Planificacin de una red inalmbrica de banda ancha para telefona IP y comunicaciones de emergencia en los Campus de la URJC

RADIO MOBILEResumen

En este documento se puede apreciar el conocimiento adquirido en clase acerca del uso de las distintas tecnologas de comunicaciones de largo alcance, como ser WIMAX y WIFI. El conocimiento de dichas tecnologas nos permite de gran manera la facilidad para intercomunicarse entre dos o ms puntos.El software RadioMobile es de uso libre y por lo tanto nos permite poder disear nuestra propia infraestructura de manera simulada con en el uso de datos que pueden ser reales y as poder comprobar el resultado de manera tal que en la implementacin real se vea que lo que se est haciendo esta de forma correcta.

Planificacin de una red inalmbrica de banda ancha para telefona IP y comunicaciones de emergencia en los Campus de la URJCndice

Resumen1ndice21.Introduccin32.Justificacin33.Marco terico44.El estado del arte165.Objetivos176.Materiales y mtodos177.Desarrollo del proyecto188.Resultados obtenidos229.Bibliografa22

Planificacin de una red inalmbrica de banda ancha para telefona IP y comunicaciones de emergencia en los Campus de la URJC

1. Introduccin

La Universidad Rey Juan Carlos ha decidido desplegar una red interna de telefona IP paralela a su infraestructura actual, para lo que quiere unir mediante WiMAX y/o WiLD (WiFi for Long Distance) en 5.6 GHz varias de sus sedes como experiencia piloto con estas tecnologas, y en cada una de las sedes va a dar acceso a Internet por 802.11e a un cierto nmero de sistemas porttiles de VoIP (telfonos SIP). La conexin de esta Intranet inalmbrica con Internet y con la red telefnica se hace en el campus de Mstoles, donde tambin reside el servidor SIP que hace las veces de centralita telefnica. En otras palabras, todo el trfico de voz y de datos que esta red intercambia con el exterior lo hace a travs de Mstoles. Se quieren unir los cuatro campus de Alcorcn, Fuenlabrada, Mstoles y Viclvaro, la sede situada en la Plaza de Manuel Becerra y a la sede de los cursos de verano en Aranjuez de forma que cualquier usuario de telfono IP porttil en cualquiera de esos campus pueda hablar con cualquier otro sin que importe el estado de la salida a Internet (ya que todas estas comunicaciones de voz emplean la infraestructura inalmbrica propia propuesta). Se pueden hacer tambin llamadas al exterior y recibir llamadas del exterior, todo lo cual sucede a travs de una PBX que reside en Mstoles.Se ha decidido que se utilizar WiMAX, por que en los clculos preliminares empleados me da mayores prestaciones, ya que en algunos enlaces la distancia es grande, aunque en WiLD tenemos ms variedad de equipos disponibles, es necesario cumplir con los requerimientos de la prctica.Se utilizar Wi-Fi para los puntos de acceso con antenas omnidireccionales.2. Justificacin

Este trabajo se implementara bajo el simulador RadioMobile para poder llevar a la prctica los conocimientos tericos del tema de Radio Enlace estudiado en la materia.

Poder conocer todos los escenarios o condiciones con las que nos podramos encontrar al momento de realizar el montaje de un Radio Enlace, tomando en cuenta diversos parmetros.Con el software de simulacin de Radio Enlace se tratara de dar mayor eficiencia al sistema.3. Marco terico

Radio Enlaces.Se denomina radio enlace a cualquier interconexin entre los terminales de telecomunicaciones efectuados por ondas electromagnticas. Si los terminales son fijos, el servicio se lo denomina como tal y si algn terminal es mvil, se lo denomina dentro de los servicios de esas caractersticas.

Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de informacin, con caractersticas de calidad y disponibilidad determinadas. Tpicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz.

Los radio enlaces, establecen un concepto de comunicacin del tipo dplex, de donde se deben transmitir dos portadoras moduladas: una para la Transmisin y otra para la recepcin.Al par de frecuencias asignadas para la transmisin y recepcin de las seales, se lo denomina radio canal. Los enlaces se hacen bsicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografa. Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la propagacin en toda poca del ao, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosfricas de la regin. Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografa del terreno, as como la altura y ubicacin de los obstculos que puedan existir en el trayecto.

Conceptos de Diseo:

Los radio enlaces de microondas se realizan slo si existe una vista del receptor (LOS, Line Of Sight), proveen conectividad de una manera sencilla y prctica entre dos o ms sitios. La lnea de visin (LOS) implica que la antena en un extremo del radio enlace debe poder "ver" la antena del otro extremo.

El diseo de un radio enlace de microondas los involucra cuatro pasos bsicos:

Eleccin del sitio de instalacin

Relevamiento del perfil del terreno y clculo de la altura del mstil para la antena

Clculo completo del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y los efectos a los que se encuentra expuesto.

Prueba posterior a la instalacin del radio enlace, y su posterior puesta en servicio con trfico real.Estructura de un radio enlace: Un radio enlace esta constituido por estaciones terminales y repetidoras intermedias, con equipos transceptores, antenas y elementos de supervisin y reserva.

Adems de las estaciones repetidoras, existen las estaciones nodales donde se demodula la seal y de la baja a banda base y en ocasiones se extraen o se insertan canales. Al tramo terminal estacin nodal se lo denomina seccin de conmutacin y es una entidad de control, proteccin y supervisin.

En cuanto a los repetidores se los puede clasificar en activos o pasivos.

Activos: En ellos se recibe la seal en la frecuencia de portadora y se la baja a una frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de salida. No hay demodulacin y son transceptores.

Pasivos: Se comportan como espejos que reflejan la seal y se los puede dividir en pasivos convencionales, que son una pantalla reflectora y los pasivos back-back, que estn constituidos por dos antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos para salvar obstculos aislados y de corta distancia.

Factores Importantes:

Ondas electromagnticas de Radio Frecuencia. Caractersticas de las ondas de RF. Bandas de transmisin. Polarizacin. Reflexin, refraccin y dispersin. Caractersticas de las Microondas. Lneas de Transmisin. Atenuacin en la lnea. Velocidad de propagacin dentro de la lnea. Impedancias caractersticas. Cuidados para evitar potencia reflejada. Antenas. Parmetros de las antenas Diagrama de Irradiacin. Ganancia. Rango de Frecuencias de utilizacin. Impedancia. Tipos de Antenas. Dipolos. Marconi. Tipo H. Yagi Reflector Parablico Corneta. Principios de Modulacin Analgica y Digital. Concepto y definicin de Modulacin. Para qu sirve la modulacin. Principios de modulacin AM, FM. Principios de modulacin BPSK, QPSK, 4QAM, 16QAM. Radio Enlace. Radio de Fresnel. Ecuaciones para determinar potencia en la recepcin. Sensibilidad. Nivel de Transmisin y Recepcin. Atenuacin y prdida en el Espacio Libre. Balance de Enlace. Formula de Friss. Capacidad de Enlace. Prediccin de trfico. Simulacin de trfico.

4. El estado del arte

Voz sobre IPLa opinin mayoritaria de los fabricantes es que H.323 se convertir en la norma convencional de las empresas, mientras que MGCP y H.248/Megaco tendr una mayor presencia en los agentes de llamadas y otras pasarelas de medios de los operadores. Tambin muchos creen que SIP ser utilizado entre agentes de llamadas y entre agentes de llamadas y telfonos IP residenciales. En otras palabras, el modo en que los protocolos sern implementados depender de dnde se site el equipamiento VoIP en la red: se impone la coexistencia en el corto plazo.

NUEVOS TIPOS DE PRODUCTOSSe puede concluir la existencia de las siguientes clases de productos: sistemas completos VoIP, pasarelas VoIP, gatekeepers VoIP, PBX IP, conmutadores para centrales de conmutacin RTC, telfonos IP y otros. VoIP que ha experimentado el ms rpido crecimiento es la telefona IP, que incluye las PBX IP y las PBX adaptadas a IP. Tanto el nmero de productos concretos como el de sistemas de telefona IP, que proporcionan funciones tipo PBX sobre un transporte IP convirtindose en candidatos para reemplazar las tradicionales PBX de circuitos conmutados, se han ms que duplicado durante 2000. WIFI:WiFiesunatecnologamadura,secomenzautilizarenabrildel2000enEEUUyJapnen constanteevolucin(mscapacidad,msvelocidad,mayorradiodeacciny/ocobertura)y plenamentecompatibleyadoptadaentodoslosdispositivosinalmbricos:PCs,porttiles, PDAs, smartphones, telfonos mviles multimedia, videoconsolas, Home Cinema, reproductores mp3 y un nmero cada vez ms creciente de dispositivos electrnicos y domticos(yaexistenlavadoras/frigorficosWiFi).Esunatecnologaplenamenteaceptadayestandarizadaconunafortalezapropiadelasque hanalcanzadoenelmercadomundialunaeconomadeescala.WiFiestposicionadaen competencia/convivenciaconlasredes3Gdelatelefonamvilquecomparteconestaltima suprincipalrazndeser:proporcionarmovilidadadispositivosdetransmisininalmbricade vozydatos,ymuyhabitualmenteproporcionarmovilidadalaconexindeInternet.Las cifras mundiales actuales de usuarios de la Tecnologa WiFi enJunio 2007 son las siguientes:707millonesdeusuariosWiFifrentea2.010millonesdeusuariosdetelefona mvil.EncuantoalascifrasenEuropa:37millonesdeusuariosWiFi.EnEspaa:6millonesde usuariosWiFi.Seestimaqueparalosaos2008/09habr720.000puntosHOTSPOT(Puntos deaccesocomercialesaZonasWiFi)anivelmundial,174.000enEuropay36.000enEspaa. Esunmercadoenfuerteexpansin,muymaduroenEEUU,Japn,Chinaymuydesarrolladoen elnortedeEuropa(pasesescandinavos,ReinoUnido,Alemania). WIMAX-Estado del Arte-Smart AntenasLos operadores inalmbricos estn explorando nuevas vas para maximizar la eficiencia espectral de sus redes y mejorar el retorno de la inversin. Las smart antenas parecen ser una de las mejores alternativas para lograr ese incremento de la capacidad.Las smart antenas proporcionan beneficios en trminos de capacidad y funcionamiento respeto a las antenas estndares, ya que pueden adaptar su patrn de radiacin para adecuarse a un tipo determinado de trfico o a entornos difciles. Las primeras smart antenas fueron diseadas para el ejrcito, que se benefician del uso de haces directivos para ocultar las transmisiones a los enemigos. Estas primeras antenas requeran implementaciones de gran tamao y una gran capacidad de procesado, lo que provocaba operaciones muy exigentes, con su correspondiente retardo.

5. Objetivos

GeneralPlanificar, disear y presupuestar una red de banda ancha inalmbrica ficticia para cursar las comunicaciones de VoIP de la UAGRM entres sus diferentes areas.

Especficos Realizar un diseo preliminar de la red inalmbrica. Interconectar todos los puntos de la red. Implementar distintas rutas de modo que en cada punto existan dos trayectos alternativos. Realizar clculos y estimaciones razonables para el montaje de los Radio Enlaces. Calcular alturas mnimas de las antenas Probabilidad de recepcin. Sensibilidad del receptor. Estimar el trfico y capacidad de la red. Clculos matemticos para estimar la capacidad necesaria en cada enlace de la propuesta red. Planificacin de la red. Asegurar la cobertura de por lo menos 500 m a la redonda para cada emplazamiento principal. Despliegue de la red. Realizar un inventario de todos los elementos y dispositivos para la implementacin y puesta en marcha de la red.

6. Materiales y mtodos

De momento solo se us el software simulador de uso libre Radio Mobile para poder brindar una solucin estimada al proyecto

7. Desarrollo del proyecto

Ubicacin del lugar donde se implementara el proyecto

Puntos de conexin vista satelital

Definicion del lugar en el software

Calculos establecidos

Calculo de la Potencia del equipo. = = Calculo de la Potencia del equipo.

Por tanto, casi se pierde la mitad de la potencia que nos ofrece el equipo. Clculos para la lnea o gua de conexin.Z0 = ZA = ZE = 600 (Valor por defecto para guas SHF)

Frecuencia [GHz]Atenuacin [dB/m]

1 a 50,05

5,1 a 100,095

10,1 a 250,15

Mayor a 250,2

Considerando a los Mdulos como sede central tenemos que la , por este motivo se considerara una longituda de la gua que ser .

Atenuacin de la gua:

Calculo matemticos para las distintas Sedes: Perdidas Bsicas.

Radio de Fresnel.

Altura de la Torre.

Mdulos Oficina Central.

Mdulos Idiomas

Mdulos Vallecito.

Plaza - Idiomas.

Vallecito - Idiomas.

Warnes Vallecito.

Warnes Mdulos.

Montero - Warnes.

Montero - Vallecito.

Datos establecidos en el software

Teniendo las alturas de las antenas, se concluyen las alturas necesarias para las torres de los diferentes emplazamientos:

EnlacesAltura(h1-utilizada) [m]Altura(h2-utilizada) [m]

Mdulos(h1)-Oficina Central(h2)1624

Mdulos(h1)-Idiomas(h2)1824

Mdulos(h1)-Vallecito(h2)2031

Oficina Central (h1)-Idiomas(h2)2222

Vallecito(h1)-Idiomas(h2)3134

Warnes(h1)-Vallecito(h2)3635

Montero(h1)-Warnes(h2)3737

Mdulos(h1)-Repetidor(h2)2245

Warnes(h1)-Repetidor(h2)2045

Montero(h1)- Repetidor (h2)3540

Clculo de las capacidades de enlace necesarias en cada emplazamientoAsumiendo que puede haber heterogeneidad de sistemas, y el peor caso de las comunicaciones VoIP en cuanto a recursos necesarios, y asumiendo que una comunicacin telefnica requerir 115Kbps en cada sentido durante toda su duracin. Se ha estimado la siguiente demanda en cada campus: Viclvaro: 16 terminales VoIP que, en la hora cargada generarn 4 llamadas a la hora cada uno en media, de una duracin media de 180 segundos. Se acepta una probabilidad de bloqueo mxima del 1%.Datos:16 terminales; 4 llamadas a la hora; Duracin=180 segundosProbabilidad de bloqueo Clculo:

Ubicando el valor en la tabla de trfico Erlang-B, sabemos que debemos utilizar 9 canalesPor lo tanto: 9 Fuenlabrada: 30 terminales VoIP que, en la hora cargada generarn 3.033 llamadas a la hora cada uno en media, de una duracin media de 215 segundos. Se acepta una probabilidad de bloqueo mxima del 0.01%.Datos:30 terminales; 3.033 llamadas a la hora; Duracin=215 segundosProbabilidad de bloqueo Clculo:

Ubicando el valor en la tabla de trfico Erlang-B, sabemos que debemos utilizar 17 canalesPor lo tanto: Manuel Becerra: 10 terminales VoIP que, en la hora cargada generarn 0.5 llamadas a la hora cada uno en media, de una duracin media de 376 segundos. Se acepta una probabilidad de bloqueo mxima del 0.1%.Datos:10 terminales; 0.5 llamadas a la hora; Duracin=376 segundosProbabilidad de bloqueo Clculo:

Ubicando el valor en la tabla de trfico Erlang-B, sabemos que debemos utilizar 5 canalesPor lo tanto: Aranjuez: 9 terminales VoIP que, en la hora cargada generarn 3 llamadas a la hora cada uno en media, de una duracin media de 191 segundos. Se acepta una probabilidad de bloqueo mxima del 0.1%.Datos:9 terminales; 3 llamadas a la hora; Duracin=191 segundosProbabilidad de bloqueo Clculo:

Ubicando el valor en la tabla de trfico Erlang-B, sabemos que debemos utilizar 7 canalesPor lo tanto: Alcorcn: 15 terminales VoIP que, en la hora cargada generarn 2.21 llamadas a la hora cada uno en media, de una duracin media de 149 segundos. Se acepta una probabilidad de bloqueo mxima del 0.01%.Datos:15 terminales; 2.21 llamadas a la hora; Duracin=149 segundosProbabilidad de bloqueo Clculo:

Ubicando el valor en la tabla de trfico Erlang-B, sabemos que debemos utilizar 8 canalesPor lo tanto:

8. Resultados obtenidos

Conclusiones Podemos concluir diciendo que para los enlaces entre los emplazamientos hemos utilizado la tecnologa WiMax, pues la mayora de los enlaces son de distancias considerables, usando antenas direccionales (en el simulador antenas Yagi) pero tambin se podra haber hecho uso de la tecnologa WiLD pero segn las necesidades y las demostraciones hechas, se puede decir que WiMax es la tecnologa ms apropiada a la situacin planteada,Tambin se puede concluir que para asegurar la cobertura en cada emplazamiento utilizamos la tecnologa WiFi, en los puntos de acceso, lo cual nos permite alcanzar los 500 mts. De cobertura necesaria.

Se ha comprobado los valores necesarios de capacidad de trfico en cada enlace y en las cargas acumulativas de enlaces anteriores, inclusive en el peor de los caminos, y en todos ellos la red cumple con los requisitos requeridos sobradamente, todo esto est comprado con los clculos necesarios y tambin por el software de simulacin.

9. Bibliografa

Libro de Sistemas de Comunicacin I, II Ing. Sal Severiche Toledo. http://www.infored/voip/.com http://www.wifirespuestas.com Diseo e Instalacin de Sistemas de Radiocomunicaciones Universidad Rey Juan Carlos Apuntes de la materia Redes Inalmbricas y Comunicaciones Mviles

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