INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES XV Semana Tecnológica Noviembre 11, 2015 FORDES.

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1 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES XV Semana Tecnológica Noviembre 11, 2015 FORDES

2 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Diseño de una Red Inalámbrica en un ambiente de alta densidad de usuarios Ing. Eduardo Cabrera Abizaid Investigador, LACETEL

3 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES INTENCIÓN : Aplicar y comprobar la efectividad de algunas de las técnicas más utilizadas en el diseño de redes Wi-Fi en ambientes de alta densidad de usuarios.

4 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES RESUMEN : Proceso de diseño y optimización de una red WiFi en condiciones de alta concurrencia de usuarios. Resultados obtenidos.

5 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES INTRODUCCIÓN : NO LO ES TODO BAJA DENSIDAD ALTA DENSIDAD Capacidad espectral Utilización del canal Interferencia Reutilización de frecuencias Requisitos regulatorios

6 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES SITUACIÓN PROBLEMÁTICA : Las diferencias en los objetivos y requerimientos de diseño de las redes Wi-Fi en ambientes muy concurridos hacen que un correcto despliegue de las mismas sea bastante complejo y muchas veces los problemas sean enfocados de forma incorrecta.

7 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES FactoresCoberturaCapacidad Número de Puntos de AccesoPreferiblemente bajoPreferiblemente alto Factor LimitantePérdida de señalInterferencia ObstáculosMaloBueno FrecuenciaBaja es mejorAlta es mejor Patrón de AntenasOmni es mejorDireccional es mejor Posicionamiento de los Puntos de Acceso Alto es mejorBajo es mejor Métrica del diseñoSNRSINR COBERTURA Y CAPACIDAD ADECUADA : SITUACIÓN PROBLEMÁTICA :

8 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES SITUACIÓN PROBLEMÁTICA : Usualmente la banda de 2.4GHz no es suficiente para proveer el ancho de banda necesario para este tipo de diseño. No es posible reutilizar canales (frecuencias).

9 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES PROBLEMA A RESOLVER : Se necesita el diseño de una red Wi-Fi para 400 usuarios concurrentes en un área menor a 2000m 2. Cada usuario debe disponer de 3Mbps de ancho de banda.

10 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Sala de Conferencias 58.56m 36.57m 2141m 2 Entre 300 y 400 usuarios en esta área Picos de hasta 100 usuarios Tipos de Aplicación: Up/Down de Video Casual Up/Down de Audio Casual Navegación Permanente Ancho de Banda x conexión Subida: 2 Mbps Bajada: 1 Mbps Total: 3 Mbps Ancho de Banda de agregación de 900Mbps a 1,2Gbps

11 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES HIPÓTESIS : El mejor aprovechamiento de la banda de 2.4GHz en conjunto con la utilización de canales en la banda de 5GHz es la única forma de proveer el ancho de banda necesario.

12 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES MOTIVACIÓN : Dados su eficacia y creciente uso para brindar conectividad durante la realización de eventos con gran cantidad de personas; se convierte en una necesidad, la asimilación de esta tecnología para poder ofrecer soluciones a las solicitudes gubernamentales de aplicación de la misma.

13 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES OBJETIVO GENERAL : Realizar el diseño de una red inalámbrica para 400 usuarios concurrentes en un área menor a 2000m 2 donde cada usuario debe disponer de 3Mbps de ancho de banda.

14 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES OBJETIVOS ESPECÍFICOS : Realizar una propuesta de diseño basada en los resultados obtenidos mediante cálculos y experimentos. Demostrar que los resultados de conectividad obtenidos en la práctica validan el diseño implementado.

15 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES TAREAS : Definir el ancho de banda disponible por canal. Demostrar por qué no se puede reutilizar canales en este entorno. Calcular el mejor aprovechamiento de la banda de 2.4GHz con los dispositivos disponibles. Definir la cantidad de canales necesarios y demostrar la necesidad de utilizar la banda de 5GHz. Realizar el montaje de la red a partir de los resultados obtenidos experimentalmente. Demostrar que los resultados de conectividad obtenidos validan el diseño.

16 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES LIMITACIONES : o Tiempo reducido. o El diseño debe ser realizado con los dispositivos disponibles.

17 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES ¿Qué ancho de banda podemos utilizar en cada canal? 130 Mbps MCS Index 15 (Índice del Esquema de Codificación de la Modulación) 2SS (2 Flujos Espaciales) GI = 800ns (Intervalo de Guarda entre símbolos OFDM) Throughput de aplicación (paquetes sin cabecera) 70 Mbps Esto es lo que realmente ve y le importa al usuario final HT20 (Estructura de paquetes para 20MHz de Ancho de banda)

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19 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Cantidad de usuarios Influencia de clientes mixtos en el uso de la razón de datos de un canal con MCS15. 100% n 75% n 50% n 25% n 100% a/g Un 25% de clientes con MCS15 incrementa el uso de la razón de datos del canal en un 300%. Con un 50/50 se incrementa en un 400%. Con todos los clientes soportando 802.11n con MCS15 el incremento es de un 480%. BW por conexión

20 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES 1.Las dimensiones del local son muy pequeñas, cualquiera de los AP disponible cubre toda el área aún configurado al mínimo de potencia. 2.No estaban disponibles las antenas o atenuadores que permitieran crear micro celdas. ¿Por qué no podemos repetir canales? 35m Experimento CONDICIONES: APs con carga puesta en vez de antena. Cada laptop “ve” 1 solo AP. RESULTADOS: Cuando ambas laptops transfieren a la vez logran entre 30 y 35Mbps cada una. Cuando solo una transfiere logra hasta 70Mbps OBJETIVO: Determinar el Throughput que logran 2 clientes conectados a diferentes AP con igual canal sin que exista solapamiento en el área de servicio de los AP.

21 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Mediciones en la banda de 2.4GHz 22 MHz 2412MHz2432MHz2452MHz 2 MHz 1 5 9

22 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Test 1 3 AP en los canales 1,6,11 (MCS15, HT20, GI=800ns). 0 MHz de Solapamiento. Verificar Throughput de aplicación de una laptop conectada al canal 6 mientras los canales 1 y 11 están en uso 50 Mbps 70 Mbps 100 Mbps

23 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES 22 MHz 2412 2432 2452 2 MHz 3 AP en los canales 1,5,9 (MCS15, HT20, GI=800ns). 4 MHz de solapamiento total. Verificar Throughput de aplicación de una laptop conectada al canal 5 mientras los canales 1 y 9 están en uso Test 2 1 5 9 50 Mbps 70 Mbps 100 Mbps

24 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Test 3 3 AP en los canales 1,4,7 (MCS15, HT20, GI=800ns). 12 MHz de solapamiento total. Verificar Throughput de aplicación de una laptop conectada al canal 4 mientras los canales 1 y 7 están en uso 22 MHz 2412 2427 2442 6 MHz 1 4 7 11 Mbps 32 Mbps

25 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Test 4 Escenario Idéntico al Test 3 Se detienen las descargas activas en los canales 1 y 7 para liberar el uso constante del espectro Ratificar que la pérdida de ancho de banda está provocada por el uso de los canales adyacentes 54 Mbps 32 Mbps

26 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Conclusiones Preliminares: 1.Confirmado que el throughput de aplicación que se puede alcanzar con con el MCS15 (130 Mbps) es 70 Mbps. 2.70 Mbps sin solapamiento de canal adyacente (1,6,11). 3.60 Mbps usando 4 MHz de solapamiento (1,5,9,13) 4.Menos de 10 Mbps con 12 MHz de solapamiento (1,4,7,10,13) Distribución 1 CHs: 1,6,11 Distribución 2 CHs 1,5,9,13 Distribución 3 CHs 1, 4, 7, 10, 13 3 X 70 Mbps = 210 Mbps 4 X 60 Mbps = 240 Mbps 5 X 10 Mbps = 50 Mbps

27 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Por Tanto: En la banda de 2.4GHz tenemos 240Mbps de ancho de banda disponible Pero para lograr los 1200Mbps que necesitamos aún nos faltan 960Mbps de ancho de banda 1200 - 240 = 960 La clave del éxito está en poder utilizar los canales de la banda de 5GHz 960 ÷ 70 ≈ 14 Mínimo: 18 Puntos de Acceso 4 en 2.4GHz 14 en 5GHz

28 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES SOLUCIÓN FINAL

29 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Distribución de carga Respaldo

30 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Resultados de Conectividad Día 1 HoraConexiones en 2.4GHz Conexiones en 5GHz Total de Conexiones 9:30am60 %40 %126 9:40am63 %37 %157 9:50am59 %41 %144 10:30am62 %38 %156 11:00am58 %42 %150 2:35pm62 %38 %123 3:15pm60 %40 %123 4:30pm61 %39 %142 5:00pm61 %39 % 154 Promedio 61 %39 %142 HoraConexiones en 2.4GHz Conexiones en 5GHz Total de Conexiones 9:30am60 %40 %104 9:40am63 %37 %114 9:50am64 %36 %130 10:30am67 %33 %140 11:00am62 %38 %154 2:35pm63 %37 %112 3:15pm67 %33 %114 4:30pm62 %38 %135 5:00pm63 %37 % 171 Promedio 63 %37 %130 CISCOHUAWEI 325 Conexiones Simultáneas

31 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES Resultados de Conectividad Día 2 HoraConexiones en 2.4GHz Conexiones en 5GHz Total de Conexiones 9:30am65 %35 %85 10:30am65 %35 %135 10:55am62 %38 %164 11:30am61 %39 % 172 12:30pm60 %40 %172 Promedio 63 %39 %146 HoraConexiones en 2.4GHz Conexiones en 5GHz Total de Conexiones 9:30am65 %35 %73 10:30am67 %33 %146 10:55am64 %36 %140 11:30am56 %44 % 173 12:30pm57 %43 %164 Promedio 62 %38 %140 CISCOHUAWEI 345 Conexiones Simultáneas

32 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES CONCLUSIONES : Siempre que sea posible utilizar el canal 13, considerar utilizar los canales 1,5,9 y 13 en vez de 1, 6 y 11. El aprovechamiento del espectro puede ser mas eficiente. Siempre que sea necesario un ancho de banda de agregación por encima de 250Mbps de throughput sin poder reutilizar frecuencias, es necesario considerar el uso de canales en la banda de 5GHz.

33 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES CONCLUSIONES : Las 325 y 345 conexiones simultáneas demuestran que el diseño implementado cumplió con los requerimientos especificados.

34 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES LABORATORIO de TELEVISION DIGITAL

35 INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TELECOMUNICACIONES www.lacetel.cu