Actuaciones Previas

Proyecto Técnico para la Red de Área Local
Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College
Proyecto Fin de Carrera “Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la
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Actuaciones
Previas
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2.1. Introducción
Esta sección se dedica a describir un conjunto de actuaciones realizadas
previamente a la fase de diseño de la WLAN objetivo de este proyecto.
Este tipo de actuaciones han consistido en estudios teóricos y empíricos para la
búsqueda de localizaciones específicas de los puntos de acceso inalámbricos, y
obtención del número exacto de dispositivos que necesitamos. Asimismo nos ha
permitido asignar canales de radiofrecuencia de tal manera que se eviten, en la medida
de lo posible, interferencias entre AP. Incluso nos ha permitido recabar otra
información útil para el posterior diseño de nuestra red.
Aún así, algunos de los resultados del estudio son orientativos y no del todo
precisos porque las condiciones que afectan a las señales de radio son muy variadas y
no todas se podrían tener en cuenta. Por ejemplo, el número de personas exacto que se
encontrasen en cada habitación en cada momento, la época del año, las condiciones
climatológicas de todos los día, equipos nuevos instalados a partir de entonces que
afecten a ese rango de frecuencias, etc.
Para llevar a cabo estas actuaciones han sido necesarios un punto de acceso
inalámbrico del modelo especificado por el cliente, un ordenador portátil con
adaptador inalámbrico y un software específico de este adaptador que mide la
intensidad de señal recibida del punto donde nos encontremos.
También ha sido necesario un plano del edificio al completo (facilitado por el
cliente), acompañado de una inspección detallada del lugar buscando posibles barreras
potenciales que obstaculicen la propagación de las ondas de radiofrecuencia y que
generalmente los planos no muestran.
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2.2. Inspección del lugar
Se realiza una inspección del lugar identificando posibles zonas conflictivas
para la recepción óptima de la señal como por ejemplo áreas con estructuras metálicas
como cañerías o estanterías que no aparecen en los planos originales. Estas zonas se
muestran en PLANO Nº 4: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la
Radiopropagación en Planta Baja, PLANO Nº 5: Localización de Posibles Zonas Conflictivas
para la Radiopropagación en Planta Primera y PLANO Nº 6: Localización de Posibles Zonas
Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Segunda de la sección 7.- Planos, y habrá
que tenerlas en cuenta a la hora de diseñar la cobertura de la red.
Asimismo, durante la inspección se analizan también los puntos donde el
cliente quiere que se instalen los puntos de acceso inalámbricos. Como ya comentamos
anteriormente, su deseo es que vayan en el interior de los falsos techos de cada planta
del edificio para evitar posibles manipulaciones o robos de los dispositivos. Por ello,
hay rosetas habilitadas cercanas al techo, tal y como se podía ver en la Figura 1-1: Detalle de
las rosetas de conexión de los puntos de acceso, cercanas al falso techo de la sección 1.
Este hecho provoca un problema: la alimentación de los puntos de acceso. En el
interior del falso techo no existen tomas de corriente para conectar la fuente de
alimentación de los AP porque la normativa vigente lo impide. Tampoco existen
enchufes próximos a las rosetas de conexión por el mismo motivo. Los más cercanos se
encuentran a unos 3 metros aproximadamente de la roseta, cercanos al suelo. Pero ni el
cable de alimentación es tan largo, ni es conveniente por el deseo expreso del cliente de
evitar manipulaciones.
Ante tal contratiempo se propone alimentar a los puntos de acceso a través del
propio cable UTP Cat5 por donde se conectan a la LAN y reciben los datos, usando la
técnica conocida como Power-over-Ethernet o PoE.
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2.3. Potencia mínima recibida
Se va a definir la potencia mínima que queremos que reciba cada terminal de
usuario de tal manera que se cumplan los requisitos del cliente.
El cliente desea cobertura en el 100% de la totalidad del centro, con un nivel de
señal suficiente como para establecer comunicaciones a una velocidad aceptable. Para
que el receptor funcione, la potencia de la señal que le llega debe superar un umbral
denominado sensibilidad del receptor. Este umbral está fijado por las normativas de
cada protocolo y por la calidad de los equipos de los distintos fabricantes.
Nosotros escogeremos esta sensibilidad como potencia mínima recibida;
deberemos asegurar que un usuario situado en cualquier punto del edificio reciba
como mínimo una potencia igual a este umbral.
Netgear adjunta la siguiente tabla con las sensibilidades de recepción para el
estándar IEEE 802.11g según la tecnología y la tasa de transmisión:
Tecnología de transmisión
DSSS
OFDM
Tasa de transmisión (Mbps)
1
2
5.5
11
6
9
12
18
24
36
48
54
Sensibilidad de recepción (dBm)
-92
-90
-88
-86
-89
-85
-82
-79
-76
-73
-72
-72
Tabla 2-1: Tabla de sensibilidades del receptor de Netgear según la velocidad
Por ser la más restrictiva, escogeremos -72dBm como potencia mínima
recibida.
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2.4. Modelo de pérdidas
La finalidad de encontrar un modelo de pérdidas adecuado es la de poder
predecir con cierto grado de exactitud de forma teórica el nivel de señal que vamos a
obtener en cualquier punto del área implicada.
Entre los muchos modelos de interior disponibles en la literatura, el Modelo
COST 231 Multi-wall/Multi-floor o Modelo de Keenan-Motley modificado ha sido
elegido por ser razonablemente el más apropiado en nuestro escenario de medidas
debido a su baja dependencia a la exactitud de la base de datos y a su reducido tiempo
de computación. Este modelo calcula las pérdidas de trayecto basándose en el trayecto
directo entre transmisor y receptor, considerando la ubicación exacta de muros y
paredes, y considerando las pérdidas de penetración individuales de éstos
dependiendo del material que los constituye.
Viene dado por la siguiente expresión:
I
nf  2

L(dB)  L fs  K   n wi ·Lwi  n f ·
 b ·LF
i 1
 n f  1

(2-1)
Donde:
· K es un coeficiente que representa las pérdidas no físicas del entorno.
Depende de la distancia.
· nwi es el número de paredes penetradas de tipo i
· Lwi es la perdida en dB de pared tipo i
· I es el número de paredes distintas que hay
· n f es representa el numero de plantas penetradas.
· b es un factor de corrección empírico debido a la no linealidad de LF
· LF es la pérdida entre plantas adyacentes
· L fs es la pérdida en espacio libre entre el transmisor y el receptor en dB, dada
por la siguiente fórmula:
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L fs (dB )  32,45  20 log f (Ghz )  20 logd (m)  (2-2)
Lwi se obtiene o bien de tablas
I
o bien empíricamente realizando nosotros
mismos las medidas oportunas sobre el terreno. En nuestro caso han sido obtenidas de
la segunda forma, promediando numerosas medidas a uno y otro lado de cada uno de
los distintos tipos de obstáculos. Los resultados son los siguientes:
Pérdidas
LF
Lwi
Descripción
Suelo entre plantas
Valor (dB)
19
Pared tipo biombo
Pared de separación entre aulas adyacentes
Pared de separación entre pasillo y aula
Pared con estructuras metálicas
Ventanas
Puertas
8
10
16
22
9
6
Tabla 2-2: Pérdidas según el tipo de pared atravesada
Para caracterizar K tenemos también dos opciones. Una es directamente hacer
la simplificación K=0, pero resultaría un modelo de pérdidas no optimizado bastante
alejado del modelo real.
La otra opción es colocar el punto de acceso en un pasillo del edificio e ir
realizando medidas sucesivas de la potencia recibida con nuestro portátil a distintas
distancias, habiendo en todo momento visión directa entre ambos sin obstáculos de por
medio. El modelo de pérdidas resultante si que sería óptimo, y es por eso que es la
forma que hemos escogido para caracterizar teóricamente K.
Si aplicamos la fórmula de Friis:
Prx (dBm)  PIRE  L  PIRE  32,45  20 log f  20 log d  K
(2-3)
Donde, para las pérdidas hemos tenido en cuenta que las medidas se han hecho
en la misma planta (nf = 0), y había visión directa entre emisor y receptor (es decir no
había obstáculos ni paredes por lo que Lwi=0).
Sabiendo además que la PIRE es de 20dBm (100mW) tal y como establece el
estándar 802.11g, y despejando K tenemos que:
I
Recomendación M.1225 de la ITU-R
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K  PIRE  32,45  20 log  f  20 logd  Prx
(2-4)
Las Prx obtenidas en el proceso de medidas más el cálculo de la K
correspondiente aparecen en la siguiente tabla:
Nº de medida
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Distancia al AP
d(m)
Potencia recibida
Prx (dBm)
0.5
-34
2
-38
4
-42
6
-46
8
-50
10
-55
12
-55
14
-54
16
-58
18
-60
20
-64
22
-65
24
-63
26
-63
28
-67
30
-70
32
-68
34
-69
36
-71
38
-73
40
-74
42
-76
44
-74
46
-72
48
-77
50
-76
52
-74
54
-77
56
-79
58
-80
60
-81
62
-85
Tabla 2-3: Medidas para caracterizar el coeficiente K
K
19.8156867
11.7744869
9.75388698
10.2320618
11.7332871
14.7950868
13.2114619
10.8725261
13.7126872
14.6896367
17.7744869
17.9466332
15.190862
14.4956198
17.8519262
20.2526617
17.6920872
18.1655085
19.6690368
21.1994149
21.753887
23.330101
20.9260333
18.5399302
23.1702621
21.8156867
19.4750199
22.1472116
23.8313263
24.5265269
25.2320618
28.947253
Una vez que tenemos todos los valores de K, realizamos una aproximación
polinómica con MATLAB. El resultado es el siguiente:
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K  1.7090·10 -5 d 4 - 0.0022d 3  0.0925d 2 - 1.1716d  16.2620
(2-5)
Con esto ya tendríamos caracterizado completamente el modelo de pérdidas
para cada planta de manera teórica con la siguiente expresión:
Prx (dBm)  PIRE  L  PIRE  32,45  20 log f  20 logd 
I
- 1.7090·10 -5 d 4  0.0022d 3  0.0925d 2  1.1716d  16.2620   n wi ·Lwi
(2-6)
i 1
Destacar que este modelo de pérdidas se corresponde al de la primera planta,
que es donde realizamos las medidas, pero por similitud con sus homólogas,
asumiremos que es también válido para el resto de plantas.
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2.5. Estudios previos de cobertura
2.5.1.
Estudio de cobertura teórico para un punto de acceso
Con toda la información hallada en los puntos anteriores podremos dibujar
sobre el plano el radio de cobertura aproximado de un punto de acceso. Esto nos
ayudará a hacer una estimación más precisa del número de puntos de acceso que
necesitamos y la distribución de los mismos, sin necesidad de acudir al sitio para hacer
las pruebas.
Describimos cómo sería el proceso teórico:
-
-
-
Escogemos sobre el plano una localización para nuestro punto de acceso.
Sobre el plano trazamos radiales que salen del punto de acceso cada 18º
aproximadamente.
Para cada radial estimamos a ojo el número de paredes que prevemos que
la señal va a encontrar en su camino antes de que ésta se atenúe hasta
72dBm.
Clasificamos cada tipo de pared de acuerdo con Tabla 2-2: Pérdidas según el tipo de
pared atravesada y le asociamos su correspondiente pérdida.
Con Prx=-72dBm como potencia mínima requerida, PIRE=20dBm (100mW),
y f=2,4Ghz, despejamos la distancia d(m) de la fórmula de Friis. Para ello
necesitaremos MATLAB.
Para cada radial marcamos esta distancia sobre el plano aplicando la escala.
Según el proceso descrito, la cobertura teórica que proporcionaría un punto de
acceso en el lugar establecido sería tal a la mostrada en el PLANO Nº 7: Cobertura
Teórica de un Punto de Acceso de la sección 7.- Planos.
Atendiendo a este resultado y extendiéndolo a las restantes plantas, estimamos
que serán necesarios 19 puntos de acceso para dotar de cobertura WiFi al edificio
completo, distribuyéndolos de la siguiente forma: 6 AP por planta excepto en la planta
baja que contaremos con 7 debido a la existencia del salón de actos.
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2.5.2.
Estudio de cobertura empírico para un punto de acceso
A parte del estudio teórico de cobertura realizado en el punto anterior, hemos
realizado otro estudio empírico, con el objetivo de comparar ambos. Para ello fue
necesario acceder al edificio, y allí seguimos los siguientes pasos:
-
Situar nuestro punto de acceso en el mismo lugar donde lo dibujamos
teóricamente sobre el plano.
Situarnos con nuestro portátil, el plano y el software de medición en este
mismo lugar.
Alejarnos del AP en línea recta hasta que ver que la potencia recibida es de 72dBm aproximadamente, y marcar ese punto en el plano.
Repetir el proceso sobre otras radiales imaginarias que salen del AP,
separadas cada 18º aproximadamente.
Según el proceso descrito, la cobertura empírica que proporcionaría un punto
de acceso en el lugar establecido sería tal a la mostrada en el plano PLANO Nº 8:
Cobertura Empírica de un Punto de Acceso de la sección 7.- Planos
Los resultados obtenidos difieren de los del punto anterior. Según el PLANO
Nº8 necesitaríamos menos puntos de acceso para cubrir íntegramente el edificio, 13
aproximadamente (4 por planta excepto en la planta baja en la que necesitaríamos 5).
Pero debido a la inexactitud de las pruebas y a los exigentes requerimientos del cliente,
escogemos el número más alto para asegurarnos de que no nos “quedamos cortos” en
la estimación. Por tanto seguimos suponiendo que son necesarios 19 puntos de acceso
que para satisfacer las exigencias de nuestro cliente.
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2.6. Conclusiones
Las conclusiones que sacamos a partir de los estudios anteriores se resumen en los
siguientes puntos:

Debemos tener en cuenta las posibles zonas conflictivas a la hora de calcular
el número de puntos de acceso inalámbricos que necesitamos.

Debido al problema existente con la alimentación de los puntos de acceso,
detectado durante la inspección del lugar, proponemos como solución
utilizar Power-over-Ethernet para poder alimentarlos a través del mismo
cable UTP Cat5.

Definimos potencia mínima recibida como el nivel de señal en dBm que
tiene que recibir cualquier usuario en cualquier punto del edificio para que
se garantice la comunicación a una velocidad aceptable.

Establecemos como potencia mínima recibida -72dBm, que es la sensibilidad
de recepción del punto de acceso NETGEAR RangeMax™ Wireless Access
Point WPN802 operando bajo el estándar IEEE 802.11g a velocidad máxima
(54Mbps).

El modelo de pérdidas, que describe de manera teórica la atenuación que
sufre la señal al propagarse por cada una de las plantas de nuestro cliente,
viene dado por la siguiente fórmula:
Prx (dBm)  PIRE  L  PIRE (dBm)  32,45  20 log  f (Ghz ) 20 logd (m) 
I
 0.0022d  0.0925d 2  1.1716d 3  16,2620d 4   nwi ·Lwi
i 1

Debemos asegurar que cualquier usuario situado en cualquier punto del
edificio reciba como mínimo una potencia igual a -72dBm.

Visto el radio de cobertura que posee nuestro punto de acceso operando
bajo el estándar IEEE 802.11g, y analizadas detalladamente las
características del lugar sobre el que vamos a instalar nuestra WLAN, para
cumplir con el punto anterior estimamos que a priori serán necesarios 19
puntos de acceso: 7 en la planta baja y 6 en cada una de las plantas restantes.
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SECCIÓN 2: ACTUACIONES PREVIAS ......................................... 143
2.1.
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 144
2.2.
INSPECCIÓN DEL LUGAR.............................................................................................. 145
2.3.
POTENCIA MÍNIMA RECIBIDA .................................................................................... 146
2.4.
MODELO DE PÉRDIDAS ................................................................................................. 147
2.5.
ESTUDIOS PREVIOS DE COBERTURA ........................................................................ 151
2.5.1.
2.5.2.
2.6.
ESTUDIO DE COBERTURA TEÓRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO........................................... 151
ESTUDIO DE COBERTURA EMPÍRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO ......................................... 152
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 153
TABLA 2-1: TABLA DE SENSIBILIDADES DEL RECEPTOR DE NETGEAR SEGÚN LA VELOCIDAD .................. 146
TABLA 2-2: PÉRDIDAS SEGÚN EL TIPO DE PARED ATRAVESADA ............................................................. 148
TABLA 2-3: MEDIDAS PARA CARACTERIZAR EL COEFICIENTE K ............................................................ 149
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