PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERÍA

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2 PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERÍA
DISEÑO, ESTRUCTURACIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES PARA ACCESO A INTERNET DE 44 CENTROS EDUCATIVOS PÚBLICOS RURALES Y URBANO MARGINALES DE LA PROVINCIA DE BOLÍVAR POR: JOSE LUIS GUALOTUÑA P. SANGOLQUI- ECUADOR 2013

3 Introducción Implementación de Redes Inalámbricas para el acceso universal a la Información. Fondo de Desarrollo de Telecomunicaciones (Fodetel), adscrito al Ministerio de Telecomunicaciones y Sociedad de la Información (MINTEL),ha decidido enfrentar estas dificultades y ha dispuesto la instalación tanto de la infraestructura, como de la implementación de dichas redes de comunicación, con el aporte del Gobierno Nacional, de organismos de Cooperación Internacional y la intervención de las Universidades Ecuatorianas. Con este objetivo la Universidad de las Fuerzas Armadas -ESPE, por intermedio de su Departamento de Eléctrica y Electrónica y la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones colabora con su contraparte en cuanto a la planificación y diseño de las redes que pueden ser óptimas y aplicables para solucionar la problemática ya detallada.

4 Información Preliminar
Se realizaron los primeros estudios con los datos disponibles, a partir de las localizaciones de los establecimientos, con lo que nos permitiera predecir cuántos nodos repetidores haría falta instalar y en qué localizaciones. Con esa información, se realizaron unas primeras visitas de toma de fotografías y datos geográficos (a través de un dispositivo GPS) tanto en las escuelas como en los cerros donde previsiblemente se iban a instalar los repetidores. Estas visitas tenían un doble objetivo: verificar los datos de latitud y longitud que se tenían de cada una de las localizaciones y comprobar in situ las líneas de vista de cada uno de los puntos que permitieran afirmar la información que había predicho el Software Radio Mobile.

5 Descripción general de la red
La red implementada interconecta a 43 unidades educativas con la Red de Servicios que administra el Gobierno Autónomo Descentralizado de la Provincia de Bolívar ubicado en la ciudad de Guaranda, brindando servicios de correo electrónico e Internet. Este sistema de telecomunicaciones combina redes cableadas (Ethernet) con redes inalámbricas (WiFi).

6 Fig. 1. Ubicación de los Centros Educativos a lo largo de la Provincia de Bolívar

7 En cada establecimiento educativo se ha instalado una pequeña red para brindar dichos servicios. Estas pequeñas redes se interconectan entre sí a través de una red troncal inalámbrica la cual está 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 números tales como Torre 1, 2, 3, 4, 5, 6, 33. Estos puntos se eligieron por tener línea de vista directa con los establecimientos de su respectiva zona.

8 Fig. 2. Diseño de la Red Troncal
ITEM CERROS Latitud Longitud Elevación (metros) 1 GRADAS 1°37'25.9"S 78°58'44.4"W 2879 2 CASHAPUNGO 1°36'09.3"S 78°55'52.2"W 3275 3 CACHIYACU 1°34'12.6"S 79°02'13.8"W 3168 4 CAPADIA 1°25'23.2"S 78°57'00.5"W 4417 5 TORRE 2 1°27'36.1"S 78°56'20.8"W 4126 6 TORRE 3 1°20'57.6"S 78°57'13.4"W 4384 7 SUSANGA 1°40'21.0"S 79°01'09.0"W 2874 8 LOURDES 1°42'19.7"S 79°04'49.2"W 3253 9 ALUZANA 1°46'53.2"S 79°05'44.4"W 3028 10 CUCHICACAHUA 1°56'14.3"S 79°05'21.1"W 2755 11 COCHAUCU 1°37'43.5"S 79°05'37.5"W 2966 12 TORRE 1 1°38'43.9"S 79°16'39.3"W 594 13 TORRE 33 1°40'46.3"S 79°12'00.7"W 1468 14 TORRE 4 1°30'52.8"S 79°09'32.5"W 2038 15 TORRE 5 1°25'55.2"S 79°09'53.6"W 1560 16 TORRE 6 1°20'01.3"S 79°06'28.6"W 2819 17 ECHEANDIA 1°26'02.2"S 79°15'57.3"W 345 Fig. 2. Diseño de la Red Troncal

9 La red troncal se diseñó con la finalidad de llegar a la mayor parte de la provincia de Bolívar.
La red cuenta con un centro de gestión y monitoreo que se encuentra en el edificio del GADP de Bolívar. Se implementarán 16 torres en los sitios remotos que son cerros o lomas, los cuales están descritos y en los casos en los que no constan los nombres ya sea porque no tienen un nombre en específico se utiliza un numero para llamar a este punto. Se diseña 16 enlaces para ocupar la mayor parte de la Provincia de Bolívar. Se cuenta con 16 redes, ya que desde estos puntos se pretende cubrir las zonas aledañas. 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 Cantón Echeandia, no tomado en cuenta en el presente estudio.

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11 Direccionamiento IP Cada interfaz de red (inalámbrica 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. También permite ampliaciones del sistema de direccionamiento sin afectar a la configuración establecida.

12 Direccionamiento de las redes y clientes

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14 Características de los enlaces
Características por las que se elige n: Velocidades netas de transmisión de más de 100 Mbps por módulo de radio, son más rápidas que las redes LAN Fast Ethernet. Son flexibles, seguras y, gracias a su gran alcance y a su óptima cobertura, proporcionan, además, una señal de excelente calidad incluso a gran distancia. Para montar una WLAN n 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 inversión menores. La mayoría de los puntos de acceso n es totalmente compatible con la norma 11n y destaca por su excelente interoperabilidad y compatibilidad con versiones anteriores.

15 Servicios de la red La red ofrece los siguientes servicios:
Correo electrónico: capacidad de crear cuentas de usuario de correo electrónico y todas las funcionalidades que tiene este servicio. Navegación en Internet: acceso a Internet por medio de una conexión ADSL en el GADP de Bolívar. Transferencia de datos: permitirá la transferencia de archivos entre todas las computadoras de la red.

16 CALCULO DEL RADIOENLACE
Fig. 3. Nivel de potencia a lo largo de la trayectoria en un enlace

17 CALCULO DE PRESUPUESTO ENLACE GADP BOLIVAR – GRADAS
Distancia 4480,0 metros 4,5 Km Frecuencia 2,4 GHz 2400,0 MHz Altura de la antena 10,0 Prx = Ptx – PGtx + GAtx – Lb + GArx – PGrx Potencia - Tx 200,0 mW 23,0 dBm Perdida en cable - Tx 0,0 dB Ganancia de antena - Tx 18,0 dBi FSL 113,08 -113,1 PIRE 41,01 12,62 watts Ganancia de antena - Rx Prx -54,07 Perdida en cable - Rx MARGEN 39,93 Sensibilidad del equipo - Rx -94,0 RADIO FRESNEL 11,83 Equipos a utilizar para el enlace: 2 NanoBridge M2 2.4GHz, 18dBi 2x2 MIMO, Potencia: 23 dBm.

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

19 MAPAS DE COBERTURA RED GRADAS
Equipos en los clientes (Escuelas en la Red) 5 AirGridM2, CPE Outdoor 2.4GHz, Gain: 20dBi, Rx Power: -96 dBm Infraestructura y equipos de radio a utilizar: 1 Torre de 50 metros. 2 AirMax 2x2 MIMO Sector (2,4 Ghz, 16 dBi, 90 deg) . 2 RocketM2, OutPower: 28 dBm, Rx Power: -96 dBm. 1 RouterBoard 450G- Mikrotik.

20 Equipos Sectoriales. RBD450G
AirMax 2x2 MIMO Sector (2,4 Ghz, 16 dBi, 90 deg) RocketM2, OutPower: 28 dBm, Rx Power: -96 dBm. RouterBoard 450G- Mikrotik. RBD450G

21 Equipos para los clientes
AirGridM2, CPE Outdoor 2.4GHz, Gain: 20dBi, Rx Power: -96 dBm.

22 Fig. 4. Enlace punto a punto (PtP), para los enlaces troncales
Fig. 5. Enlace punto a multipunto (PtMP), hacia las escuelas

23 Sistema de Protección Eléctrica
En las estaciones troncales en los cerros se han construido sistemas (puesta a tierra)PAT para evitar que las descargas eléctricas ambientales puedan dañar las antenas y para la protección y el buen funcionamiento de los equipos de comunicación. Estos sistemas PAT se han implementado utilizando un pararrayos tetrapuntal tipo Franklin ubicado en la parte más alta de la torre. Éste proporciona una protección que cubre un volumen cónico con una y un ángulo de 360 grados.

24 Fig.6. Pararrayos tetrapuntal

25 El pararrayos tetrapuntal está conectado al pozo PAT mediante un cable de cobre desnudo de 50 mm2 de diámetro. Este pozo es del tipo horizontal (10 m de longitud) y está 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 protección a las personas y los equipos, evitando que descargas indeseadas lleguen hasta los mismos. Los sistemas de protección eléctrica constan de los siguientes elementos:

26 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 también 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 línea: Son elementos especialmente diseñados para prevenir que descargas eléctricas puedan llegar al equipo radio y dañarlo. Se colocan en la barra Master y se conectan a dos cables coaxiales: uno llega al equipo radio y el otro a la antena.

27 Fig. 7. Pozo de puesta a tierra
Fig. 8. Protector de línea instalado en barra máster

28 Sistema Informático Lo conforman los equipos informáticos que se utilizan para el usuario final saque provecho de los servicios que ofrece la red. A cada establecimiento se le proporcionaría inicialmente un equipo de cómputo S.O. Windows por petición de los usuarios.   Además de otros implementos.

29 Sistema de Telecomunicaciones
En un repetidor la mayoría son los mismos que los ya indicados, sólo varían la cantidad de equipos que actúan como bridges y antenas.  Están ubicados en las diferentes ubicaciones descritas anteriormente. En cada uno de estos se han implementado casetas y torres, además algunas de las estaciones tienen cerco perimétrico. 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 autónomo de energía, dada su localización en zonas aisladas.

30 Fig.9. Esquema de un repetidor

31 Sistema de Infraestructura
Este subsistema sirve de base para algunos componentes del subsistema de protección eléctrica. Está formado por una torre ventada de 60 m de altura que sirve de soporte para las antenas, el pararrayos tetrapuntal y el panel solar. Además, se han construido casetas para instalar los equipos de una forma más segura.     Fig.1o.Distribucion de equipos en la torre

32 Sistema de Energía Se emplean paneles solares para la provisión de energía debido a que en los cerros no se cuenta con líneas de suministro de energía eléctrica convencional. Los equipos que conforman este subsistema se presentan en la muestran en la Figura 10.

33 Fig.10. Elementos del sistema de Energía

34 Estación pasarela La estación pasarela está 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 través de un línea DSL que será proporcionada por la Corporación Nacional De Telecomunicaciones (CNT) de acuerdo a convenios establecidos con el ministerio de Telecomunicaciones (MINTEL) Conectividad a la red telefónica exterior a través de una línea convencional analógica. Servidor de correo para proporcionar cuentas de correo a los usuarios de la red. Servidor de Gestión de Red Firewall y control de contenidos

35 El primer servicio nombrado anteriormente es realizado a través de un Router DSL mientras el servicio de cuentas de correo electrónico y gestión de red son gestionados a través de un servidor; y firewall y control de contenidos, a través de otro servidor.

36 Costos DESCRIPCION CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL INFRAESTRUCTURA
DESCRIPCION CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL INFRAESTRUCTURA TORRE DE 60 m 16 $ ,00 $ ,00 EN LAS TORRES CASETAS $ ,00 $ ,00 CAJA METALICA OUTDOOR $ ,00 $ ,00 UPS TORRE $ ,00 $ ,00 SISTEMA ELECTRICO MODULO FOTOVOLTAICO (PANEL SOLAR) $ ,00 $ ,00 EN TORRES CABLE NLT 2X 10(PANEL SOLAR A CONTROLADOR) $ ,00 $ ,00 INTERRUPTORES TERMO MAGNETICOS $ ,00 $ ,00 PROTECTORES DE LINEA DC $ ,00 $ ,00 CONTROLADORES DE PANEL SOLAR $ ,00 BORNERAS DE CONEXIÓN 32 $ ,00 $ ,00 CABLE TW6 (BATERIA A CONTROLADOR) $ ,00 SISTEMA DE TIERRA $ ,00 $ ,00 PARARAYOS Y BALIZAS $ ,00 $ ,00 INSTALACIONES $ ,00 $ ,00 EQUIPOS ENLANCES TRONCAL NANOBRIDGEM2 NB2G18 $ ,00 $ ,00 INSTALACION $ ,00 ROCKETM2 23 $ ,00 EQUIPOS SECTORIALES AIRMAX SECTOR 2G-16-90 $ ,00 $ ,00 ROUTER BOARD 450G $ ,00 $ ,00

37 PC DE ESCRITORIO CORED DUO, 2GB RAM, 250 HDD,DVR/RW $ 17.200,00
DESCRIPCION CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL PC DE ESCRITORIO CORED DUO, 2GB RAM, 250 HDD,DVR/RW 43 $ ,00 $ ,00 EQUIPOS CLIENTES MONITORES $ ,00 $ ,00 IMPRESORAS $ ,00 $ ,00 AIRGRID M2 $ ,00 $ ,00 20 METROS CABLE DE RED $ ,00 $ ,00 SWITCH DE 16 PUERTOS $ ,00 $ ,00 INSTALACION Y CONFIGURACION DE EQUIPOS $ ,00 $ ,00 PC DE ESCRITORIO PARA ADMINISTRACION 1 $ ,00 $ ,00 CENTRO DE ADMINISTRACION Y GESTION DE LA RED PC DE ESCRITORIO PARA GESTION SWITCH CISCO- CAPA 3-SRW224G4-K9 $ ,00 $ ,00 ROUTERBOARD RB1100AH $ ,00 VARIOS ELEMENTOS DE RED INSTALACION SERVICIO ACCESO INTERNET 15 MEGAS POR UN AÑO $ ,00 $ ,00 TOTAL: $ ,00

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

39 También se podría cobrar cuotas simbólica a los padres de familia, al inicio del año lectivo, siempre y cuando se tome en cuenta que se deberá analizar las condiciones socio económicas de los pobladores y no realizar imposiciones, ya que esta acción iría 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 tecnologías. Se podría coordinar con instituciones y organizaciones sin fines de lucro, tales como universidades, colegios, institutos tecnológicos 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 investigación 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.

40 Alquilar la infraestructura de la Red Troncal, tales como torres y casetas a operadores de Telefonía Celular, Empresas de Comunicaciones Inalámbricas y Troncales y demás empresas que estén situadas en la zona de influencia y que deseen implementar sus sistemas de comunicaciones sobre la red ya instalada.

41 CONCLUSIONES El presente estudio servirá como base para el diseño e implementación de una Red de Telecomunicaciones que permita proveer Servicio de Internet bajo el estándar Wi-Fi (2,4 GHz) a 44 unidades educativas ubicadas en sectores rurales y urbanos marginales de la provincia de Bolívar. Luego de analizar los estándares de comunicaciones inalámbricas a,b,g,n se puede concluir que el 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.

42 Se aprovecha la tecnologia MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) que agrega una tecnología que usa múltiples antenas transmisoras y receptoras para mejorar el desempeño del sistema, permitiendo manejar más información que al utilizar una sola antena, Se aprovecha de la diversidad de antenas y el multiplexado espacial. La tecnología MIMO depende de señales multirruta que son señales reflejadas que llegan al receptor un tiempo después de que la señal de línea de visión (line of sight, LOS) ha sido recibida. MIMO utiliza la diversidad de las señales multirutas para incrementar la habilidad de un receptor de recobrar los mensajes de la señal.

43 Por las características técnicas y de software del Punto de Acceso; tales como la autenticación por dirección MAC, el control de ancho de banda por dirección IP, el monitoreo gráfico en cada una de las interfaces, la buena sensibilidad de recepción, 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 misión misma del proyecto; las herramientas que se entregan para promover el desarrollo y mejorar la calidad de vida deben ser duraderas en el tiempo.

44 Una prematura finalización del seguimiento o un temprano deterioro no solo implican un estancamiento y hasta un posible retroceso sino también significa que el esfuerzo y capital invertidos se perderán 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 interpretación de la realidad local y la correspondiente elaboración e implementación de estrategias que nos ayuden a establecer redes sostenibles (o auto sostenibles).

45 RECOMENDACIONES Para conseguir un correcto desempeño de los servidores, es recomendable que éstos 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 energía alternativa como respaldo en caso de ocurrir un corte de energía pública.

46 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 razón se recomienda utilizar los servidores de backup gratuitos del sitio 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 actúe como firewall.

47 Es importante mantener un monitoreo constante del desempeño del la red utilizando las herramientas que permiten gestionar cada una de sus partes como son el monitoreo gráfico en línea del tráfico upload y download, la medición de la velocidad asignada a nuestra RED utilizando un velocímetro, ademas de monitorear el correcto funcionamiento de los servidores tanto de gestión local como remota.

48 Conforme se incremente el número 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 saturación en el canal, se deberá solicitar un incremento en el ancho de banda contratado al proveedor. La Línea 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 línea de vista entre el punto central y una estación repetidora; y otra entre esta y el usuario.

49 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 identificación de los beneficiarios con los objetivos del proyecto o iniciativa es una condición necesaria, aunque no suficiente, para el aseguramiento de su sostenibilidad.

50 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 será viable en el tiempo, lo que significa que deberán conjuntamente planificar planes de sostenibilidad del proyecto. El uso de las TIC´s es el objetivo principal, por lo que se deberá dimensionar los parámetros que vayan de acorde con las nuevas tendencias. Colaboración activa del GADP de Bolívar que permita la sostenibilidad , el mantenimiento , la capacitación así como monitoreo de uso de la infraestructura.

51 MUCHAS GRACIAS

52 PREGUNTAS