acceso inalámbrico a establecimientos en el plan de Valparaíso. En ambos casos, se utiliza un cable de 50 pies (3,3 dB de atenuación) y la única diferencia entre ambas etapas es el tipo de antena que se utiliza. En el caso de la sección PtP, se utiliza una antena direccional de 24 dBi. En la etapa PtMP, se utiliza una antena de ángulo extendido de 12 dBi. De esta forma, podemos determinar las ganancias y pérdidas tal como se observa en la tabla 8.1.2: Tabla 8.1.2: Determinación de Ganancias y Pérdidas para el Colegio Leonardo Murialdo.

PtP PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 50 pies - 3,3 dB Cable de 50 pies - 3,3 dB

Pigtail - 1,3 dB Pigtail - 1,3 dBLightning protector - 0,4 dB Lightning protector - 0,4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 18 dB Σ G & P 6 dB

De manera similar al Colegio Leonardo Murialdo, el enlace hacia los establecimientos educacionales que utilizan al colegio Luterano Concordia como punto de distribución de la señal se puede descomponer en dos etapas, dependiendo del tipo de enlace:

• •

Etapa punto a punto (PtP) Etapa punto a multipunto (PtMP)

55

La etapa punto a punto corresponde a la sección encargada de recibir la señal proveniente de la Universidad Técnica Federico Santa María. La etapa punto a multipunto corresponde a la sección encargada de proveer el acceso inalámbrico a establecimientos en el sector de Playa Ancha en Valparaíso. Los cables usados en este punto tienen un largo de 100 pies. La tabla 8.1.3 muestra esto en detalle.

Tabla 8.1.3: Determinación de Ganancias y Pérdidas para el Colegio Luterano Concordia.

PtP PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 100 pies - 6,6 dB Cable de 100 pies - 6,6 dB

Pigtail - 1,3 dB Pigtail - 1,3 dBLightning protector - 0,4 dB Lightning protector - 0,4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 14,7 dB Σ G & P 2,7 dB

Dado que la solución en Viña del Mar fue descartada por motivos económicos, no es necesario colocar una tercera antena direccional dirigida hacia la estación de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso. El punto de transmisión y recepción de señales en la Universidad Técnica Federico Santa María presenta entonces dos secciones: • Una sección punto a punto con cada uno de los puntos de relevo (dos antenas

directivas de 24 dBi) • Una sección encargada de los enlaces punto - multipunto hacia los colegios ubicados

en el sector de Recreo – Viña y hacia los colegios en el sector del plan de Valparaíso que no tienen LOS con el Colegio Leonardo Murialdo pero sí con la Universidad Santa María (dos antena de ángulo extendido de 12dBi).

Se utilizan dos filtros de ramificación para dividir la señal, produciendo esto una atenuación adicional de – 3 dB por rama. El Esquema 8.1.1 ilustra esto de mejor manera y la Tabla 8.1.4 muestra la sumatoria de ganancias y pérdidas para la Universidad Santa María en sus dos etapas.

56

Esquema 8.1.1: Utilización de filtros de ramificación

Tabla 8.1.4: Determinación de Ganancias y Pérdidas para la UTFSM.

PtP PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dBCable de 100 pies - 6,6 dB Cable de 100 pies - 6,6 dB

Pigtail - 1,3 dB Pigtail - 1,3 dBLightning protector - 0,4 dB Lightning protector - 0,4 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBFiltro de ramificación - 3 dB Filtro de ramificación - 3 dB

Σ G & P 11,7dB Σ G & P - 0,3 dB

57

8.2 Estimación de las pérdidas por trayectoria En forma análoga al caso de Viña del Mar, se utilizan los dos escenarios posibles de atenuación. Primero se considera el escenario de atenuación de espacio libre dado por la ecuación de Friis (mejor caso) para posteriormente considerar el caso asociado al modelo extendido de Hata (peor caso), [Rap96]. A continuación se procede a estimar las cotas de las pérdidas por trayectoria para cada uno de los radioenlaces asociados a los establecimientos seleccionados. Un resumen de los resultados obtenidos se observa en la tabla 8.2.1, donde FSL corresponde a la atenuación según el modelo de pérdidas de espacio libre (Free Space Lost) y CHL hace referencia a las pérdidas según modelo de Cost-Hata (Cost-Hata Lost), [Rap96]. Para una información más detallada, refiérase al anexo V.

Tabla 8.2.1: Resumen de cotas de las pérdidas por trayectoria.

Estación TX Estación RX FSL[dB] CHL[dB]Escuela Industrial Superior de Valparaíso 100,5 114,7 Escuela de Tripulantes 110,9 127,1 Liceo Valparaíso B-29 103,8 127,5 Colegio Leonardo Murialdo 101,9 111,7

UTFSM

Colegio Luterano Concordia 112,7 126,4 Liceo Técnico A-24 104,0 113,3 Liceo A-22 Eduardo de la Barra 104,4 114,2 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes 103,8 113,0 Liceo Carlos Cousiño 101,2 112,0 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia 110,6 134,5 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards 98,0 104,2 Liceo Santa Teresa 109,0 154,2 Liceo Pedro Montt 110,4 141,7 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross 105,4 114,7 Colegio San Pedro Nolasco 100,8 108,4 Colegio de Los Sagrados Corazones 104,9 114,8 Colegio Internacional 110,5 151,7

Colegio Leonardo Murialdo

Seminario San Rafael 99,7 110,1 Escuela Saint Thomas College 87,4 93,9 Colegio María Auxiliadora 93,9 100,2 Colegio San Vicente de Paul 95,3 113,7 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) 93,6 111,4 Colegio Alberto Hurtado Segundo 87,4 102,9

Colegio Luterano

Concordia

Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch) 98,5 109,1

58

8.3 Análisis de factibilidad Con la información de las secciones 8.1 y 8.2, es posible determinar si los radioenlaces son factibles de implementar o no. De la ecuación 8.1 tenemos lo siguiente:

∑ ∑ +++= TRRXTXPP &G P &G aTransmitid PotenciaRecibida Potencia

(Ecuación 8.1) Donde: G & P: Ganancias y Pérdidas en cada estación

PTR: Pérdidas por Trayectoria entre las estaciones De esta forma, y considerando que: Potencia de transmisión: 15 dBm

Sensibilidad del receptor: – 80 dBm @ BER 10-5 Tenemos que la potencia esperada de recepción se encuentra determinada por:

Tabla 8.3.1: Niveles de señal esperados en el receptor. Nivel de señal [dBm] Margen [dB] Estación RX FSL CHL FSL CHL Escuela Industrial Superior de Valparaíso -67,8 -82,0 12,2 -2,0 Escuela de Tripulantes -84,8 -101,0 -4,8 -21 Liceo Valparaíso B-29 -71,1 -94,8 8,9 -14,8 Colegio Leonardo Murialdo -57,2 -67,0 22,8 13,0 Colegio Luterano Concordia -71,3 -85,0 8,7 -5,0 Liceo Técnico A-24 -65,0 -74,3 15,0 5,7 Liceo A-22 Eduardo de la Barra -68,7 -78,5 11,3 1,5 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes -68,1 -77,3 11,9 2,7 Liceo Carlos Cousiño -72,1 -82,9 7,9 -2,9 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia -71,6 -95,5 8,4 -15,5 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards -68,9 -75,1 11,1 4,9 Liceo Santa Teresa -79,9 -125,1 0,1 -45,1 Liceo Pedro Montt -74,7 -106,0 5,3 -26,0 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross -69,7 -79,0 10,3 1,0 Colegio San Pedro Nolasco -71,7 -79,3 8,3 0,7 Colegio de Los Sagrados Corazones -75,8 -85,7 4,2 -5,7 Colegio Internacional -71,5 -112,7 8,5 -32,7 Seminario San Rafael -60,7 -71,1 19,3 8,9 Escuela Saint Thomas College -55,0 -61,5 25,0 18,5 Colegio María Auxiliadora -61,5 -67,8 18,5 12,2 Colegio San Vicente de Paul -59,6 -78,0 20,4 2,0 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) -57,9 -75,7 22,1 4,3 Colegio Alberto Hurtado Segundo -51,7 -67,2 28,3 12,8 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch) -66,1 -76,7 13,9 3,3

59

Los resultados de la tabla 8.3.1 permiten concluir que si bien los niveles de señal, al considerar sólo las pérdidas por espacio libre, son del orden de la sensibilidad del receptor, presentan un escaso margen, por lo que los enlaces, de implementarse de la forma anteriormente descrita, serían en extremo susceptibles a desvanecimientos de pequeña magnitud. Esto motiva incorporar un amplificador en cada uno de los puntos repetidores así como el uso de amplificadores en la Universidad Técnica Santa María. La incorporación de amplificadores se distribuye de acuerdo a lo siguiente:

• UTFSM: 1 Amplificador AGC en la etapa PtP y 1 Amplificador en la etapa

PtMP • Colegio Leonardo Murialdo: 1 Amplificador AGC en la etapa PtMP • Colegio Luterano Concordia: 1 Amplificador AGC en la etapa PtMP

Notemos que la incorporación de amplificadores AGC (Automatic Control Gain), modifica en términos prácticos algunas variables en la ecuación 6.1. De esta forma, en las etapas donde se incorporan amplificadores AGC, debe considerarse una “Potencia Transmitida” de 27 dBm y el balance de ganancias y pérdidas en la etapa de transmisión se ve modificado de acuerdo a lo que se observa en la tabla 8.3.2.

Tabla 8.3.2: Variaciones en las Ganancias y Pérdidas.

Universidad Técnica Federico Santa María

Etapa PtP Etapa PtMP

Antena de 24 dBi 24 dB Antena de 12 dBi 12 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Cable de 100 pies - 6,6 dBFiltro de ramificación - 3 dB Pigtail - 1,3 dB

Σ G & P 20 dB Lightning protector - 0,4 dB Pérdidas por conectores - 1 dB Ganancia de Amplificador 17 dB Filtro de ramificación - 3 dB Σ G & P 16.7 dB

Colegio Luterano Concordia PtMP Colegio Leonardo Murialdo PtMP

Antena de 12 dBi 12 dB Antena de 12 dBi 12 dB

Pérdidas por conectores - 1 dB Pérdidas por conectores - 1 dBΣ G & P 11 dB Σ G & P 11 dB

60

Notemos que las Ganancias y Pérdidas en la sección Punto a MultiPunto (PtMP) en la Universidad Técnica Federico Santa María sólo se ve modificada por la incorporación de una ganancia adicional del Amplificador, y que las ganancias y pérdidas del Colegio Leonardo Murialdo y Colegio Luterano Concordia en sus etapas Punto a Punto (PtP) no se ven modificadas. En la tabla 8.3.3, podemos observar la variación que experimentan los niveles de señal esperados en el receptor con la incorporación de los amplificadores.

Tabla 8.3.3: Niveles de señal esperados en el receptor con amplificadores con AGC.

Nivel de señal [dBm] Margen[dB] Estación RX FSL CHL FSL CHL

Escuela Industrial Superior de Valparaíso -50,8 -65,0 29,2 15,0 Escuela de Tripulantes -67,8 -84,0 12,2 -4,0 Liceo Valparaíso B-29 -54,1 -77,8 26,9 2,2 Colegio Leonardo Murialdo -36,9 -46,7 43,1 33,3 Colegio Luterano Concordia -51,0 -64,7 29,0 15,3 Liceo Técnico A-24 -48,0 -57,3 32,0 22,7 Liceo A-22 Eduardo de la Barra -51,7 -61,5 28,3 18,5 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes -51,1 -60,3 28,9 19,7 Liceo Carlos Cousiño -55,1 -65,9 24,9 14,1 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia -54,6 -78,5 25,4 1,5 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards -51,9 -58,1 28,1 21,9 Liceo Santa Teresa -62,9 -108,1 17,1 -28,1 Liceo Pedro Montt -57,7 -89,0 22,3 -9,0 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross -52,7 -62,0 27,3 18,0 Colegio San Pedro Nolasco -54,7 -62,3 25,3 17,7 Colegio de Los Sagrados Corazones -58,8 -68,7 21,2 11,3 Colegio Internacional -54,5 -95,7 25,5 -15,7 Seminario San Rafael -43,7 -54,1 36,3 25,9 Escuela Saint Thomas College -34,7 -41,2 45,3 38,8 Colegio María Auxiliadora -41,2 -47,5 38,8 32,5 Colegio San Vicente de Paul -39,3 -57,7 40,7 22,3 Instituto Técnico Profesional Marítimo de Valparaíso

-37,6 -55,4 42,4 24,6

Colegio Alberto Hurtado Segundo -31,4 -46,9 48,6 33,1 Instituto Marítimo de Valparaíso D-247 -45,8 -56,4 34,2 23,6 Como era de esperar, los niveles de señal mejoran sustancialmente. Finalmente, al igual que en el caso de Viña del Mar, y para obtener una visión realista de la situación de los radioenlaces, ponderaremos los modelos de pérdidas por trayectoria definidos en la sección 8.2 (Espacio Libre y COST-Hata) utilizando un criterio arbitrario (CA) basado en las observaciones en terreno para cada uno de los establecimientos (ver tabla 6.3.3).

61

Tanto el criterio particular utilizado en cada estación como los resultados de la ponderación de ambos modelos se observan en la tabla 8.3.4, donde OL, OP y OC significan obstrucción leve, obstrucción parcial y obstrucción considerable respectivamente.

Tabla 8.3.4: Niveles de señal esperados ponderados y márgenes de los radioenlaces.

Estación TX Estación RX CA Nivel

[dBm] Margen

[dB] Escuela Industrial Superior de Valparaíso OP -54,3 25,7 Escuela de Tripulantes OC -75,9 4,1 Liceo Valparaíso B-29 OL -56,5 23,5 Colegio Leonardo Murialdo OL -37,9 42,1

UTFSM

Colegio Luterano Concordia OL -52,4 27,6 Liceo Técnico A-24 OL -48,9 31,1 Liceo A-22 Eduardo de la Barra OL -52,7 27,3 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes OP -53,4 26,6 Liceo Carlos Cousiño OP -57,8 22,2 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia OL -57,0 23,0 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards OC -55,0 25,0 Liceo Santa Teresa OC -85,5 -5,5 Liceo Pedro Montt OL -60,8 19,2 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross OL -53,6 26,4 Colegio San Pedro Nolasco OP -56,6 23,4 Colegio de Los Sagrados Corazones OL -59,8 20,2 Colegio Internacional OL -58,6 21,4

Colegio Leonardo Murialdo

Seminario San Rafael OC -48,9 31,1 Escuela Saint Thomas College OP -36,3 43,7 Colegio María Auxiliadora OP -42,8 37,2 Colegio San Vicente de Paul OP -43,9 36,1 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte)

OC -46,5 33,5

Colegio Alberto Hurtado Segundo OP -35,3 44,7

Colegio Luterano

Concordia

Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch)

OP -48,4 31,6

De la tabla 8.3.4, observamos que el nivel de señal esperado en todos los radioenlaces es superior al mínimo requerido (dado por la sensibilidad del receptor), exceptuando la Escuela de Tripulantes y Portuaria y el Liceo Santa Teresa. En ambos casos, se opta por incorporar un amplificador de ganancia fija para mejorar la calidad de los radioenlaces lo que en ambos casos introduce una mejora de 17 dB. Los

62

resultados de incorporar amplificadores en estos establecimientos se observa en la tabla 8.3.5.

Tabla 8.3.5: Niveles de señal esperados ponderados y márgenes de los radioenlaces.

Estación TX Estación RX CA Nivel [dBm]

Margen[dB]

Escuela Industrial Superior de Valparaíso OP -54,3 25,7 Escuela de Tripulantes OC -58,9 21,1 Liceo Valparaíso B-29 OL -56,5 23,5 Colegio Leonardo Murialdo OL -37,9 42,1

UTFSM

Colegio Luterano Concordia OL -52,4 27,6 Liceo Técnico A-24 OL -48,9 31,1 Liceo A-22 Eduardo de la Barra OL -52,7 27,3 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes OP -53,4 26,6 Liceo Carlos Cousiño OP -57,8 22,2 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia OL -57,0 23,0 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards OC -55,0 25,0 Liceo Santa Teresa OC -68,5 11,5 Liceo Pedro Montt OL -60,8 19,2 Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross OL -53,6 26,4 Colegio San Pedro Nolasco OP -56,6 23,4 Colegio de Los Sagrados Corazones OL -59,8 20,2 Colegio Internacional OL -58,6 21,4

Colegio Leonardo Murialdo

Seminario San Rafael OC -48,9 31,1 Escuela Saint Thomas College OP -36,3 43,7 Colegio María Auxiliadora OP -42,8 37,2 Colegio San Vicente de Paul OP -43,9 36,1 Instituto T. P. Marítimo de Valparaíso OC -46,5 33,5 Colegio Alberto Hurtado Segundo OP -35,3 44,7

Colegio Luterano Concordia

Instituto Marítimo de Valparaíso D-247 OP -48,4 31,6 Los resultados de la tabla 8.3.5 nos permiten asegurar que la implementación de los radioenlaces considerados es factible bajo las condiciones mencionadas anteriormente, existiendo un amplio margen del sistema, lo que permite asegurar un alto grado de inmunidad frente a efectos de desvanecimientos, y de esta forma, mejorar la confiabilidad del sistema.

63

64

Sección 9: Implementación El paso siguiente, una vez establecida la factibilidad de los radioenlaces, es la implementación de la red inalámbrica.

9.1 Establecimientos Recordemos que un total de 14 y 34 establecimientos en las ciudades de Viña del Mar y Valparaíso, respectivamente, son factibles de implementar (refiérase a las secciones 6 y 8, “Factibilidad de la red en Viña del Mar” y “Factibilidad de la red en Valparaíso”). Sin embargo, existen dos factores que hacen disminuir el número de establecimientos posibles de considerar para su incorporación efectiva a la red: • El uso de la torre de la estación de televisión de la Universidad Católica de

Valparaíso como punto de relevo es inviable en términos económicos (ver capítulo IV, “Propuesta de red en Viña del Mar”). Esto implica que la implementación sólo es posible en aquellos establecimientos de Viña del Mar que dependen directamente de la Universidad Técnica Santa María.

• Algunos establecimientos de Valparaíso declinan su participación en el proyecto por

motivos exclusivamente administrativos. De esta forma, en la V Región, solamente podemos considerar un total de 26 establecimientos educacionales que efectivamente pueden ser enlazados y que desean participar en el proyecto asociado al presente trabajo de memoria, los cuales se detallan en la tabla 9.1.

Tabla 9.1: Establecimientos educacionales a implementar.

Establecimiento Dirección Ciudad 1 Escuela Industrial Superior de Valparaíso Avenida España 2692 Valparaíso 2 Friendly High School Amunátegui 2008, Recreo Viña del

Mar 3 Liceo Benjamín Vicuña Mackenna A-32 J. J. Latorre 297, Recreo Viña del

Mar 4 Colegio Leonardo Murialdo Aquiles 450, Cerro Larraín Valparaíso 5 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards Avenida Argentina 871, Sector Plan Valparaíso 6 Liceo Carlos Cousiño Colón 2733, Sector Almendral Valparaíso 7 Colegio Inmaculada Concepción Avenida Colón 2309, Sector

Almendral Valparaíso

8 Liceo Eduardo de La Barra Colón 2184, Sector Almendral Valparaíso 9 Liceo Técnico A-24 Independencia 2288, Sector Plan Valparaíso

65

10 Liceo Nº 2 Matilde Brandau de Ross Av. Brasil 1901, Sector Centro Valparaíso 11 Liceo Pedro Montt Avda. Alemania 5196, Cerro Alegre Valparaíso 12 Liceo Santa Teresa Guillermo Rivera 786, Cerro Yungay Valparaíso 13 Colegio Nuestra Señora de La Misericordia Guillermo Munich 112, Cerro Alegre Valparaíso 14 Colegio Luterano Concordia Los Pellines 71, Playa Ancha Valparaíso 15 Colegio Alberto Hurtado Segundo Paulino Alfonso 359, Playa Ancha Valparaíso 16 Saint Thomas College Paulino Alfonso 330, Playa Ancha Valparaíso 17 Colegio San Vicente de Paul Sierra 68, Playa Ancha Valparaíso 18 Instituto Marítimo de Valparaíso D-247 Levarte 159, Playa Ancha Valparaíso 19 Instituto Técnico Profesional Marítimo de

Valparaíso Patricio Lynch 220 Playa Ancha Valparaíso

20 Colegio María Auxiliadora Av. Quebrada Verde 195, Playa Ancha

Valparaíso

21 Colegio San Pedro Nolasco Victoria 2762, Sector Centro Valparaíso 22 Colegio de Los Sagrados Corazones Independencia 2086, Sector Centro Valparaíso 23 Colegio Internacional Avenida Alemania 4875, Cerro Alegre Valparaíso 24 Seminario San Rafael Avenida Santa Elena 180, Sector

Centro Valparaíso

25 Escuela de Tripulantes Juan Antonio Vives 630, Barrio Puerto

Valparaíso

26 Liceo Valparaíso B-29 Blanco Encalada 1421 Valparaíso

9.2 Topografía de la red La topografía de la red inalámbrica corresponde a la solución encontrada en términos de maximizar el número de establecimientos posibles de enlazar, tal como se detalla en las secciones 7 y 8, “Propuesta de red en Viña del Mar” y “Propuesta de red en Valparaíso” respectivamente, pero limitando la implementación de puntos repetidores y considerando exclusivamente los establecimientos educacionales participantes del proyecto (ver sección 9.1). En la siguiente figura, podemos observar la topografía de la red en la V Región:

66

Figura 9.2: Topografía de la red inalámbrica en la V Región.

Es así como la Universidad Técnica Federico Santa María es el punto central de la red inalámbrica, la que en conjunto con los repetidores instalados en el Colegio Leonardo Murialdo y el Colegio Luterano Concordia, permite dar cobertura a los 26 establecimientos como se observa en la figura 9.2.

67

9.3 Topología de la red Dada la gran complejidad de las ciudades de Valparaíso y Viña del Mar en términos de su morfología y su alto grado de urbanización, tenemos que la topología de la red está definida exclusivamente por la topografía de ciudad misma. De esta forma, y basados en lo descrito en los puntos anteriores, tenemos que la topología del sistema queda definida como se observa a continuación (ver esquema 9.1).

Esquema 9.1: Topología de la red inalámbrica en la V Región.

Liceo de Niñas Juana Ross de Edward

Liceo Carlos Cousiño

Colegio Inmaculada Concepción Nuestra Señora de Lourdes

Liceo A-22 Eduardo de la Barra

Liceo Técnico A-24

Liceo A-25 Matilde Brandau de Ross

Liceo Pedro Montt

Liceo Santa Teresa

Colegio Nuestra Señora de la Misericordia

Colegio San Pedro Nolasco

Colegio de Los Sagrados Corazones

Colegio Internacional

Seminario San Rafael

Colegio Leonardo Murialdo

Colegio Alberto Hurtado Segundo

Escuela Saint Thomas College

Colegio San Vicente de Paul

Instituto Técnico Profesional Marítimo de Valparaíso

Instituto Marítimo de Valparaíso D-247

Colegio María Auxiliadora

Colegio Luterano Concordia

Universidad Técnica Federico Santa María

Escuela Industrial Superior de Valparaíso

Friendly High School

Liceo Benjamín Vicuña Mackenna A-32

Liceo B-29

Escuela de Tripulantes y Portuaria

68

9.4 Configuración de la red En la V Región, sólo es posible contar con un acceso de alta velocidad a la red alámbrica (acceso vía fibra óptica), el cual corresponde a la Universidad Técnica Federico Santa María. Esto motiva utilizar puntos repetidores para lograr una adecuada cobertura a los establecimientos participantes del proyecto. La red implementada en la V Región se sustenta en un backbone inalámbrico, basado en una topología Punto-Multipunto. Toda la comunicación se efectúa a través de un agente centralizado, denominado “Central Outdoor Router” (COR), el cual interactúa directamente con los puntos repetidores denominados “Remote Outdoor Router” (ROR). A su vez, éstos proveen de un acceso híbrido al sistema (802.3 y 802.11) a los establecimientos. En la figura 9.3, podemos observar la topología de la red en términos del equipamiento utilizado. En la Universidad Técnica Federico Santa María se encuentra el AP-1000 COR. Este presenta tres interfaces de red, dos inalámbricas y una alámbrica (A, B y C). La interfaz A se configura como COR, la que provee el sistema punto-multipunto para el backbone inalámbrico. La interfaz B se configura como 802.11b y da acceso a los establecimientos de la costa de Valparaíso y algunos establecimientos de Viña del Mar. Finalmente la interfaz C corresponde a 802.3, la cual se configura a 100 Mb/s, que corresponde al único punto de conexión con la red de REUNA. En el Colegio Leonardo Murialdo se encuentra un AP-1000 ROR. Este presenta tres interfaces de red, dos inalámbricas y una alámbrica (A, B y C). La interfaz A se configura como 802.11b, la cual da acceso a todos los establecimientos del plan de Valparaíso. La interfaz B se configura como ROR SLAVE, lo que permite la comunicación con el COR, y la interfaz C corresponde a 802.3 la cual se configura a 10 Mb/s, a través de la cual se da acceso al propio establecimiento. En el Colegio Luterano Concordia se encuentra otro AP-1000 ROR. Este presenta tres interfaces de red, dos inalámbricas y una alámbrica (A, B y C). La interfaz A se configura como 802.11b y da acceso a todos los establecimientos de Playa Ancha. La interfaz B se configura como ROR SLAVE, lo que permite la comunicación con el COR y la interfaz C corresponde a 802.3 la cual se configura a 10 Mb/s, a través de la cual se da acceso al propio establecimiento.

69

Figura 9.3: Backbone inalámbrico.

Backbone Inalámbrico

C

COR UTFSM

BA

C

ROR Murialdo

BA

C

ROR Luterano

BA

Plan deValparaíso

Playa Ancha Borde costerode Valparaíso

Viña del Mar

UTFSMColegioLuterano

ColegioMurialdo

802.11b

802.3 (100 Mbps)

802.3 (10 Mbps)

Fibra óptica

REUNA

Destacamos que los clientes no pueden establecer comunicación directa con las interfaces ROR y COR. Existe, sin embargo, una licencia denominada Outdoor Router Client (ORC) que permite a clientes inalámbricos comunicarse directamente con la interfaz COR (Central Outdoor Router). Notemos que éstos clientes, al igual que los dispositivos repetidores (ROR), utilizan una variación del protocolo 802.11b para la comunicación, denominado “Outdoor Router Protocol”, el cual incrementa la tasa efectiva de transferencia (throughput), debido a que la norma 802.11b no fue diseñada para sistemas punto-multipunto en exteriores. Las principales características de esta variación corresponden a la implementación de un superpaquete, el cual busca eliminar los largos preámbulos enviados al inicio de cada paquete 802.11b, comparado con el tamaño de los paquetes de información. Junto con esto, implementa un sistema de encuesta (polling). A ninguna estación le es permitido transmitir al menos que haya sido instruida por el COR para hacerlo. Finalmente se implementa una mejora en el sistema de seguridad mediante la incorporación de la denominada “System Access Pass Phrase”.

70

9.5 IP Por definiciones del proyecto, la red a montar corresponde a una red IP. En este sentido, es lógico definir las direcciones para cada uno de los puntos involucrados en la implementación, tal como se observa en la tabla 9.2, basados en la subclase asignada.

Tabla 9.2: Asignación de IP. IP Nombre Establecimiento 200.1.28.128 200.1.28.129 hbo UTFSM 200.1.28.130 rorutfsm COR UTFSM 200.1.28.131 cormurialdo ROR Colegio Leonardo Murialdo 200.1.28.132 rorluterano ROR Colegio Luterano Concordia 200.1.28.133 itpmvl Instituto Técnico Profesional Marítimo (Sede Levarte) 200.1.28.134 leb Liceo Eduardo de La Barra 200.1.28.135 lmbr Liceo Nº 2 de Niñas Matilde Brandau de Ross 200.1.28.136 lcc Liceo Carlos Cousiño 200.1.28.137 cspn Colegio San Pedro de Nolasco 200.1.28.138 cicnsl Colegio Inmaculada Concepción Nuestra Señora de

Lourdes 200.1.28.139 lpm Liceo Pedro Montt 200.1.28.140 cah Colegio Alberto Hurtado Segundo 200.1.28.141 cma Colegio María Auxiliadora 200.1.28.142 stc Saint Thomas College 200.1.28.143 cinter Colegio Internacional 200.1.28.144 colegioluterano Colegio Luterano Concordia 200.1.28.145 fhs Friendly High School 200.1.28.146 lbvm Liceo Benjamín Vicuña Mackenna 200.1.28.147 cisv Escuela Industrial Superior de Valparaíso 200.1.28.148 cnsm Colegio Nuestra Señora de la Misericordia 200.1.28.149 cst Liceo Santa Teresa 200.1.28.150 itpmv Instituto Técnico Profesional Marítimo (Sede Patricio

Lynch) 200.1.28.151 clm Colegio Leonardo Murialdo 200.1.28.152 lta24 Liceo Técnico A-24 200.1.28.153 csvp Colegio San Vicente de Paul 200.1.28.154 sscc Colegio Sagrados Corazones 200.1.28.155 ssr Seminario San Rafael 200.1.28.156 lb29 Liceo B-29 200.1.28.157 ljre Liceo Juana Ross de Edwards 200.1.28.158 tripulantes Escuela de Tripulantes

71

Red 200.1.28.128 Máscara 255.255.255.192 Gateway 200.1.28.129 DNS 200.1.28.129

9.6 Hardware, instalación y configuración El paso final del proceso de implementación consiste en definir el hardware requerido para cada uno de los puntos de red, efectuar la instalación y configurar el sistema. Para obtener información del hardware requerido por establecimiento, así como información de las conexiones, refiérase al anexo 6, “Hardware”. El proceso de instalación consiste en:

• Instalar un mástil en algún lugar del establecimiento • Montar la(s) antena(s) en el mástil. • Montar los dispositivos complementarios del sistema (splitters, amplificadores) • Cablear el sistema (pasar el cable desde la antena a la sala) • Instalar los puntos de acceso (sólo en los puntos repetidores) • Instalar la tarjeta inalámbrica en el computador

Para la configuración y puesta en marcha del sistema, refiérase al CD de soporte desarrollado.

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Sección 10: Resultados Una vez efectuada la implementación, configuración y puesta en servicio de la red inalámbrica, se procede a evaluar los resultados obtenidos. En primer lugar, se debe verificar si la puesta en servicio de la red inalámbrica permite asegurar un alto grado de confiabilidad de los radioenlaces. Para esto, simplemente se analizará los niveles de señal obtenidos a través de mediciones prácticas. Se utiliza el software provisto por las tarjetas inalámbricas, cuya interfaz podemos observar en la siguiente figura.

Figura 10.1: Interfaz del Client Manager.

En la tabla 10.1, podemos observar tanto los niveles de señal como el margen efectivo de los radioenlaces, basado en la sensibilidad de receptor definida en el capítulo IV, “Equipamiento”.

73

Tabla 10.1: Niveles de señal recibidos y margen del sistema.

Estación Receptora Nivel de señal [dBm] Márgen [dB]Escuela Industrial Superior de Valparaíso -53 27 Escuela de Tripulantes Liceo Valparaíso B-29 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna -55 25 Friendly High School -62 18 Colegio Leonardo Murialdo -45 35 Colegio Luterano Concordia -50 30 Liceo Técnico A-24 -47 33 Liceo A-22 Eduardo de la Barra -52 28 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes -53 27 Liceo Carlos Cousiño -60 20 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia -60 20 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards -66 14 Liceo Santa Teresa -45 35 Liceo Pedro Montt -52 28 Liceo Matilde Brandau de Ross -53 27 Colegio San Pedro Nolasco -65 15 Colegio de Los Sagrados Corazones -54 26 Colegio Internacional -61 19 Seminario San Rafael -58 22 Saint Thomas College -41 39 Colegio María Auxiliadora -43 37 Colegio San Vicente de Paul -50 30 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) -44 36 Colegio Alberto Hurtado Segundo -41 39 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch) -50 30 Como podemos observar, todos los radioenlaces presentan importantes márgenes, por lo que se asegura con esto una alta inmunidad frente a variaciones en las condiciones de propagación. En el gráfico 10.1, se puede apreciar esto visualmente. No fue posible hacer un seguimiento en los niveles de las señales debido a que el software de administración (OR Manager) no permite obtener los niveles de señal remotamente y dado el gran número de colegios geográficamente dispersos, resulta bastante difícil visitar cada establecimiento para verificar los niveles de señal. Por lo mismo, los niveles mostrados en la tabla 10.1 corresponden en la mayoría de los casos a una medición.

74

Gráfico 10.1: Niveles de señal recibidos y margen del sistema.

-80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10

Escuela Industrial Superior de Valparaíso

Escuela de Tripulantes

Liceo Valparaíso B-29

Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna

Friendly High School

Colegio Leonardo Murialdo

Colegio Luterano Concordia

Liceo Técnico A-24

Liceo A-22 Eduardo de la Barra

Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes

Liceo Carlos Cousiño

Colegio Nuestra Señora de la Misericordia

Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards

Liceo Santa Teresa

Liceo Pedro Montt

Liceo Matilde Brandau de Ross

Colegio San Pedro Nolasco

Colegio de Los Sagrados Corazones

Colegio Internacional

Seminario San Rafael

Saint Thomas College

Colegio María Auxiliadora

Colegio San Vicente de Paul

Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte)

Colegio Alberto Hurtado Segundo

Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch)

[dBm]

75

A continuación se requiere analizar si el nivel de señal medido en terreno es concordante con los valores propuestos en el diseño de la red. En la tabla 10.2, podemos apreciar la comparación entre el nivel de señal medido en la práctica y el nivel de señal esperado en los radioenlaces (según criterio arbitrario). Para mayores detalles acerca del nivel de señal esperado y del criterio utilizado, refiérase a los capítulos VI y VII, “Factibilidad de la red en Viña del Mar” y “Factibilidad de la red en Valparaíso”, respectivamente.

Tabla 10.2: Niveles de señal medido y nivel de señal esperado.

Estación Tx Estación Rx

Nivel de señal

Medido [dBm]

Nivel de señal

Esperado[dBm]

Escuela Industrial Superior de Valparaíso -53.0 -54.3 Escuela de Tripulantes Liceo Valparaíso B-29 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna -55.0 -56.6 Friendly High School -62.0 -66.6 Colegio Leonardo Murialdo -45.0 -37.9

UTFSM

Colegio Luterano Concordia -50.0 -52.4 Liceo Técnico A-24 -47.0 -48.9 Liceo A-22 Eduardo de la Barra -52.0 -52.7 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes -53.0 -53.4 Liceo Carlos Cousiño -60.0 -57.8 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia -60.0 -57.0 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards -66.0 -55.0 Liceo Santa Teresa -45.0 -68.5 Liceo Pedro Montt -52.0 -60.8 Liceo Matilde Brandau de Ross -53.0 -53.6 Colegio San Pedro Nolasco -65.0 -56.6 Colegio de Los Sagrados Corazones -54.0 -59.8 Colegio Internacional -61.0 -58.6

Colegio Leonardo Murialdo

Seminario San Rafael -58.0 -48.9 Saint Thomas College -41.0 -36.3 Colegio María Auxiliadora -43.0 -42.8 Colegio San Vicente de Paul -50.0 -43.9 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte) -44.0 -46.5 Colegio Alberto Hurtado Segundo -41.0 -35.3

Colegio Luterano

Concordia

Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch) -50.0 -48.4 Podemos apreciar que, en términos generales, la estimación es cercana los datos reales. Tal vez una mejor visión de la situación la observamos en el gráfico 10.2.

76

Capítulo X

Gráfico 10.2: Niveles de señal medido y Nivel de señal esperado.

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

[dBm]Nivel de señal Medido Nivel de señal Esperado

77

Capítulo X

La principal diferencia se observa en el Liceo Santa Teresa, donde el nivel de señal esperado es del orden de 20 dB inferior con respecto al nivel de señal recibido. Esto indica que la opción de considerar el enlace como uno con obstrucción severa, no era adecuada. Adicionalmente podemos comparar cómo sería el resultado si en vez de utilizar el criterio COST-Hata modificado por consideraciones de terreno, solamente considerásemos el modelo de espacio libre y el modelo de COST-Hata.

La tabla 10.3 y el gráfico 10.3 nos permiten comparar la variación entre cada uno de los modelos, es decir:

• Nivel de señal Esperado: Basado en la aplicación del criterio COST-Hata

modificado por consideraciones de terreno • Nivel de señal FSL: Basado exclusivamente en el modelo de Espacio Libre. • Nivel de señal CHL: Basado exclusivamente en el modelo COST-Hata.

Tabla 10.3: Niveles de señal de los distintos modelos.

Estación Rx

Nivel de señal

Medido[dBm]

Nivel de señal

Esperado[dBm]

Nivel de señal

FSL [dBm]

Nivel de señal CHL

[dBm] Escuela Industrial Superior de Valparaíso -53,0 -54,3 -50,8 -65,0 Escuela de Tripulantes Liceo Valparaíso B-29 Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna -55,0 -56,6 -52,0 -70,6 Friendly High School -62,0 -66,6 -51,4 -81,8 Colegio Leonardo Murialdo -45,0 -37,9 -36,9 -46,7 Colegio Luterano Concordia -50,0 -52,4 -51,0 -64,7 Liceo Técnico A-24 -47,0 -48,9 -48,0 -57,3 Liceo A-22 Eduardo de la Barra -52,0 -52,7 -51,7 -61,5 Colegio I. C. Nuestra Señora de Lourdes -53,0 -53,4 -51,1 -60,3 Liceo Carlos Cousiño -60,0 -57,8 -55,1 -65,9 Colegio Nuestra Señora de la Misericordia -60,0 -57,0 -54,6 -78,5 Liceo de Niñas Juana Ross de Edwards -66,0 -55,0 -51,9 -58,1 Liceo Santa Teresa -45,0 -68,5 -45,9 -91,1 Liceo Pedro Montt -52,0 -60,8 -57,7 -89,0 Liceo Matilde Brandau de Ross -53,0 -53,6 -52,7 -62,0 Colegio San Pedro Nolasco -65,0 -56,6 -54,7 -62,3 Colegio de Los Sagrados Corazones -54,0 -59,8 -58,8 -68,7 Colegio Internacional -61,0 -58,6 -54,5 -95,7 Seminario San Rafael -58,0 -48,9 -43,7 -54,1 Saint Thomas College -41,0 -36,3 -34,7 -41,2

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Colegio María Auxiliadora -43,0 -42,8 -41,2 -47,5 Colegio San Vicente de Paul -50,0 -43,9 -39,3 -57,7 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Levarte)

-44,0 -46,5 -37,6 -55,4

Colegio Alberto Hurtado Segundo -41,0 -35,3 -31,4 -46,9 Instituto Marítimo de Valparaíso (Sede Lynch)

-50,0 -48,4 -45,8 -56,4

79

Capítulo X

Gráfico 10.3: Niveles de señal de los distintos modelos.

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

[dBm]Nivel de señal Medidor Nivel de señal Esperado Nivel de señal FSL Nivel de señal CHL

80

Capítulo X

Destacamos que en la mayoría de los casos, los radioenlaces implementados son del tipo espacio libre. Recordemos que la visión directa ente los puntos transmisores y receptores constituye una condición necesaria para el establecimiento de los radioenlaces a 2.4 GHz. En consecuencia, es completamente válida la utilización del modelo de espacio libre. En nuestro caso particular, la implementación adicionalmente considera la posibilidad de obstrucción parcial en la dirección de propagación de la onda magnética, ésta dificultad fue la que nos motivó a encarar el problema desde otra perspectiva, tal como se detalla en el capítulo VI, “Factibilidad de la red en Viña del Mar”. En particular, la determinación del criterio COST-Hata modificado, requiere estimar el área de obstrucción de una manera confiable, lo que sólo puede ser obtenido directamente mediante observaciones en terreno, en la mayoría de los casos esto se realiza utilizando binoculares para verificar LOS entre los puntos como condición necesaria para establecer el enlace. A partir de esto se realizan los cálculos teóricos y prácticos para estimar su factibilidad. Mientras que en casos más críticos, donde no es posible visualizar la presencia de LOS entre los puntos transmisor-receptor, se comprueba el enlace midiendo directamente, tal como lo podemos apreciar en las figura 10.2.

Figura 10.2: Determinación del área de obstrucción.

81

En resumen, podemos indicar que si bien el criterio arbitrario no es exacto en determinar las pérdidas por trayectoria, sí entrega una estimación bastante buena en términos de planeación de radioenlaces, sin embargo hay que ser cuidadoso en la determinación del tipo de obstrucción.

82

Sección 11: Conclusiones La no incorporación de los establecimientos educacionales de Viña del Mar, debido a los altos costos asociados al arriendo de la estación transmisora de televisión de la Universidad Católica de Valparaíso, junto con la decisión de algunos colegios en Valparaíso de no participar en el proyecto por diferentes razones, motivaron la reestructuración de la red propuesta en diferentes oportunidades, con el objeto de enlazar la mayor cantidad de establecimientos de un universo relativamente reducido de posibilidades.. El proceso de diseño de la red, requiere de conocer con exactitud cada una de las variables involucradas, cosa que en la práctica resulta imposible de conseguir. Tal como se menciona en los capítulos de factibilidad, es necesario adoptar compromisos entre exactitud y complejidad. De esta forma, se propone un criterio basado en el acotamiento y ponderación de dos modelos clásicos. En términos de instalaciones, no fue posible ser rigurosos en la orientación de la antena debido a que el desplazamiento en los techos y/o paredes no dejaban demasiada libertad de movimientos. A esto se suman los típicos problemas que surgen en el terreno y que nacen principalmente del desconocimiento en materia de construcción, es decir hay lugares donde hubiese quedado muy bien instalada según un criterio de propagación, pero que en la práctica el techo no soportaba la instalación de un mástil de las características establecidas. En casos muy puntuales, la dirección del colegio vetó la instalación en un determinado lugar porque la antena no se veía “bonita”. De los resultados obtenidos y analizados en el capítulo anterior, resulta claro observar que estos modelos no son exactos, sin embargo, la utilización del “Criterio Arbitrario” se ajusta bastante al resultado final obtenido excepto en algunos puntos bastante críticos y cuyo comportamiento fuera de lo esperado puede deberse a varios factores, siendo principalmente la dificultad en la instalación de las antenas receptoras. Un caso aparte entre y que merece ser detallado es el caso del Liceo Juana Ross de Edwards, en que por limitaciones del largo del cable fue casi imposible encontrar un punto libre de obstrucción, mas aún, la señal recibida se debe principalmente a un fenómeno de difracción. Sacando estos casos límites, creemos que la utilización del “Criterio Arbitrario” como un factor dentro de los cálculos, se ajusta bastante bien a los resultados realmente medidos. Es así como en general, los establecimientos presentan efectivamente un margen del orden de 20 dB para los radioenlaces, lo que asegura una alta confiabilidad de los mismos.

83

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Anexos