ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO

DISEO, ESTRUCTURACIN Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES PARA ACCESO A INTERNET DE 44 CENTROS EDUCATIVOS PBLICOS RURALES Y URBANO MARGINALES DE LA PROVINCIA DE BOLVAR

PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIN DEL TTULO EN INGENIERAPOR: JOSE LUIS GUALOTUA P. SANGOLQUI- ECUADOR2013

IntroduccinImplementacin de Redes Inalmbricas para el acceso universal a la Informacin.Fondo de Desarrollo de Telecomunicaciones (Fodetel), adscrito al Ministerio de Telecomunicaciones y Sociedad de la Informacin (MINTEL),ha decidido enfrentar estas dificultades y ha dispuesto la instalacin tanto de la infraestructura, como de la implementacin de dichas redes de comunicacin, con el aporte del Gobierno Nacional, de organismos de Cooperacin Internacional y la intervencin de las Universidades Ecuatorianas. Con este objetivo la Universidad de las Fuerzas Armadas -ESPE, por intermedio de su Departamento de Elctrica y Electrnica y la Carrera de Ingeniera en Telecomunicaciones colabora con su contraparte en cuanto a la planificacin y diseo de las redes que pueden ser ptimas y aplicables para solucionar la problemtica ya detallada.

Informacin PreliminarSe realizaron los primeros estudios con los datos disponibles, a partir de las localizaciones de los establecimientos, con lo que nos permitiera predecir cuntos nodos repetidores hara falta instalar y en qu localizaciones.

Con esa informacin, se realizaron unas primeras visitas de toma de fotografas y datos geogrficos (a travs de un dispositivo GPS) tanto en las escuelas como en los cerros donde previsiblemente se iban a instalar los repetidores. Estas visitas tenan un doble objetivo: verificar los datos de latitud y longitud que se tenan de cada una de las localizaciones y comprobar in situ las lneas de vista de cada uno de los puntos que permitieran afirmar la informacin que haba predicho el Software Radio Mobile.

Descripcin general de la redLa red implementada interconecta a 43 unidades educativas con la Red de Servicios que administra el Gobierno Autnomo Descentralizado de la Provincia de Bolvar ubicado en la ciudad de Guaranda, brindando servicios de correo electrnico e Internet. Este sistema de telecomunicaciones combina redes cableadas (Ethernet) con redes inalmbricas (WiFi).

Fig. 1. Ubicacin de los Centros Educativos a lo largo de la Provincia de Bolvar

En cada establecimiento educativo se ha instalado una pequea red para brindar dichos servicios. Estas pequeas redes se interconectan entre s a travs de una red troncal inalmbrica la cual est formada por repetidores ubicados en los cerros Gradas, Capadia, Cachiyacu, Cashapungo, Cochauca, Susanga, Lourdes, Aluzana y Cuichicacahua. Y en donde no constan los nombre de elevaciones se los ha expresado con nmeros tales como Torre 1, 2, 3, 4, 5, 6, 33. Estos puntos se eligieron por tener lnea de vista directa con los establecimientos de su respectiva zona.

Fig. 2. Diseo de la Red TroncalITEMCERROSLatitudLongitudElevacin (metros)1GRADAS137'25.9"S7858'44.4"W28792CASHAPUNGO136'09.3"S7855'52.2"W32753CACHIYACU134'12.6"S7902'13.8"W31684CAPADIA125'23.2"S7857'00.5"W44175TORRE 2127'36.1"S7856'20.8"W41266TORRE 3120'57.6"S7857'13.4"W43847SUSANGA140'21.0"S7901'09.0"W28748LOURDES142'19.7"S7904'49.2"W32539ALUZANA146'53.2"S7905'44.4"W302810CUCHICACAHUA156'14.3"S7905'21.1"W275511COCHAUCU137'43.5"S7905'37.5"W296612TORRE 1138'43.9"S7916'39.3"W59413TORRE 33140'46.3"S7912'00.7"W146814TORRE 4130'52.8"S7909'32.5"W203815TORRE 5125'55.2"S7909'53.6"W156016TORRE 6120'01.3"S7906'28.6"W281917ECHEANDIA126'02.2"S7915'57.3"W345

La red troncal se dise con la finalidad de llegar a la mayor parte de la provincia de Bolvar.La red cuenta con un centro de gestin y monitoreo que se encuentra en el edificio del GADP de Bolvar.Se implementarn 16 torres en los sitios remotos que son cerros o lomas, los cuales estn descritos y en los casos en los que no constan los nombres ya sea porque no tienen un nombre en especfico se utiliza un numero para llamar a este punto.Se disea 16 enlaces para ocupar la mayor parte de la Provincia de Bolvar.Se cuenta con 16 redes, ya que desde estos puntos se pretende cubrir las zonas aledaas.Se cuenta con la torre 5 la cual nos ayuda solo como enlace entre la torre4 y torre 6, en un futuro esta torre nos ayudara a interconectarnos con el Cantn Echeandia, no tomado en cuenta en el presente estudio.

Direccionamiento IPCada interfaz de red (inalmbrica y cableada) de un mismo repetidor pertenece a una red diferente.

De esta forma se mejora el entendimiento de la red, logrando un mejor manejo de las tablas de enrutamiento y mejor control de restricciones y accesos. Tambin permite ampliaciones del sistema de direccionamiento sin afectar a la configuracin establecida.Direccionamiento de las redes y clientes

Caractersticas de los enlaces

Caractersticas por las que se elige 802.11 n:Velocidades netas de transmisin de ms de 100 Mbps por mdulo de radio, son ms rpidas que las redes LAN Fast Ethernet.Son flexibles, seguras y, gracias a su gran alcance y a su ptima cobertura, proporcionan, adems, una seal de excelente calidad incluso a gran distancia.Para montar una WLAN 802.11n se suele requerir menos infraestructura que para montar una red con equipos anteriores. Como resultado se obtiene una red que ofrece un rendimiento sustancialmente superior y que implica unos costes de inversin menores.La mayora de los puntos de acceso 802.11n es totalmente compatible con la norma 11n y destaca por su excelente interoperabilidad y compatibilidad con versiones anteriores.

Servicios de la red

La red ofrece los siguientes servicios:

Correo electrnico: capacidad de crear cuentas de usuario de correo electrnico y todas las funcionalidades que tiene este servicio.Navegacin en Internet: acceso a Internet por medio de una conexin ADSL en el GADP de Bolvar.Transferencia de datos: permitir la transferencia de archivos entre todas las computadoras de la red.

Fig. 3. Nivel de potencia a lo largo de la trayectoria en un enlace

CALCULO DEL RADIOENLACE

CALCULO DE PRESUPUESTOENLACE GADP BOLIVAR GRADAS

ENLACE GADP BOLIVAR-GRADASDistancia4480,0metros4,5KmFrecuencia2,4GHz2400,0MHzAltura de la antena 10,0metrosPrx = Ptx PGtx + GAtx Lb + GArx PGrxPotencia - Tx200,0mW23,0dBmPerdida en cable - Tx0,0dBGanancia de antena - Tx18,0dBiFSL113,08dBFSL-113,1dBPIRE41,01dBm12,62wattsGanancia de antena - Rx18,0dBiPrx-54,07dBmPerdida en cable - Rx0,0dBMARGEN39,93dBSensibilidad del equipo - Rx-94,0dBmRADIO FRESNEL11,83metros

Equipos a utilizar para el enlace: 2 NanoBridge M2 Ubiquiti @ 2.4GHz, 18dBi 2x2 MIMO, Potencia: 23 dBm.

Equipos para el enlace troncal.

UBIQUITI NANOBRIDGE M2 18dBi

NanoBridge M2 Ubiquiti @ 2.4GHz, 18dBi 2x2 MIMO, Potencia: 23 dBm.

MAPAS DE COBERTURA RED GRADAS

Infraestructura y equipos de radio a utilizar: 1 Torre de 50 metros.2 AirMax 2x2 MIMO Sector 2-16-90(2,4 Ghz, 16 dBi, 90 deg) .2 RocketM2, OutPower: 28 dBm, Rx Power: -96 dBm. 1 RouterBoard 450G- Mikrotik.

Equipos en los clientes (Escuelas en la Red) 5 AirGridM2, CPE Outdoor 2.4GHz, Gain: 20dBi, Rx Power: -96 dBm

Equipos Sectoriales.

RBD450G

AirMax 2x2 MIMO Sector 2-16-90(2,4 Ghz, 16 dBi, 90 deg) RocketM2, OutPower: 28 dBm, Rx Power: -96 dBm.

RouterBoard 450G- Mikrotik.20Equipos para los clientes

AirGridM2, CPE Outdoor 2.4GHz, Gain: 20dBi, Rx Power: -96 dBm.Fig. 4. Enlace punto a punto (PtP), para los enlaces troncales

Fig. 5. Enlace punto a multipunto (PtMP), hacia las escuelas

Sistema de Proteccin Elctrica En las estaciones troncales en los cerros se han construido sistemas (puesta a tierra)PAT para evitar que las descargas elctricas ambientales puedan daar las antenas y para la proteccin y el buen funcionamiento de los equipos de comunicacin.Estos sistemas PAT se han implementado utilizando un pararrayos tetrapuntal tipo Franklin ubicado en la parte ms alta de la torre. ste proporciona una proteccin que cubre un volumen cnico con una y un ngulo de 360 grados.

Fig.6. Pararrayos tetrapuntal

El pararrayos tetrapuntal est conectado al pozo PAT mediante un cable de cobre desnudo de 50 mm2 de dimetro. Este pozo es del tipo horizontal (10 m de longitud) y est construido con una mezcla de tierra de cultivo, sal y Bentonita. En esta mezcla es donde se conecta el fleje de cobre.

Este subsistema tiene el objetivo de brindar proteccin a las personas y los equipos, evitando que descargas indeseadas lleguen hasta los mismos. Los sistemas de proteccin elctrica constan de los siguientes elementos:

Pozo de puesta a tierra: Las estaciones se encuentran ubicadas en zonas de baja o media resistividad, por lo que se han instalado pozos PAT con una longitud de 10 m y una profundidad de 50 cm, como se aprecia en la Figura 6.

Barra Master: Es una platina de cobre que sirve para conectar los diferentes cables de cobre usados para la puesta a tierra de los equipos y tambin para conectarlos a los pozos PAT. Se instala en el interior pero aislada de la estructura del establecimiento, como se aprecia en la Figura 7.

Protectores de lnea: Son elementos especialmente diseados para prevenir que descargas elctricas puedan llegar al equipo radio y daarlo. Se colocan en la barra Master y se conectan a dos cables coaxiales: uno llega al equipo radio y el otro a la antena. Fig. 7. Pozo de puesta a tierra

Fig. 8. Protector de lnea instalado en barra mster

Sistema InformticoLo conforman los equipos informticos que se utilizan para el usuario final saque provecho de los servicios que ofrece la red.

A cada establecimiento se le proporcionara inicialmente un equipo de cmputo S.O. Windows por peticin de los usuarios.

Adems de otros implementos.

Sistema de TelecomunicacionesEn un repetidor la mayora son los mismos que los ya indicados, slo varan la cantidad de equipos que actan como bridges y antenas.Estn ubicados en las diferentes ubicaciones descritas anteriormente. En cada uno de estos se han implementado casetas y torres, adems algunas de las estaciones tienen cerco perimtrico. En las casetas se ubican los equipos de telecomunicaciones y en las torres se han instalado las antenas y los paneles solares. Los repetidores necesitan de un sistema autnomo de energa, dada su localizacin en zonas aisladas.

Fig.9. Esquema de un repetidor

Sistema de InfraestructuraEste subsistema sirve de base para algunos componentes del subsistema de proteccin elctrica.

Est formado por una torre ventada de 60 m de altura que sirve de soporte para las antenas, el pararrayos tetrapuntal y el panel solar. Adems, se han construido casetas para instalar los equipos de una forma ms segura.

Fig.1o.Distribucion de equipos en la torre

Sistema de Energa

Se emplean paneles solares para la provisin de energa debido a que en los cerros no se cuenta con lneas de suministro de energa elctrica convencional. Los equipos que conforman este subsistema se presentan en la muestran en la Figura 10.

Fig.10. Elementos del sistema de EnergaEstacin pasarelaLa estacin pasarela est situada en la frontera de la red WiFi con el exterior (en el caso de la red en el GADP Bolivar). Se encarga principalmente de proporcionar los siguientes servicios:

Conectividad a Internet a travs de un lnea DSL que ser proporcionada por la Corporacin Nacional De Telecomunicaciones (CNT) de acuerdo a convenios establecidos con el ministerio de Telecomunicaciones (MINTEL)Conectividad a la red telefnica exterior a travs de una lnea convencional analgica.Servidor de correo para proporcionar cuentas de correo a los usuarios de la red.Servidor de Gestin de Red Firewall y control de contenidosEl primer servicio nombrado anteriormente es realizado a travs de un Router DSL mientras el servicio de cuentas de correo electrnico y gestin de red son gestionados a travs de un servidor; y firewall y control de contenidos, a travs de otro servidor. CostosDESCRIPCIONCANTIDADPRECIO UNITARIOTOTALINFRAESTRUCTURATORRE DE 60 m16 $ 9.000,00 $ 144.000,00 EN LAS TORRESCASETAS 16 $ 5.000,00 $ 80.000,00 CAJA METALICA OUTDOOR16 $ 80,00 $ 1.280,00 UPS TORRE16 $ 500,00 $ 8.000,00 SISTEMA ELECTRICOMODULO FOTOVOLTAICO (PANEL SOLAR)16 $ 150,00 $ 2.400,00 EN TORRESCABLE NLT 2X 10(PANEL SOLAR A CONTROLADOR)16 $ 20,00 $ 320,00 INTERRUPTORES TERMO MAGNETICOS16 $ 50,00 $ 800,00 PROTECTORES DE LINEA DC16 $ 25,00 $ 400,00 CONTROLADORES DE PANEL SOLAR16 $ 80,00 $ 1.280,00 BORNERAS DE CONEXIN32 $ 5,00 $ 160,00 CABLE TW6 (BATERIA A CONTROLADOR)16 $ 5,00 $ 80,00 SISTEMA DE TIERRA16 $ 100,00 $ 1.600,00 PARARAYOS Y BALIZAS16 $ 200,00 $ 3.200,00 INSTALACIONES16 $ 1.000,00 $ 16.000,00 EQUIPOS ENLANCES TRONCALNANOBRIDGEM2 NB2G1832 $ 120,00 $ 3.840,00 INSTALACION16 $ 500,00 $ 8.000,00 ROCKETM223 $ 120,00 $ 2.760,00 EQUIPOS SECTORIALESAIRMAX SECTOR 2G-16-9023 $ 220,00 $ 5.060,00 ROUTER BOARD 450G16 $ 300,00 $ 4.800,00 INSTALACION16 $ 500,00 $ 8.000,00 DESCRIPCIONCANTIDADPRECIO UNITARIOTOTALPC DE ESCRITORIO CORED DUO, 2GB RAM, 250 HDD,DVR/RW43 $ 400,00 $ 17.200,00 EQUIPOS CLIENTESMONITORES43 $ 90,00 $ 3.870,00 IMPRESORAS43 $ 55,00 $ 2.365,00 AIRGRID M243 $ 82,00 $ 3.526,00 20 METROS CABLE DE RED43 $ 20,00 $ 860,00 SWITCH DE 16 PUERTOS43 $ 69,00 $ 2.967,00 INSTALACION Y CONFIGURACION DE EQUIPOS43 $ 100,00 $ 4.300,00 PC DE ESCRITORIO PARA ADMINISTRACION1 $ 1.000,00 $ 1.000,00 CENTRO DE ADMINISTRACION Y GESTION DE LA REDPC DE ESCRITORIO PARA GESTION1 $ 1.000,00 $ 1.000,00 SWITCH CISCO- CAPA 3-SRW224G4-K91 $ 500,00 $ 500,00 ROUTERBOARD RB1100AH1 $ 600,00 $ 500,00 VARIOS ELEMENTOS DE RED1 $ 500,00 INSTALACION1 $ 500,00 $ 500,00 SERVICIO ACCESO INTERNET15 MEGAS POR UN AO1 $ 22.500,00 $ 22.500,00 TOTAL: $ 353.068,00 Sostenibilidad de la redLa comunidad o entidad administradora tiene que planificar estrategias para las adquisiciones de fondos propios para el mantenimiento de la red, el pago de servicios, mantenimiento e instalacin de nuevas aplicaciones de la red.

Como primera idea es que se podra utilizar la infraestructura existente fuera de los horarios de clase con el fin de convertirlo en un cyber y de all cobrar precios desde 0.60 hasta 1 USD por el uso de las maquinas. Adems que la persona encargada de administrar las redes, podra realizar consultas, trabajos o coordinar cursos, para tratar de generar mayores ingresos por uso de los equipos y la infraestructura.

Tambin se podra cobrar cuotas simblica a los padres de familia, al inicio del ao lectivo, siempre y cuando se tome en cuenta que se deber analizar las condiciones socio econmicas de los pobladores y no realizar imposiciones, ya que esta accin ira en contra del origen y esencia original del proyecto, que es el acceso universal y gratuito de los alumnos de las escuelas a las nuevas tecnologas.

Se podra coordinar con instituciones y organizaciones sin fines de lucro, tales como universidades, colegios, institutos tecnolgicos superiores de la Provincia; para que se realice el mantenimiento de la infraestructura por parte de sus alumnos y que les sea representados a ellos como un trabajo de investigacin que coordinado con sus respectivos docentes les ayudara a cimentar los conocimientos adquiridos en las aulas, a la vez que apoyan a una causa social.Alquilar la infraestructura de la Red Troncal, tales como torres y casetas a operadores de Telefona Celular, Empresas de Comunicaciones Inalmbricas y Troncales y dems empresas que estn situadas en la zona de influencia y que deseen implementar sus sistemas de comunicaciones sobre la red ya instalada. CONCLUSIONESEl presente estudio servir como base para el diseo e implementacin de una Red de Telecomunicaciones que permita proveer Servicio de Internet bajo el estndar Wi-Fi (2,4 GHz) a 44 unidades educativas ubicadas en sectores rurales y urbanos marginales de la provincia de Bolvar.

Luego de analizar los estndares de comunicaciones inalmbricas 802.11 a,b,g,n se puede concluir que el 802.11 n se ajusta mejor a las necesidades de nuestra red, ya que los suscriptores poseen una mayor ganancia y el ancho de banda de hasta 100 Mbps.

Se aprovecha la tecnologia MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) que agrega una tecnologa que usa mltiples antenas transmisoras y receptoras para mejorar el desempeo del sistema, permitiendo manejar ms informacin que al utilizar una sola antena, Se aprovecha de la diversidad de antenas y el multiplexado espacial.La tecnologa MIMO depende de seales multirruta que son seales reflejadas que llegan al receptor un tiempo despus de que la seal de lnea de visin (line of sight, LOS) ha sido recibida. MIMO utiliza la diversidad de las seales multirutas para incrementar la habilidad de un receptor de recobrar los mensajes de la seal.

Por las caractersticas tcnicas y de software del Punto de Acceso; tales como la autenticacin por direccin MAC, el control de ancho de banda por direccin IP, el monitoreo grfico en cada una de las interfaces, la buena sensibilidad de recepcin, entre otras; se logra conseguir una aceptable seguridad y calidad en el servicio a prestar.

La sostenibilidad no debe ser considerada un objetivo complementario ni adicional, sino parte de la misin misma del proyecto; las herramientas que se entregan para promover el desarrollo y mejorar la calidad de vida deben ser duraderas en el tiempo.Una prematura finalizacin del seguimiento o un temprano deterioro no solo implican un estancamiento y hasta un posible retroceso sino tambin significa que el esfuerzo y capital invertidos se perdern irremediablemente. El costo de oportunidad de estos recursos es siempre demasiado elevado para tomar ese riesgo.

Es en este marco en el que cobra gran importancia una correcta interpretacin de la realidad local y la correspondiente elaboracin e implementacin de estrategias que nos ayuden a establecer redes sostenibles (o auto sostenibles).

RECOMENDACIONESPara conseguir un correcto desempeo de los servidores, es recomendable que stos se encuentren en un cuarto que posea aire acondicionado. Debido a que los servicios que ofrece un ISP deben ser permanentes, es necesario contar con una fuente de energa alternativa como respaldo en caso de ocurrir un corte de energa pblica.

Es recomendable contar con servidores de backup para los servicios que se desea brindar con el fin de tener un respaldo del servidor principal, por esta razn se recomienda utilizar los servidores de backup gratuitos del sitio www.xname.org.

Siempre se tomara en cuenta la seguridad de nuestra Red, con el fin de evitar el acceso no deseado a los equipos agregando un dispositivo o computador que acte como firewall.

Es importante mantener un monitoreo constante del desempeo del la red utilizando las herramientas que permiten gestionar cada una de sus partes como son el monitoreo grfico en lnea del trfico upload y download, la medicin de la velocidad asignada a nuestra RED utilizando un velocmetro, ademas de monitorear el correcto funcionamiento de los servidores tanto de gestin local como remota.Conforme se incremente el nmero de clientes se debe verificar en el MRTG (Multi Router Traffic Grapher) que el ancho de banda contratado abastezca la demanda y en el caso de producirse saturacin en el canal, se deber solicitar un incremento en el ancho de banda contratado al proveedor.

La Lnea de vista entre la antena del punto central y la antena remota no deben de exceder de 12 km, caso contrario, se debe establecer una lnea de vista entre el punto central y una estacin repetidora; y otra entre esta y el usuario.

Como los equipos se van actualizando constantemente no es recomendable , tener una bodega llena de ellos, si no adaptar los nuevos que salen al mercado, a la red existente con el fin de siempre tratar de mejorar nuestra red.

La identificacin de los beneficiarios con los objetivos del proyecto o iniciativa es una condicin necesaria, aunque no suficiente, para el aseguramiento de su sostenibilidad.

Interiorizar en los beneficiarios la utilidad de lo que se ha implementado y que asuman un compromiso real respecto a su uso y cuidado, el aporte no ser viable en el tiempo, lo que significa que debern conjuntamente planificar planes de sostenibilidad del proyecto.

El uso de las TICs es el objetivo principal, por lo que se deber dimensionar los parmetros que vayan de acorde con las nuevas tendencias.

Colaboracin activa del GADP de Bolvar que permita la sostenibilidad , el mantenimiento , la capacitacin as como monitoreo de uso de la infraestructura.MUCHAS GRACIAS

PREGUNTAS

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