Despliegue de redes públicas troncales sobre sistemas de...

Despliegue de redes públicas troncales sobre sistemas de transmisión inalámbrica.

Índice:

-Transmisiones inalámbricas (introducción).

-Arquitectura de la red inalámbrica.

-Equipos:

-Conmutadores.

-Antenas .

-Multiplexores.

Transmisiones Inalámbricas (Introducción). El medio de transmisión es el camino físico entre el transmisor y el receptor. Los medios de transmisión se clasifican en guiados y no guiados. En ambos casos, la comunicación se lleva a cabo con ondas electromagnéticas. En los medios guiados, las ondas se confinan en un medio sólido, como por ejemplo: un par trenzado, un cable coaxial o una fibra óptica. La atmósfera o el espacio exterior son ejemplos de medios no guiados, que proporcionan un medio de transmitir las señales pero sin confinarlas. Este tipo de transmisión se denomina inalámbrica. En este trabajo se estudiarán las transmisiones inalámbricas para una red pública troncal. Las más usadas son las microondas, radio e infrarojo. La transmisión y la recepción se realiza a través de antenas.

Tienen ventajas como la rápida y fácil instalación de la red sin la necesidad de tirar cableado. Permiten la movilidad y tienen menos costes de mantenimiento que una red convencional. Pueden tener numerosas ventajas en países pequeños y montañosos que no tienen cableado ya instalado ya que los costes de implantación de la red troncal son mucho más bajos.

Medios de transmisión no guiados.

En medios no guiados, tanto la transmisión como la recepción se lleva a cabo mediante antenas. En la transmisión la antena radia energía electromagnética en el medio (normalmente el aire), y en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que le rodea. Básicamente hay dos tipos de configuraciones para las transmisiones inalámbricas: direccional y omnidirecional. En la primera, la antena de transmisión emite la energía electromagnética concentrándola en un haz; por tanto en este caso las antenas de emisión y recepción deben estar perfectamente alineadas. En el caso omnidireccional, por el contrario, el diagrama de radiación de la antena es disperso, emitiendo en todas direcciones, pudiendo la señal ser recibida por varias antenas. En general, cuanto mayor es la frecuencia de la señal transmitida, es más factible confinar la energía en un haz direccional:

DIRECCIONAL: Las antenas de emisiòn y recepciòn estàn perfectamente alineadas. Sirven para mandar la señal de un punto concreto a otro. Normalmente utilizaremos esta configuración para nuestra red troncal

OMNIDIRECCIONAL: El diagrama de radiaciòn de la antena es mas disperso pudiendo la señal ser recibida por varias antenas. Se usaría en nodos de acceso locales para que cualquier persona se pudiera conectar a la red.

La conexión inalámbrica se puede llevar a cabo por medio de microonda terrestres, microondas por satélite, radio e infrarojo.

MICROONDA TERRESTRE

Un radio-enlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) con visión directa usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital. Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes:

• Telefonía básica (canales telefónicos)

• Datos

• Telegrafo/Telex/Fax

• Canales de Televisión.

• Vídeo

• Telefonía Celular (entre troncales)

Un sistema de microondas consiste en tres componentes principales: una antena con una corta y flexible guía de onda, una unidad externa de RF (Radio Frecuencia) y una unidad interna de RF. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 Ghz, las cuales son capaces de conectar dos localidades entre 1,5 y 25 Km de distancia una de la otra. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 Ghz puede transmitir a distancias entre 32 y 48 Km.

Las licencias o permisos para operar enlaces de microondas pueden resultar un poco difíciles ya que las autoridades competentes deben de asegurarse que ambos enlaces no causen interferencia a los enlaces ya existentes. No obstante, existe un rango de frecuencias libre que es el que utilizan los dispositivos wifi.

El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. Las consideraciones en terreno incluyen la ausencia de montañas o grandes cuerpos de agua los cuales pueden ocasionar reflecciones de multi-trayectorias. Se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz.

Mediante las microondas terrestres, existen diferentes aplicaciones basadas en protocolos como Bluetooth o ZigBee para interconectar ordenadores portátiles, PDAs, teléfonos u otros aparatos. También se utilizan las microondas para comunicaciones con radares (detección de velocidad o otras características de objetos remotos) y para la televisión digital terrestre.

MICROONDA POR SATÉLITE

La idea de comunicación mediante el uso de satélites se debe a Arthur C. Clarke quien se basó en el trabajo matemático y las ecuaciones de Newton y de Kepler, y lo unió con aplicaciones y tecnología existente en esa época (1940's). La propuesta de Clarke en 1945 se basaba en lo siguiente:

• El satélite serviría como repetidor de comunicaciones

• El satélite giraría a 36,000 km de altura sobre el ecuador

• A esa altura estaría en órbita "Geoestracionaria"

• Tres satélites separados a 120° entre sí cubrirían toda la tierra

• Se obtendría energía eléctrica mediante energía solar

• El satélite sería una estación espacial tripulada.

Casi todos estos puntos se llevaron a cabo unos años después, cuando mejoró la tecnología de cohetes, con la excepción del último punto. Este no se cumplió debido al alto costo que implicaba el transporte y Mantenimiento de tripulación a bordo de la estación espacial, por cuestiones de seguridad médica y orgánica en los tripulantes, y finalmente por el avance de técnicas de control remoto. En la siguiente figura se muestra el área de cobertura de un satélite geoestacionario:

Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un transpondedor recibe la señal de un transmisor, luego la amplifica y la retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente. Debe notarse que la estación terrena transmisora envía a un solo satélite. El satélite, sin embargo, envía a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su área de cobertura o huella (footprint). La transmisión por satélite ofrece muchas ventajas para una compañía. Los precios de renta de espacio satelital son más estables que los que ofrecen las compañías telefónicas, ya que la transmisión por satélite no es sensitiva a la distancia. Y además, existe un gran ancho de banda disponible. Los beneficios de la comunicación por satélite desde el punto de vista de comunicaciones de datos podrían ser los siguientes:

• Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps)

• Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente accesibles geográficamente.

• Ideal en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos.

• Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes con la posibilidad de evitar las redes públicas telefónicas.

Entre las desventajas de la comunicación por satélite están las siguientes:

• 1/4 de segundo de tiempo de propagación. (retardo)

• Sensitividad a efectos atmosféricos

• Sensibles a eclipses

• Fallo del satélite (no es muy común)

• Requieren transmitir a mucha potencia

• Posibilidad de interrupción por cuestiones de estrategia militar.

A pesar de las anteriores limitaciones, la transmisión por satélite sigue siendo muy popular. Los satélites de órbita baja (Low Earth Orbit LEO) ofrecen otras alternativas a los satélites geoestacionarios Geosynchronous Earth Orbit GEO), los cuales giran alrededor de la tierra a más de 2,000 millas. Los satélites de este tipo proveen comunicaciones de datos a baja velocidad y no son capaces de manipular voz , señales de vídeo o datos a altas velocidades. Pero tienen las ventajas que los satélites GEO no tienen. Por ejemplo, no existe retardo en las transmisiones, son menos sensibles a factores atmosféricos, y transmiten a muy poca potencia. Estos satélites operan a frecuencias asignadas entre los 1.545 GHz y los 1.645 GHz (Banda L).

Con esta tecnología se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base. El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan bastante, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias.

ONDAS DE RADIO

Se caracterizan por ser omnidireccionales, por lo que no necesitaremos antenas parabólicas. Utilizarán la banda comprendida entre 30 MHz - 1GHz, para transmitir señales FM, TV (UHF, VHF), datos... Este rango de frecuencias es el más adecuado para transmisiones simultáneas (difusión,...). Un factor determinante en las ondas de radio son las interferencias por multitrayectorias. Entre las antenas, debido a la reflexión en la superficie terrestre, el mar u otros objetos, pueden aparecer multitrayectorias. Este efecto se observa con frecuencia en el receptor de TV y consiste en que se pueden observar varias imágenes o entremezclar varios canales en uno solo. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas des de la ELF que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioelectrico de 30 - 3000000 Hz.

INFRAROJOS

Las transmisiones de infrarrojo envuelven las mismas técnicas empleadas en la transmisión por fibra óptica, excepto que el medio en este caso es el aire libre. El láser tiene un alcance de hasta 16 Km, aunque casi todas las aplicaciones en la actualidad se realizan a distancias menores de 1 Km. Las velocidades típicas de transmisión a esas distancias son 1.5 Mbps. La ventaja del láser infrarrojo es que no es necesario solicitar permiso ante las autoridades para utilizar esta tecnología. Ambos sitios deben de tener línea de visión directa.

Nuestra red será una red troncal pública inalámbrica por lo cuál necesitaremos un elevado ancho de banda para garantizar un buen servicio a todos nuestros abonados. Necesitaremos varios enlaces punto a punto entre las grandes masas de población a las que queramos dar servicio de manera que formen una red en árbol y de con enlaces redundantes para que nuestra red siga funcionando aunque se caiga algún enlace. A priori parece que para una red troncal las tecnologías que más ventajas nos dan serán las microondas terrestres y también las microondas por satélite. Habría que estudiar mejor nuestra red troncal para determinar la tecnología a usar. Para elegir se estudiarían costes, ancho de banda y fiabilidad de cada una de ellas.

ARQUITECTURA:

La red troncal está constituida por enlaces punto a punto, siendo cada uno de estos enlaces independientes (no comparten ni electrónica ni ancho de banda).Cada segmento debe formar parte de una subred diferente. Esto es para que la red sea robusta, si un enlace se cae, no debe arrastrar consigo a todo un nodo. La red debe ser capaz de tener y encontrar alternativas entre nodos. La red debe de tener una fiabilidad cercana al 100% ya que al tratarse de una red troncal, un pequeño fallo en esta, sin una buena gestión, podría dejar aislado a una gran parte de la comunidad.

Otra posibilidad es que los equipos compartan electrónica y/o ancho de banda, pero en el caso de haber un problema en ese nodo, todos los enlaces se caerían.

Se debe de contar con protocolos tales como el OSPF que permita encontrar rápidamente una ruta alternativa asegurando así la conectividad entre todos los puntos de la red.

Estructura.

Las redes troncales están formadas por nodos. Los nodos pueden estar ubicados de forma independiente o pueden estar conectados a un nodo de enlace para enlazar la red troncal con una comunidad.

Cada uno de los nodos puede contar con 1, 2, 3 o más segmentos. Un segmento es un enlace punto a punto.

Los nodos con un segmento serán usados únicamente como nodos frontera (los que unen la red troncal con una red de acceso).

Los demás se usarán como repetidores, teniendo en cuenta que cuanto mayor sea el número de segmentos que contiene un nodo, más robusta y fiable será la red, pero su coste también aumentará.

Topología

Las redes troncales no siguen ningún orden ni estructura; a medida que van apareciendo nodos, pueden irse estableciendo enlaces entre otros nodos a cualquier otro. Esto permite que exista más de un camino hacia un mismo punto ( esto es una red mallada). Mediante el protocolo OSPF aseguramos la continuidad del servicio.

El número de nodos de una red troncal no está definido. A mayor número de nodos mayor será el rendimiento y el coste, por lo tanto será un punto a considerar para cubrir las necesidades de la red ajustándonos a un presupuesto.

Este tipo de redes son escalables, esto es, permite tanto ser reducida como ampliada, y el único requisito es que exista un nodo troncal por comunidad, para que se establezca el enlace entre la red de enlace la red troncal de cada población.

-Equipos:

Para la implementación de nuestra red troncal inalámbrica vamos a usar los siguientes equipos, los cuales tendrán que ir montados en cada uno de los nodos de nuestra red. Atendiendo al tipo de nodo tendremos una configuración distinsta de éstos equipos, la cuál hemos especificado anteriormente en la estructura de nuestra red.

-Conmutadores

Tanto en los nodos de acceso de nuestra red como en los repetidores que necesitemos, tendremos que usar conmutadores para encaminar la nuestra información en función del destino que tiene que alcanzar.

En cada nodo, tendremos que utilizar un conmutador (router) que será el encargado de dirigir la información hacia un punto de acceso (AP) o hacía otro, para que la información sea enviada a través de las antenas al siguiente nodo en la ruta de unión entre la fuente y el destino.

-Enrutador:

WRT-54G

• Fabricante: LinkSys

• Modelo: WRT-54G

• Modo de operación: Master/WDS

• Velocidad: 54 MB

Puntos de acceso:

WAP-54G

• Fabricante: LinkSys

• Modelo: WAP-54G

• Modo de operación: Bridge (punto a punto)

• Velocidad: 54 MB

-Antenas

Para realizar la comunicación entre los distintos nodos que componen nuestra red troncal utilizaremos antenas direccionales para transmitir entre los distintos nodos ya que la estructura se basa en enlaces punto a punto, y antenas omnidireccionales para transmitir entre el nodo de acceso y los distintos dispositivos de una zona que se quieran conectar.

Dependiendo de las necesidades en cada una de las comunicaciones, atendiendo a valores de distancia a cubrir y potencia de transmisión necesaria, una antena especifica para cada comunicación entre dos nodos.

Posibles candidatas:

-ANTENA TIPO PARABOLICA

• Tipo: Direccional

• Ganancia: 24 dBi

• Cobertura vertical: 8 grados

• Cobertura horizontal: 8 grados

• Alcance: 10000 metros

• Alto: 100 cm

• Ancho: 60 cm

• Profundo: 12 cm

ANTENA TIPO FLAT PATCH






• Alto: 21 cm

• Ancho: 21 cm

• Profundo: 2 cm

ANTENA TIPO YAGI






• Alto: 60 cm

• Ancho: 7 cm

ANTENA OMNIDIRECCIONAL

• Tipo: Omnidireccional





• Alto: 102 cm

• Ancho: 3 cm

• Profundo: 3 cm

-Multiplexadores SDH y PDH

En cada uno de los nodos de acceso a nuestra red troncal necesitaremos colocar un multiplexador/demultiplexador para poder ir añadiendo nuevas señales a nuestras comunicaciones en función del número de usuarios activos en cada momento.

Tendremos que usar tantos multiplexadores como puntos de acceso, ya que cada punto añadirá nueva información y también habrá nueva información que añadir a la señal a transmitir por esa antena, proveniente de otros puntos de acceso del mismo nodo.

La elección del multiplexador se basara fundamentalmente en el protocolo de multiplexación usado, ya que éste protocolo será el que nos permita aprovechar mejor el ancho de banda del que disponemos en nuestra red troncal.

TransXpress SL64 ultra-compact add/dropp multiplexer

Multiplexador ADM a 10Gbit/s adecuado para altos anchos de banda demandados en las redes troncales, regionales o anillos metropolitanos. Está evolucionando hacia redes multifuncionales con IP y SDH.

Características:

Most compact 10-Gbit/s ADM system in the market place with two SL64 network elements in one ETSI rack.

Non-blocking switching matrix with 256 x STM-1 switching capacity (VC-4 level) with 20-Gbit/s add/drop capacity

STM-64 line interfaces of types I-64.1 to JE-64.2/3 with a maximum span length of 160 km

Tributary interfaces STM-1/4/16 optical,140 Mbit/s / STM-1 electrical / 100BaseTX, 1000BaseSX/LX

Support of ATM and IP traffic using contiguous concatenation. First implementation of virtual concatenation world-wide

Gigabit and Fast (100 BaseT)- Ethernet interfaces

Colored interfaces for integrated DWDM solution. Tunable laser for up to 160 wavelengths with dual band 50 GHz spacing

Single fiber operation on line and tributary interfaces

Integrated boosters, preamplifiers for STM-64/ 16/ 4 and dispersion compensating devices for STM-64

Extensive protection features:

MS-SPRing (BSHR)

1+1 MSP for terminal applications

Low priority traffic for linear MSP and BSHR

SNC/P (path protection)

Drop & continue

Complete equipment protection

Full integration in TMN solutions

Forward error correction (FEC)

Benefits:

Immense traffic-carrying capacity as feeder of most competitive DWDM systems TransXpress WL and TransXpress Infinity

Flexible use in all applications as terminal multiplexer, add-drop multiplexer and local cross-connect and use in SONET environment.

Reliable service delivery by means of comprehensive protection features

Allows enterprises and public operators to extend a Gigabit-Ethernet campus network over an SDH transport link connecting several sites.

TransXpress SLD16 SDH Multiplexer

Sistema de transporte basado en SDH que domina en la tecnología de transmisión actual. Usados en redes regionales y metropolitanas, y en redes troncales nacionales e internacionales.

Características:

Fully non-blocking cross-connect matrix for unidirectional, bidirectional, broadcast or split-access connections with a cross-connect capacity of 64 x STM-1

100% add/drop capacity

140 Mbit/s, STM-1 electrical, STM-1/4/16 optical interfaces and integrated optical boosters and preamplifiers

Interfaces for the DWDM system TransXpress WL system

Various equipment and network protection features, including

Multiple Section Shared Ring Protection (2/4 fiber MS-SPRing)

2 independent 2-fiber MS-SPRings in one system

Multiplex Section Protection (Line MSP)

Low-priority traffic for 1:1 MSP and 2-fiber BSHR

Sub-Network Protection (SNCP)

Drop & Continue

Complete equipment protection

Single row subrack for standard applications and double row subrack for very complex applications

Supervision of small networks by enhanced local craft terminal (NCT)

Fully integrated into our TransXpress Network Management Center solution

Benefits:

Extremely compact design offering high add-drop capacity in a single network element and single shelf

All applications (terminal multiplexers, add-drop multiplexers, local cross-connects), all topologies (ring, star, meshed) and all distances are covered by one single network element

Best synchronous line system available

Ultra-long haul interfaces

Integrated DWDM solution, extremely cost-effective interworking with TransXpress WL

TransXpress SMA1 and SMA4 SDH multiplexer El TransXpress SMA1 y SMA4 son opción perfecta para implementar redes troncales.

Características:

Terminal and add/drop multiplexer functionality with fully non-blocking cross-connectivity

2, 34, 45, 140 and 155 Mbit/s electrical interfaces

Short- and long-haul STM-1 and STM-4 optical interfaces

Termination of 252 x 2 Mbit/s signals per subrack

Extensive protection features for all traffic-handling modules - no single point of failure

1+1 line protection, BSHR and SNC/P with drop & continue

Full EOW and DCC processing

Benefits:

Compact single-shelf design offering high add/drop capacity

Family concept enabling seamless upgrade from SMA1 to SMA4

Supports all applications from terminal, add/drop to local cross-connect multiplexer

Most tried and tested synchronous multiplexer family

TransXpress SMA16 SDH Multiplexer

Características:

Add/drop multiplexer, terminal multiplexer and local cross-connect functionality

Full connectivity on VC-4, VC-3, VC-2 and VC-12 level between any two interfaces

2 Mbit/s, 34 Mbit/s, 140 Mbit/s, STM-1, STM-4 and STM-16 interfaces

Optical preamplifier and booster for STM-4 and STM-16 interfaces

Extensive protection switching capabilities: MSP, BSHR2/4, SNC/P with drop & continue

TCM on all signal layers

Full EOW and DCC processing

Benefits:

Flexible and compact single shelf design to meet operators' network design requirements

Greater visibility of network performance through tandem connection monitoring

Centrally managed by Siemens' powerful and user-friendly TMN solution

TransXpress SMA1K Ultracompact STM-1 multiplexer

Multiplexador síncrono que es una compacta y flexible solución para las redes SDH.

Características:

Terminal and add/drop multiplexer functionality with fully non-blocking cross-connectivity

Up to sixty-three 2 Mbit/s interfaces

Optional 34 Mbit/s interface

Extensive protection features for all traffic-handling modules - no single point of failure

Supports EOW, BW7R, external user alarms, external synchronization and user data channels

1+1 MSP and SNC/P

Performance monitoring

Benefits:

Space-efficient installation, low power consumption and high reliability

Flexible deployment and configuration as add/drop and terminal multiplexer

Centralized, powerful and user-friendly management by Siemens TMN solution .

VARIOS MODELOS DE ANTENAS:

Antena Flat, Panel 18dbi, 2.4Ghz , Wireless Lan

Antena YAGI 14.5dbi, 2.4Ghz , con cubierta protectora, Wireless Lan

Antena Grid 15dbi, 2.4Ghz , con reflector, Wireless Lan

Antena Grid 19dbi, 2.4Ghz , con reflector, Wireless Lan

Antena Grid 24dbi, 2.4Ghz, con potente reflector,Wireless Lan

Antena Panel 17dbi, 5.8Ghz, Wireless Lan UNII Band 17 dBi Backfire Wireless LAN

Antena Panel 22dbi, 5.8Ghz , Wireless Lan UNII Band 17 dBi Backfire Wireless LAN

Antena Grid 27dbi, 5.8Ghz , con potente reflector,Wireless Lan

REFERENCIAS: -Sinergias, red troncal inalambrica de interconexión entre municipios. -http://articulo.mercadolibre.com.pe/MPE-2870440-omnidireccional-hiperlink-original15dbi-24ghz-profesional-_JM. -Apuntes de clase.

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