Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalámbricas Radio Mobile v 2.0 by Ermanno @ 2014-08-26 Esta presentación constituye una introducción ia Radio Mobile, un software gratuito para Windows que suministra una poderosa herramienta de simulación de enlaces inalámbricos haciendo uso de mapas digitales de elevación que se pueden descargar libremente. Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalámbricas

Metas Comprender los conceptos básicos requeridos para empezar a trabajar con Radio Mobile, un paquete de software (para Windows) gratuito que provee un modelo de propagación detallado para enlaces de radio con el uso de mapas de elevación en formato digital (Digital Elevation Maps) también gratuitos Aprender a simular enlaces punto a punto y punto a multipunto en los que se puede observar fácilmente el efecto de cambiar los parámetros del enlace en las prestaciones del sistema, así como variar el escenario del enlace

Software para simulación de radioenlaces Existen muchos programas que se pueden usar para simular radioenlaces y la cobertura desde una estación base, algunos con precios de miles de dólares. Usando un simulador, se puede ahorrar mucho tiempo en la etapa de planificación y análisis. Por ejemplo, si la simulación muestra que un enlace es imposible, ni siquiera vale la pena hacer una inspección del sitio y más bien se deben considerar otras opciones, como cambiar los emplazamientos o utilizar un repetidor. Radio Mobile es un programa desarrollado para radioaficionados por Roger Coudè, basado en el conocido modelo de terreno irregular de Longley-Rice que predice las condiciones de propagación desde 20 MHz a 20 GHz, mediante el uso de varios tipos de mapas digitales de elevación. Este programa ha sido usado por muchos años por radioaficionados e ingenieros de telecomunicaciones con éxito, siempre que los resultados se sepan correlacionar adecuadamente con las variables de cada despliegue., en particular la limitada resolución de los mapas digitales de elevación gratuitos que normalmente no permiten distinguir edificios u otras estructuras. 3

¿Para qué usar Radio Mobile? Radio Mobile es para Windows pero puede ser usado en Linux o MAC mediante emuladores. Proporciona toda clase de detalles para radioenlaces punto a punto, incluyendo nivel de señal esperado en cualquier punto a lo largo de la trayectoria, tomando en cuenta el efecto de la difracción en los obstáculos. Automáticamente construye el perfil entre dos puntos a partir de los datos de elevación y muestra las zonas de Fresnel y la curvatura de la tierra, así como la altura de antena requerida para despejar los obstáculos. Es una herramienta maravillosa para explorar distintos escenarios y diferentes valores para las variables del sistema. Existe una versión en español de Radio Mobile, descargable de la misma página. Los interesados pueden descargar la versión en español, pero nosotros seguiremos utilizando la versión en inglés para las pantallas y nuestros ejemplos. 4

En línea o en su computador Se puede utilizar Radio Mobile drectamente accediendo a la página web correspondiente mediante cualquier navegador O podemos instalar Radio Mobile en nuestro computador con sistema operativo windows, descargar los mapas digitales de la zona de nuestro interés y luego realizar cálculos de presupuesto de potencia, análisis de cobertura y conjeturas del tipo “¿qué pasa si?”

El umbral de recepción a menudo viene dado en dBm, hay que convertirlo a vatios y luego aplicar P=V2/R R= 50 ohm para radios de telecomunicaciones para obtener el valor del umbral en voltios: V=SQRT(50*P), con P en vatios, por ejemplo, si P= 10 mW, V=0.707V = 707 000 uV

Descargue Radio Mobile Descargue Radio Mobile de aquí: http://www.cplus.org/rmw/english1.html Encontrará también las instrucciones sobre como obtener los mapas digitales de elevación de su área de interés. Estos mapas vienen en archivos (ficheros) cada uno de los cuales abarca 1 grado de longitud por 1 grado de latitud, por lo que puede ser necesario descargar varios ficheros si su red cubre una zona extensa. Después de haber descargado los mapas se puede trabajar sin acceso a Internet (requerido en cambio cuando se usa Google Earth). 19

Usando Radio Mobile Supongamos que Radio Mobile ya está correctamente instalado en su computador (la página de descarga tiene las instrucciones de instalación) . Radio Mobile no viene con un instalador. El procedimiento de instalación es simple y sólo requiere unos cuantos pasos, con un conocimiento mínimo del sistema operativo Windows. El software viene en dos partes, un archivo zip es común a todos los idiomas y debe ser descomprimido y puesto en su destinación final en el disco duro (puede escogerla a su preferencia). Un segundo archivo zip le permite escoger el idioma de su preferencia para la interfaz. Después de seleccionar el idioma, descargue el archivo correspondiente, descomprímalo y ponga el archivo ejecutable correspondiente en el mismo directorio del anterior. Luego pinche dos veces en el último archivo para ejecutar el programa. Vamos a repasar el procedimiento para simular una red simple compuesta de unos cuantos nodos. Luego usaremos Radio Mobile para realizar los cálculos de un presupuesto de potencia simple, análisis de cobertura y conjeturas del tipo “¿qué pasa si?”

Usando Radio Mobile: ejemplo Usaremos Radio Mobile para simular algunos enlaces alrededor de la ciudad de Trieste (Italia).Las coordenadas (aprox.) de algunas localidades : Campus de Miramare: N 45°42'15" E 13°43'13" La Iglesia (Muggia): N 45°36'10" E 13°45'10" El castillo (San Giusto): N 45°38'51" E 13°46'21" El Hotel (Grado): N 45°40'32" E 13°23'17" Trieste es una ciudad italiana en la ribera del mar Adriatico, cerca de la frontera con Eslovenia. Es la ciudad más cercana a la sede del ICTP. 22

Usando Radio Mobile: DEM Antes de empezar a trabajar con Radio Mobile, se deben descargar los mapas digitales de elevación (DEM - Digital Elevation Maps) del área de interés. Radio Mobile puede usar diferentes formatos incluyendo SRTM. Pantallas de Radio Mobile http://eros.usgs.gov/#/Find_Data/Products_and_Data_Available/gtopo30_info

Usando Radio Mobile: DEM La manera más fácil de obtener los datos de elevación es dejar que Radio Mobile los descargue automáticamente cuando los necesite. También almacenará localmente estos archivos para uso futuro. Para asegurarse que el software guarde una copia local de los DEM y solo descargue lo que sea realmente necesario, debe seleccionar la opción “Download from Internet if a file is not found on local path and keep a local copy" en el menú “Options”, submenú “Internet” para todos los formatos que le interesen. Pantallas de Radio Mobile

Usando Radio Mobile: crear un mapa En Menu “File”, seleccione “Map properties” Inserte las coordinadas del centro del mapa (center of map) y las dimensiones Por ej.: N 45.6 - E 13.5 640x480 pixels 64x48 km “Extract” Pantallas de Radio Mobile

Usando Radio Mobile: el mapa La esquina superior izquierda está toda en azul. Esto significa nivel del mar, según la escala de colores de la elevación que asigna diferentes colores a los rangos de altitud en metros. Pero si observamos más cuidadosamente, veremos algunos detalles escasamente perceptibles: de hecho existe mucha tierra de baja elevación en el área (es un área de lagunas). A veces Radio Mobile no facilita reconocer las ciudades y otros pormenores geográficos (carreteras, etc.). Sin embargo, se puede superponer un mapa topográfico con carreteras y otras indicaciones para facilitar la tarea, aunque el nivel de detalla de estos mapas varía de un lugar a otro. Usted puede inclusive usar sus propios mapas una vez que los haya digitalizados y georeferenciados. La manera más fácil de digitalizar un mapa en papel es simplemente tomándole una fotografía digital. Para georeferenciar un mapa, identifique algunos puntos salientes del mapa y obtenga sus coordenadas en el terreno con GPS. Utilice estos puntos como referencia.

Usando Radio Mobile: añada un mapa Podemos añadir detalles de las carreteras mediante este procedimiento: menu “Edit” seleccione “Merge pictures...” Luego seleccione OpenStreetMap con Zoom=10 Operation: Add pulsar “Draw” “Keep in picture” OpenStreetMap crea y provee datos geográficos gratuitos tales como mapas de carreteras y calles a quien los quiera. El proyecto se inició porque la mayor parte de los mapas que uno. cree que son libres en realidad tienen limitaciones técnicas en su uso, lo que impide que otras personas los utilicen para sus propias creaciones. [de OpenStreetMap website www.openstreetmap.org ] Pantalla de Radio Mobile

Usando Radio Mobile: nuevo mapa El resultado es la superposición de dos mapas, el primero contiene los datos digitales de elevación y el segundo detalles como carreteras, ciudades, límites, etc... Ahora el área de lagunas en la esquina superior izquierda es claramente visible (incluyendo la ciudad de Grado)

Usando Radio Mobile: terminología Radio Mobile tiene su propia terminología especial. Para crear radioenlaces debemos aprender algunos términos: un system: es una combinación de un radio y una antena (Potencia TX, ganancia, patrón de radiación, ...) una unit: es un system instalado en una ubicación particular (coordenadas, altura de antena, ...) una network: es un conjunto de unidades que forman parte de la misma red inalámbrica (todas a la misma frecuencia) Estos términos se han listado en el orden sugerido para crearlos: crearemos una red compuesta de 4 unidades y dos sistemas (radio+antena).

Usando Radio Mobile: sistemas Vamos a crear dos systems (WiFi@2.4GHz): SmallRadio: PTX=16dBm SRX=-90dBm omni 8dBi BigRadio: PTX=20dBm SRX=-96dBm parábola 24dBi otros parámetros: valor por defecto Selecciones “Network properties” del menu “File”, y vaya a la pestaña “Systems”. Atajo: para simplificar las cosa, cuando trabaje con enlaces punto apunto, es preferible poner siempre antenas omnidireccionales, de esta manera no es necesario estipular el patrón de radiación de la antena ni la dirección hacia adonde está apuntando. Así para el system “BigRadio” seleccionamos “omni” y cambiamos la ganancia a 24dBi. Esto es equivalente a una parábola de 24dBi, pero con la misma ganancia en todas direcciones (recuerde que esto es sólo para efectos de la simulación, en la realidad no existen antenas omnidireccionales de ganancia tan elevada).

Usando Radio Mobile: unidades Vamos a crear 5 nuevas unidades, ubicadas en 4 sitios: Miramare 1 Miramare 2 Church Castle Hotel Seleccione “Units properties” del menu “File”. Entonces puede introducir el nombre y las coordenadas. La elevación del punto será obtenida directamente del DEM si la unidad está dentro del mapa que ha definido. Sugerencia: al terminar de crear la unidad pulse OK y observe como cambia el valor en la casilla de elevación. Si no cambia, hay algún dato erróneo.

Usando Radio Mobile: unidades Después, debe asignar el sistema apropiado para cada unidad: Miramare 1 Church Castle son ambas “SmallRadio” Miramare 2 Hotel son ambas “BigRadio” Seleccione “Networks properties” del menu “File”. Vaya a la pestaña “Membership” y allí podrá editar el sistema y el rol de cada unidad. Use el rol “Command” para Miramare 1 y Miramare 2, y el rol “Subordinate” para todas las otras unidades. Antes de hacer cualquier cambio, debe haber habilitado la unidad respectiva en la lista (marcando la pequeña casilla antes del nombre de la unidad).

Usando Radio Mobile: network Para visualizar la red en el mapa seleccione “View” →”Show networks”→”All”

Usando Radio Mobile: network Para calcular correctamente las pérdidas de propagación es importante seleccionar la frecuencia correcta. Estamos usando la banda de 2.4GHz, así que usaremos el rango 2400-2485. Dejaremos la polarización en vertical y todo lo demás con los valores por defecto por ahora (pero es interesante ver el efecto de cambiar los valores de los parámetros en las prestaciones de la red)

Usando Radio Mobile: resultados Ahora que hemos establecido nuestro escenario, calculemos el presupuesto de potencia de nuestros enlaces: “Tools” → “Radio link” El software producirá una gráfica del perfil del enlace con los resultados de los cálculos.

Usando Radio Mobile: resultados Escogiendo en “view” → “details” obtendrá una descripción textual de los resultados de la simulación

Usando Radio Mobile: cobertura “Tools” → “Radio coverage” → “Single polar” Esto iniciará los cálculos del área de cobertura de la estación que haya seleccionado en su red. 37

Usando Radio Mobile: “¿Que pasa si?” Con la ayuda de Radio Mobile es muy fácil simular diferentes escenarios, o simplemente diferentes valores para la altura de las antenas y/o ganancia, potencia de TX, etc... 38

Otros ejemplos (Malawi) Pantallas de Radio Mobile mostrando los perfiles de enlaces buenos y malos. Observe la curvatura de la tierra en el ejemplo de la derecha de un vano de 56 km. En el ejemplo de la derecha la potencia de transmisión de 10 W es sólo un ejercicio ya que está por encima del valor permitido en la mayoría de los países. La misma potencia recibida se puede obtener aumentando la ganancia de las antenas en ambos extremos del enlace. Las zonas de Fresnel se muestran como curvas blancas (elipses). Se indica también el valor crítico de despeje de la primera zona de Fresnel. 39

Enlaces http://radiomobile.pe1mew.nl/?About_Radio_Mobile Estos enlaces ofrecen instrucciones detalladas sobre como usar Radio Mobile. El último está en español. http://www.pizon.org/radio-mobile-tutorial/point-to-point-link.html http://www.tsc.urjc.es/antiguo/Master/RETEPAD/descargas

Conclusiones Radio Mobile permite simular enlaces de radio y jugar con “¿Qué pasa si?” cambiando los parámetros del enlace. Aunque no puede probar que un enlace es posible con el 100% de certeza, en cambio cuando reporta que un enlace no es posible podemos tener la seguridad de que no vale la pena intentarlo. Combinando datos DEM y mapas de carreteras gratuitos, permite elaborar informes muy detallados sobre la cobertura, calidad del enlace, y otros parámetros del radio.

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/