Instalaciones en Exteriores 1: Instalación Física y Alimentación por

Instalaciones en Exteriores 1:
Instalación Física y Alimentación
por Cable Ethernet (PoE)
Materiales de apoyo para entrenadores en
redes inalámbricas
version 1.8 by Carlo @ 2011-03-18
Metas
‣ Examinar los diferentes tipos de estructuras
de soporte de antenas y equipos que
podemos utilizar
‣ Ver ejemplos de técnicas apropiadas de
impermeabilización
‣ Revisar los procedimientos de seguridad para
la instalación
2
Conexiones
3
Cuando la mayoría de la gente piensa en instalaciones inalámbricas piensan en
AP o antenas. Pero se necesitan muchos más componentes para armar un
sistema inalámbrico en el mundo real.
NOTA: recorra el diagrama y explique todas las conexiones entre los dos
computadores. ¿Cuántas necesitan protección de intemperie, cuántas puestas
a tierra se necesitan?
Instalación típica
El equipo instalado incluye normalmente:
‣ Uno o más enrutadores inalámbricos
‣ Antenas y herrajes de soporte
‣ Soporte de antena (no-perforante, de pared, mástil,
torre, etc.)
‣ Linea de transmisión de 50 Ω (LMR 400)
‣ Inyector PoE y par trenzado (UTP, FTP o STP)
‣ Conectores o adaptadores
‣ Desviadores de rayos y cable de puesta a tierra
‣ Cinta autofundente o compuesto impermeabilizante
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Además de la lista anterior, se necesitan herramientas apropiadas y equipo de
seguridad para completar la instalación. También va a necesitar una laptop para
configuraciones y pruebas.
Requisitos para el montaje de
la estación base
En una instalación punto a multipunto, la ubicación de la
estación base (access point o AP) es la preocupación
prioritaria, para poder obtener la mejor cobertura posible.
Otras consideraciones importantes:
‣ Acceso a la red de suministro eléctrico
‣ Seguridad física del equipo
‣ Accesibilidad al sitio
‣ Ubicación de la antena sobre el edificio o torre
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Aunque nuestra primera elección para la ubicación
de la estación base puede ser escoger un sito cerca
del centro del área que deseamos servir, a menudo
la elevación es la consideración más importante, y
un sitio en las afueras como una colina o,
idealmente, una torre ya existente que podamos
utilizar (siempre que sea viable la conexión a
Internet), puede ser una mejor solución.
Patrón de radiación horizontal
El patrón horizontal de una antena omni se aproxima al
círculo. Un tubo pequeño cerca de la antena (típicamente
parte del soporte) puede actuar como reflector cambiando
la ganancia hasta en 3 dB en algunas direcciones, modificando
el patrón de radiación.
Un objeto grande, como la parte
trasera de una parábola puede
bloquear completamente la señal
en una dirección dada.
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Patrón de radiación vertical
La ganancia de una omni se obtiene a expensas del
estrechamiento del patrón de radiación vertical.
Esto se cumple estrictamente
cuando la antena está lejos de
objetos conductores, y constituye
una buena aproximación cuando
la antena está en la parte más alta
de la torre.
El patrón de radiación vertical va
a cambiar sustancialmente si la
omni está instalada en partes más
bajas ya que va a interactuar con
la estructura física.
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Ángulo de la torre
Una torre auto-soportada tiene a
menudo una forma ahusada que se
estrecha con la altura. Esto desvía
el haz hacia arriba hasta 5 grados.
Una omni típica de 15 dBi tiene
un ancho de haz vertical de unos
8 grados.
El haz puede desviarse tanto hacia
arriba que la señal podría enviarse
en una dirección que no nos sirve
para nada.
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Inclinación de la antena
Las antenas sectoriales se ven menos
afectadas por la torre y pueden ser
fácilmente inclinables.
Esto es particularmente necesario
cuando el cliente está cerca de la
estación base, o cuando la estación base
está mucho más alta que el cliente.
Inclinación mecánica: puede
compensar los efectos de la estructura.
Inclinación Eléctrica: puede
lograrse cambiando la fase de la
alimentación de los elementos activos
de la antena.
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Algunas antenas comerciales vienen un ángulo de inclinación eléctrica
especificado.
Consideraciones sobre el
soporte de la antena
‣
Ubique las antenas de manera que haya una clara línea de vista entre
ellas.
‣
No debería haber obstáculos dentro de 10 grados en azimut del eje
del haz.
‣
Tenga cuidado con posibles estructuras reflectoras en el trayecto o
inclusive detrás.
‣
Tenga cuidado con los árboles que al
crecer puedan obstruir el trayecto.
‣
Evite trayectorias sobre superficies de
agua.
‣
En los techos, montar la antena cerca
del borde ayuda a evitar problemas de
reflexión.
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Torres auto-soportadas
Las torres auto-soportadas son caras
de construir, pero son a menudo la mejor
opción para la estación de base.
Una torre pre-existente puede a menudo
usarse, pero las de antenas de transmisión
AM deben evitarse porque toda la
estructura constituye un elemento activo.
Las estaciones de transmisión de FM son
aceptables, pero para evitar problemas de
interferencia asegúrese de usar par
trenzado apantallado (FTP o STP), o en su
defecto colocar el cable exterior dentro
de un ducto metálico debidamente puesto
a tierra.
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Una alternativa a los pares trenzados apantallados es usar un conducto
metálico puesto a tierra para proteger el cable de par trenzado.
Torres venteadas
Una torre venteada escalable está normalmente hecha de
aluminio con una sección transversal triangular de unos 30
cm de lado.
Cada sección tiene unos 3 m de
largo y varias secciones pueden
atornillarse juntas para lograr la
altura deseada.
La torre debe estar estar bien
sujeta con tirantes (vientos)
para soportar los vientos
propios de la zona y para
sostener el peso del equipo y
de una o dos personas.
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Nota: se usan también los términos “torre ventada” o “atirantada”
Los vientos o tirantes deben tener todos la misma tensión y estar distribuidos
lo más simétricamente posible alrededor de la torre.
El aluminio es el material más utilizado para estas torres, pero en algunos
países puede ser más económico utilizar acero galvanizado. El acero normal es
desaconsejable porque está muy sujeto a corrosión.
Mástil
Un mástil libre es a
menudo menos caro de
construir que una torre.
Este tipo de estructura puede
hacerse fácilmente escalable
añadiéndole peldaños a un
tubo de buen tamaño.
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Conocidos también como “monopolos”
Seguridad en instalación de torres
Muchos países exigen entrenamiento especial
para trabajar en torres de cierta altura.
Evite el trabajo en torres
cuando haya vientos fuertes o
tormentas.
!Siempre trabaje en torres
con un compañero!
Siempre use un arnés fijado
de manera segura a la torre
cuando trabaje en alturas.
Es sumamente peligroso
trabajar en la oscuridad. Calcule
muy bien el tiempo para
completar el trabajo bastante
antes de la puesta del sol.
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Si se queda corto de tiempo, recuerde que la torre va a estar ahí a la mañana
siguiente cuando se pueden volver a atacar los problemas luego de un buen
descanso nocturno:
Si usted tiene alguna duda sobre sus propias capacidades, o nunca ha
trabajado en torres, contrate un profesional que lo haga en su lugar.
Soporte que perfora el techo
Se debe tener cuidado para
prevenir que el agua no se
cuele a través de las junturas
de los tornillos.
Selle todos los orificios con un
sellador apropiado (como
masillas o sellador de silicona).
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Soporte que no perfora el techo
Esta base de metal puede
lastrarse con bolsas de
arena, piedras o botellas
de agua para hacerla
estable sin perforar el
techo.
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Montaje en paredes
tubo
Radio
Vista lateral de
montaje de pared
Antena
Para aplicaciones donde el techo
no es suficientemente plano o
fuerte para aguantar el peso de un
soporte no perforante de techo,
el soporte de pared es la
solución más efectiva.
Este soporte se fija a los lados de
un edificio, pared o chimenea.
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Consejos de instalación
‣ Configure su AP y Cliente en el laboratorio !no en el sitio!
‣ Mantenga los cables coaxiales cortos: !no más de 15 metros!
‣ Apriete e impermeabilice todos los conectores
‣ Use cinta autofundente impermeabilizante (no use cinta
eléctrica o duct tape)
‣ Use bridas (zip ties) de nylon negro (las blancas se dañan con
los rayos UV)
‣ Cuando pueda, use ductos para los cables
‣ Si utiliza PoE, el cable debe ser a prueba de intemperie o
protegido por ductos
‣ Si es posible, proteja el radio del sol y la lluvia
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Sobre todo, asegúrese de que las antenas estén bien sujetas para que el viento
no las mueva.
Todos los cables deben estar atados o bien fijos con bridas para evitar que el
viento los enrede
y termine por romperlos
Proteger las antenas de la intemperie
La mayor parte de los
problemas de antena son
causados por las
conexiones de los cables
coaxiales que se aflojan
con la vibración y dejan
pasar humedad al
interior del conector.
Proteja de la intemperie
todas las conexiones de
exteriores.
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La protección de intemperie puede lograrse aplicando varias capas de cinta
autofundente (o caucho vulcanizado) o compuesto impermeabilizante sobre
las conexiones y luego cubriéndolas con una cinta de electricista de buena
calidad (resistente a baja temperatura y a los ultravioleta).
El drenaje es muy importante en cajas para intemperie no presurizadas.
Asegúrese de que el orificio de drenaje esté en el fondo y de que no haya
sido bloqueado durante la instalación.
Lazos de goteo
Al añadir un pequeño lazo a la antena y a los cables Ethernet,
se logra que el flujo del agua de lluvia se desvíe del conector.
Esto puede ayudar a prolongar la vida de su equipo.
Esto es importante incluso si se están usando conectores
sellados “impermeables”.
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Cajas a prueba de intemperie
Cuando compre cajas para proteger un equipo instalado
en exteriores:
•
•
Asegúrese de que pueden resistir las condiciones
climáticas específicas del sitio.
Hay dos organizaciones que han desarrollado estándares
ampliamente aceptados en la construcción de cajas:
‣ National Electrical Manufacturers Association (NEMA) en
Norteamérica
‣ International Electrotechnical Commission (IEC) en
Europa, con las especificaciones de IP (Ingress
Protection)
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Protección IP
1er dígito
Definición
2do dígito
Definición
0
Sin protección
0
Sin protección
1
Contra la penetración de objetos
sólidos de 50 mm de diámetro o más
1
Contra goteo vertical de agua
2
Contra la penetración de objetos
sólidos de 12.5 mm de diámetro o más
2
Contra goteo vertical de agua
a un ángulo de hasta 15°
3
Contra la penetración de objetos
sólidos de 2.5 mm de diámetro o más
3
Contra goteo vertical de agua
a un ángulo de hasta 60°
4
Contra la penetración de objetos
sólidos de 1 mm de diámetro o más
4
Contra salpicaduras de agua
en todas las direcciones
5
Protegido contra el polvo
5
Contra chorros de agua en
todas las direcciones
6
A prueba de polvo
6
Contra chorros fuertes de
agua en todas las direcciones
7
Contra inmersión temporal
hasta 1m de profundidad
8
Inmersiones continuas en
condiciones específicas
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IP significa International Protection (o Ingress Protection)
El primer número se refiere al tamaño máximo de los huecos permitidos en
la caja, el segundo se refiere a la resistencia al agua.
El método europeo de Ingress Protection se basa sobre IEC 60529 y designa
niveles diferentes de IP:
Polvo (primer dígito): 1 a 6
Agua (segundo dígito): 1 a 8
Correspondencia entre NEMA e IP
Tipo NEMA
Definición NEMA
Clase IP
1
Cierta protección al polvo, luz,salpicadura indirecta,
pero no a prueba de polvo
IP10
2
Protección anti-goteo. Semejante al tipo1, pero con
protección adicional para gotas formadas por
condensación
IP11
3 y 3S
Resistente a la intemperie. Protege contra nieve y
aguanieve
IP54
3R
Protección contra lluvia y hielo
IP14
4 y 4X
Protege contra chorros de agua dirigidos
IP56
5
Contra el polvo
IP62
6 y 6P
Sumergible, dependiendo de condiciones específicas de
presión y tiempo
IP67
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Las especificaciones norteamericanas de protección contra la intemperie se
basa en el estándar NEMA 250.
Alimentación por Ethernet (PoE)
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¿Porqué alimentación por Ethernet (PoE)?
‣ Ahorra dinero y tiempo de instalación
‣ Más flexibilidad en la ubicación de los
dispositivos
‣ Bastante útil para exteriores, al permitir
una distancia grande entre el AP y el
computador
‣ No se precisa de un electricista para
instalarlo
‣ !Ahorra cobre !
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Aspectos relevantes a PoE
‣ ¿Estándar o no?
‣ ¿Alimentación en el extremo o en el medio?
‣ Requiere Cat5e ó Cat6 con menos de 25 Ω
resistencia total
de
‣ ¿Adjudicación de Pin tipo A ó B?
‣ Caída de tensión proporcional a la longitud del
cable
‣ Use cable de par trenzado con especificación de
exteriores o protegido por un ducto metálico
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Recuerde que la forma de instalar los conectores RJ-45 en el cable Ethernet tiene dos variantes, A o B. Verifique en base a los
colores de su cable.
Estándar IEEE 802.3af-2003
‣ Alimentación de dispositivo Ethernet mediante el
cable de datos
‣ Título del estándar: Data Terminal Equipment (DTE)
Power via Media Dependent Interface (MDI)
‣ Aprobado en junio 2003
‣ Consumo máximo ~13W
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Estándar IEEE 802.3at-2009
‣ Extensión de 802.3af-2003
‣ Aprobado en septiembre de 2009
‣ Soporta hasta 25W por cable
‣ Soluciones no estándar soportan
!hasta 51W!
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El estándar prevé la posibilidad de que se instale un gran número de cables dentro del mismo ducto. Cuando se itenga la
seguridad de que va a haber un solo cable en el ducto o cuando se utilice para trenzado para exteriores, se puede alimentar sin
problemas cargas de 50 W.
Alimentacón desde el extremo
o desde el cable
‣ PoE (802.3af) utiliza 48V DC, con una corriente máxima
de 350mA, capaz de alimentar una carga de 12.95W
tomando en cuenta las perdidas en el cable
‣ End span 802.3af (alimentación
desde el extremo) aplica la energía en
los pares utilizados para datos
(1+2, 3+6) o en los pares de reserva
(4+5, 7+8)
‣ Mid span 802.3af (alimentación
desde el cable) suminstra la energía
sobre los pares (4+5, 7+8).
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“End span” significa que el conmutador Ethernet o el enrutador suministra el
voltaje DC. “Mid span” es cuando se coloca un inyector de energía conectado
a la fuente de alimentación DC en algún punto de la trayectoria del cable.
Note que diferentes fabricantes usan estándares diferentes. Aunque esté
marcado “Compatible con PoE” no significa que sea interoperable.
Ejemplo: cable de 20 metros
Suponga que la fuente de alimentación le da 12 VDC @
1.5 A, para una energía total disponible de:
12 V * 1.5 A = 18 vatios
Pero esto supone una línea de alimentación de resistencia
cero. La especificación CAT5e establece no más de 0.094
Ω por metro, por conductor. Cuando se usan dos pares de
cables, la resistencia de un cable CAT5e de 50 metros va a
ser :
0.094 Ω/m * 20 m = 1.88 Ω
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Note que la resistencia es de 0.1 ohm por metro, por conductor. Como
estamos usando dos conductores por cada lado del lazo, la resistencia es la
mitad.
Ejemplo: cable de 20 metros
A causa de la resistencia de la línea, vamos a perder algún
voltaje en extremo del cable. La caída de voltaje es:
Vdrop = 1.5 A * 1.88 Ω
Vdrop = 2.82
Después de restar la caída, el voltaje real esperado en el
extremo lejano será:
V = 12 - 2.82
V = 9.18
El voltaje de salida es de sólo unos 9 voltios, !mucho
menos de lo que su equipo está esperando!
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Hacer funcionar un equipo por arriba o por debajo del voltaje especificado
puede dañarlo. Verifique que está usando el voltaje adecuado para el
funcionamiento seguro de su equipo.
Proporcione suficiente potencia
Para proporcionar el voltaje adecuado, se necesita usar una
fuente de alimentación adecuada.
Debe compensar al menos la caída de voltaje Vdrop en el cable
con la misma corriente que consume el equipo. (En este caso,
alimentar con 15 V @ 1.5 A debería ser suficiente).
Cerciórese de suministrar suficiente corriente a su dispositivo.
Si se instala un AP y más tarde le agrega más tarjetas de radio,
la potencia adicional consumida puede ser mayor de la que
puede suministrar su fuente de alimentación. Asegúrese de
considerar los requerimientos de potencia de todos los
componentes (tarjetas de radio en transmisión, tarjeta madre
−motherboard−, etc.) cuando calcule la fuente de alimentación
adecuada para su instalación.
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Puesto que cuando la corriente aumenta se disipa más energía, es preferible
usar voltajes más altos que corrientes más altas cuando sea posible. Aumentar
el suministro de voltaje máximo valor que el equipo puede tolerar va a
reducir el efecto de caída de voltaje. Esta es una de las razones por las cuales
el equipo 48 VDC es comúnmente usado para Alimentación por Ethernet.
Por otra parte, la energía se disipa en la línea de Ethernet bajo forma de calor.
Demasiada corriente va a convertir su cable Ethernet en un calentador !y
podría causar un incendio!
Conclusiones
‣ El equipo de exteriores debes estar bien montado y
protegido de la intemperie.
‣ Hay una variedad de métodos para instalar equipos de
radio en techos, paredes y torres.
‣ Las antenas deben instalarse de manera que la mayor parte
de la energía se dirija hacia el otro extremo del enlace y
evitando a la vez cualquier tipo de reflexión.
‣ La alimentación del equipo con PoE puede simplificar las
instalaciones.
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Gracias por su atención
Para más detalles sobre los tópicos
presentados en esta charla, vaya al libro
Redes Inalámbricas en los Países en
Desarrollo, de descarga gratuita en varios
idiomas en:
http://wndw.net/