Evaluación 5: Diseño de red inalámbrica Diego Bucheli, Jhon Delgado Ingeniería Electrónica Universidad de Nariño Diegobucheli15, [email protected] Resumen– En el presente documento se realizará el desarrollo de la evaluación 5 correspondiente al diseño de una red inalámbrica y el costo de su implementación. a) b) c) Palabras clave– evaluación 4, red inalámbrica, costo. d) I. INTRODUCCIÓN En este documento se realiza el diseño de una red inalámbrica para un ambiente corporativo el cual se implementara en un edificio en el campus de una universidad que tiene ciertas características y según estas construimos un modelo en el programa WINPROP el cual creamos de nuestra imaginación, utilizamos los principios para diseñar una red inalámbrica de área local usando varios puntos de acceso (AP) Wifi y simulamos la red para observar los resultados de cobertura para cada AP y finalmente calculamos el costo de los equipos. II. PROBLEMA Tiene a su cargo el diseño de una red inalámbrica para un ambiente corporativo. El caso de estudio es un edificio en el campus de una universidad. El edificio tiene las siguientes características: 1. Un auditorio con capacidad para 50 personas. 2. Tres salones de clases con capacidad para 20 personas cada uno. 3. Ocho oficinas con capacidad de 2 personas cada una. 4. Un área de estudio con mesas dispersas con capacidad para 40 personas. 5. Varios corredores con sillas y mesas dispersas con capacidad para 10 personas en total. 6. Un área exterior (terraza) con capacidad para 12 personas. Aun cuando la construcción está llena de personas, se estima que únicamente el 50 % de ellas se conecta simultáneamente a Internet, como máximo. Los equipos que va a utilizar. Busque APs de marcas como Cisco, D-Link, Ubiquiti, TP-Link, LinkSys, Aruba, etc. Las posiciones de los APs. La asignación de frecuencias de los APs siguiendo el principio celular. La potencia de transmisión y las antenas usadas por cada AP. Si usa antenas externas, debe brindar sus especificaciones. Utilice el modelo de propagación IEEE 802.11ax para realizar el cálculo del radio cubierto por un AP. 3. Simule la red inalámbrica diseñada y muestre los resultados de cobertura de cada AP. Recuerde bajar la resolución de la simulación o usar métodos diferentes al ray-tracing si su equipo tiene problemas para correr el escenario. 4. Presente un presupuesto para los equipos necesarios, basado en su búsqueda de APs y antenas III. DESARROLLO Teniendo en cuenta las características de la estructura a diseñar decidimos crearla desde cero, el máximo de personas que van a estar en el edificio son 188, para la comodidad de las personas nuestra estructura tendrá un tamaño de 27 x 36 metros en total de toda la estructura la cual es de un solo piso. Para definir el área de cada estructura decidimos procurar la comodidad de los estudiantes, personal y profesores por lo que la distribución del área se hace de la siguiente forma: • • • • • Salones de clase = 9 x 9 [m] Auditorio = 15 x 15 [m] Oficinas = 3 x 3 [m] Área de estudio = 12 x 15 [m] Área exterior = 6 x 9 [m] Todo lo definido anteriormente se puede observar en la fig. 1. Para el escenario descrito, diseñe la red inalámbrica de la construcción siguiendo los siguientes pasos: 1. Cree un modelo de la construcción en WinProp. Puede crear su modelo a partir de una construcción real, de un plano obtenido de Internet, o de su imaginación. La construcción puede ser de un solo piso, aunque puede incluir varios pisos (siguiendo los manuales) si usted lo desea. Defina únicamente características generales como puertas y ventanas, no es necesario incluir muebles (puede ponerlos si lo desea). 2. Utilice los principios descritos en clase para diseñar una red inalámbrica de área local usando varios puntos de acceso (AP) Wifi. La red debe tener capacidad suficiente para atender a los usuarios en la construcción. El diseño debe incluir: Fig. 1 Medidas estructura La estructura en 3D se observa en la fig. 1.1 Las características de este AP se muestran en la fig. 4. Supported voltage range 44 to 57 VDC Max. power consumption 12 W Max. TX power Throughput rate Antenna gain 2.4 GHz 23 dBm 5 GHz 17 dBm 2.4 GHz 300 Mbps 5 GHz 1201 Mbps 2.4 GHz 2.8 dBi 5 GHz 3 dBi Fig. 1.1 Diseño 3D Teniendo en cuenta que el 50% de estas personas como máximo estarán conectadas a la red, esto quiere decir que un total de 94 personas se conectaran a la red, entonces el numero de AP que utilizaremos se definirá de acuerdo con la fig. 2. Operating temperature Operating humidity Certications -30 to 60° C (-22 to 140° F) 5-95% noncondensing CE, FCC, IC Fig. 4 Especificaciones Access Point WIFI 6 lite Estos serán configurados en el programa FEKO para cumplir los requisitos de las redes inalámbricas de área local. Al momento de definir las frecuencias con las cuales trabajaran nuestros APs siguiendo los principios celulares nos guiamos en la fig. 5. Fig. 5 Gráfica de canales de 20 MHz superpuestos dentro de la banda de 2,4 GHz Fig. 2 Capacidad APs El numero de APs que podemos utilizar son 4, pero para que no haya problemas con la red y no haya saturación en estas ya que esta cerca del limite de la capacidad de los APs decidimos utilizar 5. En este diseño utilizaremos APs de la marca Ubiquiti, utilizaremos el modelo Access Point WIFI 6 lite el cual se muestra en la fig. 3. Teniendo en cuenta que tenemos 5 APs y para que no haya problemas con la red las frecuencias de cada uno de estos deben ser diferentes y si se repite el uso de una frecuencia debe utilizarse el método de MAP COLORING para que no se crucen y no haya problemas La posición de cada AP se muestra en la fig. 6. Fig. 3 Access Point WIFI 6 lite Fig. 6 Posición Access Points Teniendo en cuenta las características de nuestro AP definidas en la fig. 4 realizamos el calculo del radio para la Máxima velocidad utilizando el modelo de propagación IEEE 802.11ax: 𝐶 𝑃𝑅 = 𝑃𝑇 + 𝐺𝑇 + 𝐺𝑅 + 20 𝑙𝑜𝑔 ( ) − 20 𝑙𝑜𝑔(𝑓) − 20𝑙𝑜𝑔(𝑑0 ) − 𝑑 Después de haber configurado y ubicado todos los APs en el procedemos a ejecutar la simulación y observar las redes inalámbricas: -AP Auditorio: 4𝜋 35 𝑙𝑜𝑔 ( ) (1) 5 Despejando ‘d’ de (1) tenemos: 𝑑0|95% = 10 𝐶 𝑃𝑇 +𝐺𝑇 +𝐺𝑅 +20 𝑙𝑜𝑔(4𝜋)−𝑃𝑅 −20 𝑙𝑜𝑔(𝑓)+35 𝑙𝑜𝑔(5)−𝑀𝑚𝑝 55 (2) (Para la penetración de una pared) De la Ecuación (2) obtenemos el radio Máximo de cada AP según los parámetros planteados para cada AP que se pueden observar en la fig. 7. Access Point Frecuencia (MHz) Potencia (dBm) Auditorio 2412 MHz 20 dBm Sala de estudio 2437 MHz 23 dBm Oficinas 2462 MHz 23 dBm Salones 1 2437 MHz 20 dBm Salones 2 2412 MHz 15 dBm Fig. 8 Red inalámbrica del AP Auditorio -AP Sala estudio: Fig. 7 Parámetros AP En la fig. 7 se puede observar el uso repetido de frecuencias en 4 AP por lo que se modulo la potencia para que no haya ningún problema entre ellas. Ahora vamos a realizar el calculo del radio de las celdas de los APs -AP Auditorio: 𝑑0|95% = 15.08𝑚 -AP Sala estudio: 𝑑0|95% = 17.03𝑚 Fig. 9 Red inalámbrica del AP Sala Estudio -AP Oficinas: -AP Oficinas: 𝑑0|95% = 16.97𝑚 -AP Salones 1: 𝑑0|95% = 15.02𝑚 -AP Salones 2: 𝑑0|95% = 12.23𝑚 Fig. 10 Red inalámbrica del AP Oficinas -AP Salones 1: IV. PRESUPUESTO Para obtener el presupuesto total de la instalación sumamos el valor que cada AP, Inyector PoE, Switch, cableado - 5 Access Points: Fig. 11 Red inalámbrica del AP Salones 1 -AP Salones 2: Fig. 13 AP Auditorio U Ubiquiti WIFI 6 lite • • • • • • • Fig. 12 Red inalámbrica del AP Salones 2 - Tabla de colores para el nivel de Sensitividad: • Wi-Fi 6 de alta eficiencia 2x2 (802.11ax) Banda de 5 GHz (2x2 MU-MIMO y OFDMA) con tasa de rendimiento de 1,2 Gbps Banda de 2,4 GHz (2x2 MIMO) con tasa de rendimiento de 300 Mbps Alimentado por 802.3af PoE (el inyector PoE se vende por separado) Máxima potencia de consumo 12 W Soporte de voltaje 44 a 57 VDC Max potencia TX de 2.4 GHz a 23 dBm y de 5 GHz a 17 dBm Ganancia Antena de 2.4 GHz a 2.8 dBi y de 5 GHz a 3 dBi La cual esta a un valor de $99 y se puede comprar en: https://store.ui.com/products/unifi-ap-6-lite - 5 Inyector PoE: Fig. 13 Red inalámbrica del AP Sensitividad Fig. 14 PoE Injector, 802.3af • • • • • • Proporciona hasta 15 W de PoE 802.3af Compatible con todos los dispositivos PoE 802.3af Protección contra sobretensiones, picos de pulso y sobre corriente Cable de AC con conexión a tierra Luz LED Dinámico que indica el dispositivo y el estado actual Compatible con cableado y conectores TOUGHCable™ para una protección ESD óptima El cual tiene a un valor de $8 y se puede comprar en: https://store.ui.com/collections/operator-accessories/products/upoe-af - Switch: • • Cable de par trenzado sin blindaje (UTP) de categoría 6 Cable multipropósito de comunicaciones, cubierta resistente al fuego con clasificación Plenum (CMP) 1000 pies (305 m) Par de conductores de cobre sólido de 23 AWG Divisor anti-diafonía Para aplicaciones Ethernet 1000BASE-T • • • • El cual tiene a un valor de $249 y se puede comprar en: https://store.ui.com/collections/unifi-accessories/products/unificable-cat6-cmp - Mano de obra para la instalación $600 Realizando la suma de todos los productos se obtiene como resultado: PRESUPUESTO = (5*$99) + (5*$8) + $699 + (2*$249)+$600 PRESUPUESTO = $2332 (En dólares) Realizando la conversión a pesos colombianos: PRESUPUESTO = $8'765.055,20 V. CONCLUSIONES Fig. 15 Switch Pro 24 PoE • • • • • • • pantalla táctil a color LCM de 1,3" con gestión de interruptor AR (16) puertos GbE, 802.3at PoE+ RJ45 (8) puertos GbE, 802.3bt PoE++ RJ45 puertos 10G SFP+ entrada de DC USP RPS Suministro PoE total de 400 W Refrigeración casi silenciosa Funciones de conmutación de capa 3 Rango de voltaje 100 a 240 VAC El uso del programa Feko facilita bastante la simulación y aplicación de las redes inalámbricas, si se tiene la preparación adecuada se puede realizar simulaciones elaboradas y en poco tiempo. Solo hay 3 frecuencias las cuales no se cruzan, y en caso de que se deba utilizar cada una mas de una vez se puede utilizar el método de map color y obtener el radio de celda de máxima Sensitividad o potencia (<-90 dBm) para saber dónde ubicarlos y que estas frecuencias no se afecten entre sí. Se puede considerar la penetración de la señal en las paredes para mayor exactitud al momento de medir el espectro y compararlo con los radios de celdas obtenidos. La cual esta a un valor de $699 y se puede comprar en: https://store.ui.com/collections/unifi-networkswitching/products/usw-pro-24-poe - 2 Cable Cat6 VI. REFERENCIAS [1] Wi-Fi. Ubiquiti. https://www.ui.com/wi-fi [2] Switching. Ubiquiti. https://www.ui.com/switching [3] Accessories. Fig. 16 UniFi Cable Cat6 CMR/CMP Ubiquiti. https://www.ui.com/unifi-accessories
