Pucp Radio Enlaces Rurales

REDES INALAMBRICAS PARA ZONASRURALES

Primera Edicin

Grupo de Telecomunicaciones RuralesPontificia Universidad Catlica del Per

Elaborado por : Financiado por :

Lima , Enero 2008

Redes Inalmbricas para Zonas Rurales

Pontificia Universidad Catlica del PerGrupo de Telecomunicaciones RuralesGTR-PUCP, http://gtr.telecom.pucp.edu.pe

Compilacin, Diseo y Edicin General: Luis Camacho y Carlos Rey.

c2008, GTR-PUCPPrimera edicin: Enero 2008

ISBN: 978-9972-42-843-2

Autores: Gerson Araujo, Luis Camacho, David Chvez, Csar Crdova, David Espinoza, RenatoHonda, Leopoldo Lin, Jess Margarito, Andrs Martnez, Eva Juliana Maya, Pablo Osuna, Yuri Pa-checo, Juan Paco, Yvanna Quijandria, River Quispe, Carlos Rey, Sandra Salmern, Arnau Snchez,Paola Sanoni, Joaqun Seoane, Javier Sim y Jaime Vera.

La mayor parte de los contenidos de este libro han sido gestados gracias al trabajo conjunto delGTR-PUCP con diferentes instituciones enmarcadas dentro del Programa EHAS, como la Universi-dad Politcnica de Madrid, la ONGD Ingeniera Sin Fronteras ApD en Espaa, y la Universidad delCauca en Colombia.

La edicin y publicacin de este libro son financiados por el Programa Willayhttp://www.willay.org.pe

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ndice general

ndice general 1

Sobre este libro 9Sobre GTR-PUCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Trabajo colaborativo con otras instituciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1. Introduccin 131.1. Contexto rural en los pases en desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2. Caractersticas de las soluciones tecnolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3. Alternativas tecnolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.1. WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.2. VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.3. HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3.4. WiMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.5. Conexin satelital (VSAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.4. Estructura del libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2. Redes VHF/HF 232.1. Comunicaciones de voz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2. Comunicaciones de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3. Arquitectura de redes VHF/HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4. Estacin cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.1.1. Transceptor Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.1.2. Cables y Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.4.1.3. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.4.1.4. Interfaz de comunicaciones para la transmisin de datos . . . . . . . . . . 302.4.1.4.1. Computadora embebida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.4.1.4.2. Conexin de los equipos para la comunicacin de datos . . . . . . . . 31

2.4.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1

2.4.2.1. Configuracin Radio VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.4.2.2. Configuracin Radio HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4.2.3. Sistema operativo de la computadora embebida . . . . . . . . . . . . . . . 362.4.2.4. Configuraciones de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.4.2.5. Aplicacin para el envo de datos ehas-station . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5. Repetidor de voz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.5.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.5.1.1. Duplexor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.5.1.2. Cable RIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.5.1.3. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.6. Repetidor de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.6.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.6.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.7. Estacin pasarela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.7.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.7.1.1. Servidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.7.1.2. Transceptor Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.7.1.3. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.7.1.4. ATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.7.1.5. Interfaz para la transmisin de voz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.7.1.6. Interfaz para la transmisin de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.7.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.7.2.1. Instalacin del Sistema Operativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.7.2.2. asterisk-phonepatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.7.2.3. Configuracin del ATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542.7.2.4. Calibracin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3. RedesWiFi para largas distancias 593.1. Estndares WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2. Problemtica del uso deWiFi para largas distancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.2.1. Capa fsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.2.2. Capa MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.3. Uso de telefona IP con QoS sobre WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.4. Arquitectura de redesWiFi para larga distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.5. Estacin cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.5.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.5.1.1. Enrutador inalmbrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.5.1.2. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.5.1.3. Cables y Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.5.1.4. Equipos VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.5.1.4.1. ATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.5.1.4.2. Telfono Analgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.5.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.5.2.1. Configuracin Linksys WRT54GL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.5.2.2. Configuraciones para Equipos de VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.5.2.2.1. Sipura SPA 2100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.5.2.2.2. GrandStream HandyTone 486 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.5.2.2.3. Configuracin de QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.6. Repetidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.6.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.6.1.1. Enrutador Inalmbrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.6.1.2. Tarjetas inalmbricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.6.1.2.1. Marca Senao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.6.1.2.2. Marca Ubiquiti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.6.1.3. Pigtails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.6.1.4. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.6.1.5. Amplificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.6.2. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.6.2.1. Instalacin del Sistema Operativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.6.2.2. Formas de conexin a una computadora embebida . . . . . . . . . . . . . . 893.6.2.2.1. Conexin mediante el comando ssh . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.6.2.2.2. Conexin por el puerto serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.6.2.3. Configuracin de los parmetros de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.6.2.3.1. Comando ifconfig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.6.2.3.2. Comando iwconfig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.6.2.3.3. Configurar el archivo /etc/network/interfaces . . . . . . . . . 923.6.2.3.4. Comando route . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.6.2.3.5. Carga de los programas al inicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.6.2.4. Configuracin especfica tarjetas con chipset Atheros . . . . . . . . . . . . 953.6.2.4.1. Diversidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 953.6.2.4.2. Configuracin ACKtimeout y SlotTime . . . . . . . . . . . . . . . . . 963.6.2.4.3. Configuracin con amplificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.6.2.5. Comandos para comprobar la calidad de un enlace . . . . . . . . . . . . . 973.6.2.5.1. Comando ping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973.6.2.5.2. Comando iperf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973.6.2.5.3. Comando traceroute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.6.2.6. Configuraciones para VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.6.2.6.1. asterisk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.6.2.6.2. Configuracin de asterisk para ofrecer QoS . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.7. Estacin Pasarela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.7.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.7.1.1. Tarjeta Digium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.7.2. ATA Sipura SPA-3000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.7.3. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.7.3.1. Configuracin para la salida a Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.7.3.1.1. Comando iptables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.7.3.1.2. Configurar el archivo /etc/resolv.conf . . . . . . . . . . . . . . 103

3.7.3.2. Configuracin para Telefona IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.7.3.2.1. Instalacin de Zaptel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.7.3.2.2. Configuracin ATA Sipura SPA 3000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4. Diseo de la red 1114.1. Diseo del Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.1.1. Eleccin de tecnologas para la red de distribucin . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.1.2. Eleccin de tecnologas para el acceso a Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.1.3. Preseleccin de equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.1.4. Eleccin del modelo de propagacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.1.5. Herramienta de simulacin radioelctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.1.5.1. Requisitos mnimos que deben cumplir los radio enlaces de una red . . . . 119

4.1.6. Software de simulacin de trfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.1.7. Pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.1.8. Recomendaciones para instalaciones exteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.1.8.1. Distribuciones de equipos en la torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.1.8.2. Instalacin de antenas Yagi y de grilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.1.8.3. Conexin de los cables coaxiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.1.8.4. Vulcanizacin de los dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1254.1.8.5. Recomendaciones para el alineamiento de las antenas . . . . . . . . . . . . 125

4.2. Diseo del Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.2.1. Modelos de consumo de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.2.1.1. Estacin Cliente VHF/HF/WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.2.1.2. Estacin Pasarela VHF/HF/WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.2.1.3. Repetidor de Voz VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.2.1.4. Repetidor de datos VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.2.1.5. Wrap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.2.2. Dimensionamiento de la fuente de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294.2.3. Dimensionamiento del sistema de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.2.4. Especificaciones de equipos de energa fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . 1304.2.4.1. Mdulo fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.2.4.2. Bateras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.2.4.3. Controlador de Corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.2.4.4. Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.2.4.5. Luminarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

4.2.5. Equipamiento necesario por modelo de consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334.3. Diseo del Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334.3.1. Sistema Integral de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1344.3.1.1. Capturar la descarga atmosfrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1344.3.1.2. Derivar el rayo hacia tierra en forma segura . . . . . . . . . . . . . . . . . 1344.3.1.3. Disipar la energa a tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1354.3.1.4. Proteger los equipos contra los transitorios de las lneas de comunicaciones 135

4.3.2. Recomendaciones para el Sistema Integral de Proteccin . . . . . . . . . . . . . 1354.3.3. Consideraciones para la instalacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1364.3.4. Sistemas de puesta a tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374.3.4.1. Medicin de la resistividad del terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.3.5. Dimensionamiento de pozo a tierra horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1384.3.6. Materiales y cantidades a emplear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

4.4. Diseo del subsistema de Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1404.4.1. Especificaciones de Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.4.2. Pasos a seguir en la instalacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1414.4.3. Elementos de una torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.4.3.1. Tramo torre tipo A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1434.4.3.2. Tramo torre tipo B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444.4.3.3. Tramo torre tipo C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1454.4.3.4. Soporte de pararrayos y balizaje para tramo tipo A . . . . . . . . . . . . . 1464.4.3.5. Soporte de pararrayos y balizaje para tramo tipo B . . . . . . . . . . . . . 1474.4.3.6. Soporte de pararrayos para tramo tipo C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

4.4.4. Plancha grillete para tramos de torre tipo A y B . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.4.5. Plancha grillete para tramo de torre tipo C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.4.6. Tringulo antirrotacin para tramo de torre tipo B . . . . . . . . . . . . . . . . 1504.4.7. Tringulo antirrotacin para tramo de torre tipo C . . . . . . . . . . . . . . . . 1514.4.8. Grapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.9. Guardacabos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.10. Grilletes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.11. Templadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.12. Cable de acero 1x7, de 1/4 EHS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.13. Cable de acero 1x7, de 5/16 EHS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524.4.14. Cable de acero 1x7, de 3/8 EHS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534.4.15. Lnea de vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534.4.16. Consideraciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

5. Gestin y mantenimiento de la red 1555.1. Software de gestin de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.1.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.1.2. Zabbix 1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1585.1.3. Arquitectura del equipo gestionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1585.1.4. Arquitectura del gestor de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1605.1.5. Tipos de log . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615.1.5.1. Log con informacin del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615.1.5.2. Log con informacin de corto plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615.1.5.3. Log de alive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1625.1.5.4. Log diario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

5.1.6. Instalacin y Configuracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1635.1.6.1. Gestor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1645.1.6.2. Equipo gestionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

5.1.7. Funcionalidades del sistema de gestin de redes . . . . . . . . . . . . . . . . . 1715.2. Mantenimiento de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2.1. Mantenimiento preventivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2.1.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2.1.1.1. Verificacin del nivel de seal recibido . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2.1.1.2. Mantenimiento y limpieza del cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

5.2.1.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2.1.2.1. Bateras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.2.1.2.2. Paneles solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755.2.1.2.3. Regulador para instalaciones fotovoltaicas aisladas . . . . . . . . . . . 175

5.2.1.2.4. Medicin de voltaje en los elementos del sistema . . . . . . . . . . . . 1775.2.1.3. Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1775.2.1.4. Subsistema de Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

5.2.2. Mantenimiento correctivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1785.2.2.1. Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1785.2.2.2. Fallas tpicas en el Subsistema de Telecomunicaciones de redesWiFi . . . . 1795.2.2.2.1. Comprobar la conexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1795.2.2.2.2. Comprobaciones para telefona IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1795.2.2.2.3. Verificacin de la conexin de alimentacin de los equipos . . . . . . . 1795.2.2.2.4. Verificacin del funcionamiento de asterisk . . . . . . . . . . . . . . . 179

5.2.2.3. Fallas tpicas en el Subsistema de Telecomunicaciones de redes VHF/HF . 1805.2.2.3.1. phonepatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

5.2.2.4. Deteccin de fallas comunes en el resto de subsistemas . . . . . . . . . . . 182

6. Sostenibilidad de Redes de Telecomunicaciones en Entornos Rurales y Aislados 1856.1. Problemtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.1.1. Aspecto Econmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.1.2. Aspecto Tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.1.3. Aspecto Social y Organizativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.1.4. Aspecto Poltico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.1.5. Aspecto Normativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

6.2. Alternativas y Estrategias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.3. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7. Ejemplo de redes desplegadas 1997.1. Red EHAS-@LIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007.1.1. Descripcin general de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007.1.2. Diseo de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017.1.2.1. Direccionamiento IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017.1.2.2. Caractersticas de los enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

7.1.3. Servicios de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.1.4. Descripcin de las estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.1.4.1. Estacin cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.1.4.1.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.1.4.1.2. Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2087.1.4.1.3. Subsistema Informtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2087.1.4.1.4. Subsistema de Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

7.1.4.2. Repetidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.1.4.2.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.1.4.2.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.1.4.2.3. Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2117.1.4.2.4. Subsistema de Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

7.1.4.3. Estacin pasarela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2117.1.4.3.1. Caractersticas de la conexin a Internet . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.1.4.3.2. Caractersticas de Telefona IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.1.4.3.3. Aplicacin de la herramienta de gestin de red . . . . . . . . . . . . . 213

77.2. Red WiFi PAMAFRO EHAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.2.1. Descripcin de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.2.2. Diseo de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.2.2.1. Direccionamiento IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.2.2.2. Caractersticas de los enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

7.2.3. Servicios de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2187.2.4. Descripcin de las estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2187.2.4.1. Estacin Cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2187.2.4.1.1. Subsistema de Telecomunicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2207.2.4.1.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2217.2.4.1.3. Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2227.2.4.1.4. Subsistema Informtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

7.2.4.2. Repetidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2247.2.4.2.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2247.2.4.2.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2277.2.4.2.3. Subsistema de Proteccin Elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2287.2.4.2.4. Subsistema de Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

7.2.4.3. Estacin Pasarela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2307.2.4.3.1. Telefona IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2307.2.4.3.2. Servicio de Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2307.2.4.3.3. Correo electrnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

7.3. Redes VHF PAMAFRO EHAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2317.3.1. Descripcin de las redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2317.3.2. Diseo de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2337.3.3. Servicios de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2347.3.3.1. Comunicacin de voz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2347.3.3.2. Correo electrnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

7.3.4. Descripcin de las estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2357.3.4.1. Estacin cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2357.3.4.1.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2357.3.4.1.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

7.3.4.2. Repetidor de voz VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2367.3.4.2.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2367.3.4.2.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

7.3.4.3. Repetidor de datos VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2377.3.4.3.1. Subsistema Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

7.3.4.4. Estacin pasarela VHF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2387.3.4.4.1. Subsistema de Telecomunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2387.3.4.4.2. Subsistema de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2387.3.4.4.3. Subsistema Informtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

7.3.4.5. Estacin pasarela HF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Glosario 241

Sobre este libro

Este libro es una iniciativa del Grupo de Telecomunicaciones Rurales de la Pontificia UniversidadCatlica del Per (GTR-PUCP) para contribuir a la ampliacin y difusin del conocimiento existentesobre tecnologas apropiadas para el acceso a la informacin y comunicacin en zonas rurales.

En tal sentido, este libro tiene varios propsitos:

Compartir el conocimiento generado y/o utilizado por GTR-PUCP.

Incrementar la bibliografa en castellano sobre tecnologas apropiadas para zonas rurales.

Servir de punto de partida para futuras actualizaciones conforme aumente la informacin dis-ponible.

La mayor parte de los contenidos de este libro han sido gestados gracias al trabajo conjunto delGTR-PUCP con diferentes instituciones enmarcadas dentro del Programa EHAS, como la Universi-dad Politcnica de Madrid, la ONGD Ingeniera Sin Fronteras APD en Espaa y la Universidad delCauca en Colombia.

Debe resaltarse que toda la tecnologa que se describe en este libro ha sido desarrollada en labora-torio y posteriormente probada de manera exhaustiva en los distintos escenarios reales como la sierray la selva peruanas, bajo distintas condiciones meteorolgicas.

Pero no todo es tecnologa, en este libro tambin se encuentra abundante informacin sobre man-tenimiento y sostenibilidad, aspectos a tener en cuenta desde las primeras etapas del diseo de pro-yectos que hagan uso de este tipo de redes en entornos rurales. Ambos temas tienen una aspectotecnolgico, pero en su mayor parte contienen una componente social. Esta ltima incluye un factorhumano en medio de un contexto especfico que, al igual que la tecnologa utilizada, es producto dela experiencia.

Este libro tambin se encuentra disponible en la red, en formatos pdf y html, en la siguiente di-reccin:

http://gtr.telecom.pucp.edu.pe/publicaciones/rizr.html

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Sobre GTR-PUCPGTR-PUCP es un equipo multidisciplinario dedicado a la investigacin, desarrollo, anlisis, eva-

luacin de impacto y difusin de las tecnologas de la informacin y comunicacin (TIC) apropiadaspara contribuir a la mejora de la calidad de vida de comunidades marginales que carecen o tienenacceso limitado a medios de comunicacin, con nfasis en aquellas ubicadas en entornos rurales.

Los objetivos de GTR-PUCP son:

Contribuir a la reduccin de la brecha digital en las zonas de intervencin.

Actuar como facilitadores de diversos actores sociales que contribuyan con la mejora de lacalidad de vida de nuestro grupo objetivo.

Contribuir al desarrollo humano a travs de la implementacin de TIC apropiadas.

Identificar, formular, planificar, ejecutar, difundir y promover oportunidades y proyectos TICpara el desarrollo.

Para ello, GTR-PUCP desarrolla tres programas de trabajo: investigacin y desarrollo de tecnolo-ga, responsabilidad social universitaria y docencia, enmarcados en el mbito de las telecomunicacio-nes rurales.

GTR-PUCP (http://gtr.telecom.pucp.edu.pe) fue creado hace diez aos en la Uni-versidad Catlica (PUCP http://www.pucp.edu.pe) con la finalidad de ejecutar las activida-des tecnolgicas del primer proyecto del Programa EHAS (Enlace Hispano Americano de Salud) enPer. ste tiene como principal fin la mejora de la atencin sanitaria en las zonas rurales latinoame-ricanas a travs del uso apropiado de TIC. Desde entonces, la colaboracin entre el GTR-PUCP y elPrograma EHAS ha sido constante desarrollando conjuntamente muchos proyectos de investigacine implantacin de tecnologas apropiadas en Per.

La larga vida de un grupo de investigacin como GTR-PUCP, en medio de una realidad comola de la regin latinoamericana en la que se invierte poco en investigacin e innovacin, se ha de-bido fundamentalmente a proyectarse ms all de la investigacin per se. Su misin y visin se hanenfocado no slo a buscar soluciones a la carencia de infraestructura de telecomunicaciones, sino acontribuir a un uso apropiado de sta para mejorar los servicios esenciales para el desarrollo de la so-ciedad que le rodea como la atencin sanitaria y la educacin. Para alcanzar estas metas es necesarioinvestigar e innovar en el mbito de este tipo de tecnologas para el entorno mencionado, dado queen su mayora son diseadas para otras realidades. Es por ello que se hace evidente la necesidad decontar con grupos de investigacin como GTR-PUCP que dedican sus esfuerzos a este fin.

Trabajo colaborativo con otras institucionesAdems de GTR-PUCP, en el primer proyecto del Programa EHAS en Per participaron el Gru-

po de Bioingeniera y Telemedicina de la Universidad Politcnica de Madrid (GBT-UPM http://www.gbt.tfo.upm.es), la ONGD Ingeniera Sin Fronteras (ISF http://www.isf.es) yla Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH http://www.upch.edu.pe). A raz de esteprograma en el ao 2004 se cre la Fundacin EHAS (http://www.ehas.org), cuyo objetivo escomprobar si un diseo y un uso adecuado de las TIC puede ayudar a mejorar el sistema pblico deasistencia de salud en las zonas rurales de los pases de Amrica Latina.

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Desde su fundacin, GTR-PUCP mantiene una estrecha sociedad con las instituciones espao-las ISF, UPM y Fundacin EHAS. sta ha sido y es de gran importancia estratgica en dos fren-tes: el acceso a fondos para la financiacin de sus actividades conjuntas, y el proceso de desarro-llo tecnolgico alcanzado dentro de un marco de trabajo colaborativo. En este ltimo tambin hasido participe el Grupo de Ingeniera Telemtica (GIT) de la Universidad del Cauca de Colombia(http://git.unicauca.edu.co).

En lneas generales la investigacin conjunta se ha articulado de la siguiente manera:En Fundacin EHAS se han investigado las bases tericas y se han diseado soluciones para la

transmisin de datos en bandas VHF/HF y WiFi en largas distancias. Estos trabajos fueron validadosy complementados con experiencias en campo en Per y Colombia con la activa participacin deGTR-PUCP y GIT, respectivamente.

La telefona IP tuvo, desde un principio, un desarrollo conjunto entre Fundacin EHAS y GTR-PUCP.

La implementacin del sistema de gestin es un trabajo conjunto de la Fundacin EHAS y GIT-UniCauca.

GTR-PUCP ha contribuido con su trabajo en el diseo de los sistemas de proteccin elctrica,energa, estructuras mecnicas, y el diseo y planificacin de redes. Asimismo, en aspectos menostcnicos, pero sumamente importantes, como la gestin del mantenimiento y la sostenibilidad de lasredes de telecomunicaciones instaladas producto del trabajo conjunto, han sido contribucin de GTR-PUCP.

Este trabajo colaborativo ha incluido la realizacin de varias pasantas entre miembros de lasmencionadas instituciones, dando lugar a una mayor difusin del conocimiento de cada una de ellas.

GTR-PUCP tiene total apertura a participar en trabajos conjuntos con ms instituciones, sin im-portar su experiencia en el sector. Como ejemplo de esta apertura puede mencionarse su contribucina la reciente creacin del grupo Centro de Investigacin en Telecomunicaciones Rurales (CEDITER)dentro de la Universidad San Antonio de Abad de Cusco.

Lima, Enero de 2008

1Introduccin

1.1. Contexto rural en los pases en desarrolloLas zonas rurales aisladas de pases en vas de desarrollo son el contexto vital de ms de la mitad

de la poblacin mundial, pese a lo cual es generalizada su casi total carencia de infraestructuras decomunicacin y acceso a la informacin. La pretensin de dotar a estas zonas de conectividad aredes de voz y datos ha sido en los ltimos aos una preocupacin del mayor orden de los agentesinternacionales multilaterales de desarrollo, ya que en algunos casos se puede considerar un serviciobsico, y en todos es un sustrato de gran importancia para el desarrollo y la promocin humana. Noobstante, todos los esfuerzos por generalizar el acceso a redes de comunicacin en zonas aisladas depases en desarrollo suelen topar desde los primeros pasos con la ausencia de soluciones tecnolgicasrealmente apropiadas, realistas y sostenibles, debido en gran parte a las siguientes caractersticasespecficas de estos contextos:

No slo se carece de infraestructuras de telecomunicacin; tambin suele ser prcticamenteinexistente o de mala calidad la infraestructura de electrificacin y, en muchos casos las vas deacceso. La necesidad de dotar a los sistemas de telecomunicacin de alimentacin elctrica au-tnoma para garantizar su funcionamiento continuo y su durabilidad los encarece y dificulta sumantenimiento, y la ausencia de vas de acceso tambin encarece y dificulta tanto el desplieguede redes como su mantenimiento.

El personal tcnico cualificado necesario para el mantenimiento y operacin de estas tecnolo-gas suele encontrarse en las ciudades, y resulta caro y difcil contar con l en estas zonas.

La poblacin es pobre y dispersa, por lo que no puede soportar los costos de infraestructurascaras de instalar, mantener y operar. Tampoco los estados de los pases en vas de desarrolloestn en condiciones de poder subvencionar la instalacin de redes de comunicaciones ruralesen pro de la cobertura total, tanto por su falta de recursos como por la enorme proporcin quelas poblaciones rurales no contributivas representan en el total.

1.2. Caractersticas de las soluciones tecnolgicasEste contexto no slo explica la causa de esa prctica incomunicacin de la mitad del mundo

habitado, sino que tambin determina las especificaciones de cualquier solucin tecnolgica que se

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14 CAPTULO 1. INTRODUCCIN

pretenda aplicar de manera sostenible en entornos rurales de pases en desarrollo:

Tiene que ser robusta y sencilla de usar, ya que los usuarios van a ser poco cualificados y novan a contar con el apoyo continuado de asesores preparados.

Tiene que requerir poco o ningn mantenimiento de tcnicos especializados, ya que stos vana estar lejos y va a resultar caro y difcil atraerlos para la resolucin de los problemas. Con msrazn debe ser mnima la necesidad de administracin de las redes, ya que sta genera costosfijos considerables.

Debe ser de bajo consumo, ya que frecuentemente tendr que depender de instalaciones deenergas fotovoltaicas o elicas que encarecen las instalaciones y aumentan las necesidades ycostos de mantenimiento.

Debe tener costos de despliegue y de operacin muy bajos. sto excluye las redes cableadas, lasde telefona mvil y las redes satlite como soluciones nicas. En ocasiones se puede plantearel acceso al mundo de toda una red por estos medios, pero la distribucin del acceso se tendrque hacer con una tecnologa complementaria ms barata. Este criterio tambin desaconseja enmuchos casos las redes radio en bandas de frecuencia licenciadas.

Con estos condicionantes, el GTR-PUCP ha trabajado desde 1999 en varias lneas de investigacinque persiguen determinar cuales son las tecnologas inalmbricas ms apropiadas a zonas ruralesaisladas de pases en desarrollo, mejorarlas y aplicarlas de forma ptima. A continuacin se presentanalgunas.

1.3. Alternativas tecnolgicasComo hemos descrito anteriormente, en pases en vas de desarrollo, es frecuente que zonas rura-

les de gran extensin carezcan por completo de infraestructuras de telecomunicacin, lo cual suponeun obstculo para el desarrollo y la calidad de vida de las personas. El alto costo de las alternativastecnolgicas convencionales, las dificultades del entorno tales como la ausencia de alimentacin elc-trica, las dificultades de acceso o la falta de seguridad fsica de las instalaciones en emplazamientosdeshabitados suponen grandes condicionantes para estas tecnologas. Por lo tanto, resulta necesarioel planteamiento de alternativas tecnolgicas que tengan en cuenta estos requerimientos.

En esta seccin se describen distintas tecnologas propuestas para la instalacin de redes de teleco-municaciones en este contexto. Todas ellas son inalmbricas, ya que dadas las caractersticas descritasanteriormente, una red cableada sera muy costosa de instalar y mantener.

1.3.1. WiFiLa familia de estndares IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b y 802.1g), ms conocida como WiFi,

tiene asignadas las bandas ISM (Industrial, Scientific andMedical) 902-928MHz, 2.400-2.4835 GHz,5.725-5.850 GHz para uso en las redes inalmbricas basadas en espectro ensanchado con objeto delograr redes de rea local inalmbricas (WLAN).

WiFi comparte la mayora de su funcionamiento interno con Ethernet, sin embargo difiere enla especificacin de la capa fsica (PHY) utilizando seales radio en lugar cable y en su capa decontrol de acceso al medio (MAC), ya que para controlar el acceso al medio Ethernet usa CSMA/CD,

1.3 Alternativas tecnolgicas 15

mientras que WiFi usa CSMA/CA. El gran ancho de banda (entre 1 y 11 Mbps para 802.11b y hasta54Mbps para 802.11a/g) a un precio reducido, lo presenta como una de las mejores opciones para latransmisin de datos y redes de telefona empleando VoIP (voz sobre IP).

No obstante, pueden ser utilizadas (bajo ciertas restricciones legales de potencia) en exteriores,si se introducen antenas externas, amplificadores adecuados, etc. Las regulaciones vigentes en His-panoamrica1 permiten establecer enlaces de decenas de kilmetros a potencias muy bajas, con unancho de banda mucho mayor que otras soluciones tecnolgicas, lo que abre el camino a servicioscomo aplicaciones de tiempo real. Como la comunicacin punto a punto slo puede darse entre esta-ciones con perfecta lnea de vista, en muchos contextos, no suelen lograrse alcances mayores de unos40 Kms. No obstante, pueden salvarse obstculos con el uso de emplazamientos aislados intermedioso las propias estaciones cliente utilizadas como repetidores, para interconectar dos estaciones que seencuentren a una mayor distancia.

Las ventajas e inconvenientes que presenta el uso de esta tecnologa se indican a continuacin:

Ventajas:

Uso de frecuencias sin licencia de las bandas ISM 2.4 / 5.8 GHz con ciertas limitaciones depotencia.

Velocidades desde 1 hasta 54Mbps, siempre teniendo en cuenta que el throughput neto obtenidoest alrededor de un 50-70% de esos valores.

Tecnologa con estndar ampliamente conocido y fcil de configurar, lo que favorece los bajoscostos de los equipos.

Bajo consumo de potencia, menor a 10 W por enrutador.

Flexibilidad: un nodo puede adherirse a la red si puede ver a uno de los nodos vecinos (laszonas rurales aisladas normalmente no siguen una distribucin geomtrica ordenada alrededorde un punto central).

Hardware fcilmente integrable en un sistema impermeable que soporte condiciones meteoro-lgicas adversas.

Inconvenientes:

Requiere lnea de vista directa (esto podra elevar, en algunos casos, el nmero de repetidoresnecesarios aumentando demasiado el costo).

Al ser una tecnologa creada para redes de corto alcance, hay que solventar ciertos problemasrelacionadas con su utilizacin para distancias de decenas de Km.

El nmero de colisiones aumenta en relacin con el nmero de usuarios.

Tiene un nmero limitado de canales no interferentes, 3 en 2.4 GHz y 8 en 5.8 GHz.

1Para el caso de Per, la normativa se puede consultar en http://www.mtc.gob.pe/portal/comunicacion/politicas/normaslegales/RM-777-2005-MTC(05-11-05).pdf


1.3.2. VHFLas redes privadas de comunicacin de voz en banda VHF utilizan la banda de frecuencia de 30-

300 MHz. En ellos se alcanzan distancias de enlace en torno a los 70 Km, limitados por la potenciade transmisin y la altura de las antenas. stas debern compensar la curvatura de la tierra y salvarlos obstculos que se presentan en el camino, aunque tiene bastante tolerancia a los mismos.

En la propagacin directa desde la antena transmisora a la antena receptora es recomendable queexista lnea de vista entre ellas, es decir, que exista visibilidad ptica entre ambas. Sin embargo, sesoportan obstculos vegetales o invasiones no muy profundas de la lnea de vista por elevaciones delterreno.

El inconveniente de no lograr un enlace debido a obstruccin severa de la lnea de vista puedesuperarse utilizando equipos intermedios o repetidores, usualmente ubicados en zonas elevadas, deforma que permitan la comunicacin, a travs de ellos, entre dos o ms puntos que no tienen visibili-dad directa. En Per, por ejemplo, prcticamente toda la costa y toda la selva baja son apropiadas parala comunicacin en VHF. Adems, incluso en los valles serranos y/o corredores interandinos tambines posible la comunicacin en VHF, directamente o a travs de repetidores.

Aunque esta banda est pensada solamente para la transmisin de voz y, por tanto, los equiposde radio se disean y fabrican para ese fin, mediante software se puede conseguir utilizar este mediopara comunicaciones de datos. Existen diferentes tipos de herramientas software para la transmisinde datos. El ms eficiente de ellos es el protocolo AX.25 que incluso permite instalar el protocoloTCP/IP sobre l. AX.25 es un protocolo de nivel de enlace habitualmente usado por radio aficionadospara bandas VHF/UHF y HF. Aunque la velocidad que se consigue es muy baja, apenas comparable ala velocidad de un mdem telefnico, puede aumentar con la compresin que incorpora el sistema decorreo, permitiendo utilizar aplicaciones de correo electrnico, mensajera y navegacin (restringida)en Internet a velocidades aceptables.

Para poder ofrecer ambos servicios, se eligen radios VHF convencionales que se utilizan nor-malmente para voz, pero que, intermitentemente, pasan a intercambiar datos entre un ordenador clien-te y su servidor de referencia.

A continuacin se presenta un listado de las ventajas y desventajas que presenta esta tecnologa.

Ventajas:

Enlaces a largas distancias. Aunque requiere lnea de vista pueden salvarse algunos obstculosvegetales o no muy profundos. Estos enlaces suelen implicar menor nmero de emplazamientosaislados necesarios para conectar establecimientos.

Fcil reutilizacin de frecuencias.

Tecnologa radio muy conocida en los entornos rurales.

La calidad de los enlaces es similar 24 horas al da al no verse especialmente afectada la propa-gacin por los cambios climatolgicos.

Inconvenientes:

El uso de la banda VHF requiere de la obtencin oficial de una licencia de servicio.

Velocidades menores que para otras tecnologas comoWiFi.


Mayor consumo en torno a los 100 W en transmisin frente a los menos de 10 W requeridospara transmitir con una tecnologa WiFi (considerando el consumo completo de un enrutadorinalmbrico).

Al requerirse potencias mayores, se tiene que proveer al sistema de paneles solares de superficiemucho mayor y bateras de mayor capacidad, lo que eleva su costo.

Mayor costo: Una radio VHF tiene un precio en torno a 500 USD, frente a los 150 de una tarjetaWiFi.

1.3.3. HF

La transmisin en banda HF tiene un rango de frecuencia de operacin de 3 a 30 MHz y permitecomunicaciones de centenares y hasta miles de kilmetros. El mtodo de propagacin para la bandaHF es el conocido por Onda Ionosfrica, por el cual las ondas se transmiten y luego se reflejanhacia el punto de recepcin. La propagacin depende de las capas de la Ionosfera, que poseen uncomportamiento aleatorio en cuanto a estructura y densidad, afectando directamente a las frecuenciasde trabajo. Para tener en cuenta estas caractersticas y poder configurar los equipos a una frecuenciaadecuada para las condiciones climatolgicas, poca, hora y lugar, se determinan frecuencias mnimasLUF y mximas MUF de trabajo. Por debajo de la LUF no se podra realizar propagacin por laIonosfera, debido a que hay gran absorcin y la seal quedara enmascarada por el ruido, a frecuenciasmayores de la MUF, las ondas atraviesan la ionosfera y no son reflejadas a la tierra. Por el granrecorrido de las ondas, desde el punto de transmisin hasta el punto de reflexin (la Ionosfera estubicada entre los 60 y los 500 Km sobre la superficie terrestre) y luego al punto de recepcin, seproducen considerables prdidas en el espacio libre y adems surge el desvanecimiento multitrayectode la seal.

Por lo tanto, los sistemas de radio de onda corta HF habilitan comunicaciones a travs de terrenosplanos, elevados o montaosos, sin la necesidad de dispositivos de retransmisin, como los repetido-res. Al igual que la banda VHF, la banda HF tambin est destinada a la transmisin de voz y porsus caractersticas no es recomendable para la transmisin de datos. El canal HF tiene caractersticas(ruido, bajo ancho de banda, etc.) que hacen difcil trabajar con l, por lo que los mdems de HFhasta ahora han sido extraordinariamente caros o muy lentos (tpicamente de 100 a 300 bps para losde radioaficionados). Para aprovechar el escaso espectro disponible, los canales suelen ser de 3 KHzy la modulacin en banda lateral nica, mucho menos robusta que la de FM y sometida adems adesvanecimientos ocasionados por las incertidumbres de la propagacin ionosfrica. La investigacinen esta materia se ha dirigido al desarrollo de nuevos tipos de modulacin, como OFDM y nuevosprotocolos que han permitido alcanzar velocidades alrededor de los 2.400 bps al precio de una tarjetade sonido.

A continuacin se indican las ventajas e inconvenientes que presenta el uso de esta tecnologa:

Ventajas:

La distancia no es limitante, pueden obtenerse enlaces a distancias muy largas (miles de Km).

Se pueden alcanzar lugares con ubicaciones complicadas sin necesidad de repetidores (ya queno es necesaria la visibilidad directa de las antenas).


Es una solucin viable para cualquier situacin, ya que no requiere de estudios concretos depropagacin.

Inconvenientes:

Limitaciones tcnicas por la baja velocidad obtenida.

Enlaces de peor calidad con mucha variabilidad en cortos intervalos de tiempo. Adems, slopuede usarse a ciertas horas, dependiendo del canal, y con protocolos y modulaciones especia-les.

Entorno muy sensible a errores por los desvanecimientos ocasionados por las incertidumbresde la propagacin ionosfrica.

Consumo de energa ligeramente mayor que VHF y mucho mayor que WiFi (normalmente seutilizan transceptores de 100 W)

1.3.4. WiMAXIEEE 802.16, ms conocido comoWiMAX, es el fruto del trabajo realizado entre 2002 y 2005 en el

IEEE para la definicin de nuevas propuestas tecnolgicas que permiten cubrir las lagunas de las redesinalmbricas de banda ancha. Es decir, posibilitar redes inalmbricas de altas prestaciones en reasmetropolitanas sin lnea de vista, viabilizar la distribucin de conectividad por medios inalmbricos adistancias del orden de decenas de kilmetros en zonas semiurbanas y rurales, y soportar calidad deservicio (QoS) y usuarios con requerimientos de servicio heterogneos.

El estndar IEEE 802.16d plantea dos rangos de frecuencia de funcionamiento de los equipos.Por un lado, las bandas licenciadas de 10 a 66 GHz proporcionan un entorno fsico en el que, debidoa la reducida longitud de onda, es imprescindible disponer de lnea de vista. Se prev su uso paraproporcionar acceso en pequeas oficinas y casas. Por otro lado, las bandas por debajo de los 11 GHzproporcionan un entorno fsico en el que no es imprescindible disponer de lnea de vista. El estndarproporciona soporte para escenarios con y sin lnea de vista en dicha frecuencia. Se prev su uso paraproporcionar acceso en entornos metropolitanos as como en enlaces a gran distancia. De esta formalos proveedores de servicios podrn utilizar equipos que sigan este estndar (equipos WiMAX) paraofrecer acceso de banda ancha a redes IP con capacidades de hasta 120 Mbps a los abonados privadossin necesidad de llevar la red cableada hasta cada emplazamiento final.

IEEE 802.16-2004 se dise, al igual que el IEEE 802.11, de forma tal que su apariencia e inter-accin para con las capas superiores fuera la misma que la que presenta Ethernet; tambin al igualque toda la familia 802, define la capa PHY y la MAC. Por otra parte, su funcionamiento es similaral de una red GSM, en la que una malla de estaciones base permite el acceso a mltiples usuarios,pudiendo manejar mltiples sectores independientes de forma simultnea. Todas las comunicacionestienen que pasar por una estacin base, siendo imposible la comunicacin directa entre dos estacionessuscriptoras. WiMAX es orientado a conexin, por lo que las estaciones subscriptoras deben solicitarservicio a la misma. Cuando la estacin base recibe una solicitud de incorporacin de una nueva esta-cin subscriptora calcula si es posible garantizarle un servicio mnimo manteniendo los compromisoscon otras estaciones subscriptoras. Slo en el caso de cumplir ambas condiciones se le concede el ac-ceso, de forma que la estacin base puede garantizar el servicio comprometido con todas las estacinsubscriptora (throughput mnimo, retardo mximo etc.).


A continuacin se indican las ventajas e inconvenientes que presenta el uso deWiMAX:

Ventajas:

Fue creado y diseado como estndar para redes metropolitanas exteriores desde su concepcin.

Su rango normal de operacin se encuentra entre los 7 y los 10 Km, pero puede llegar hasta 50Km sin modificaciones.

No sufre el problema del nodo oculto, ni aumentan las colisiones con el nmero de usuarios, yaque la estacin base va asignando slots a cada estacin, evitando as las colisiones que conllevanuna importante prdida de paquetes.

No necesita lnea de vista para realizar un enlace.

Utiliza antenas inteligentes las cuales optimizan su patrn de radiacin automticamente enfuncin de la demanda.

Tiene la posibilidad de asignar diferente ancho de banda a cada canal de radio, desde 1.5 MHza 20 MHz. Esto permite la posibilidad de reutilizar frecuencias y de una mejor planificacinde la celdas y hace que el nmero de canales no interferentes entre s dependa nicamente delancho de banda disponible.

En una redWiMAX se puede proporcionar QoS, lo cual es muy importante para algunas aplica-ciones y para la gestin de las redes en general.

Inconvenientes:

Los costos de las instalaciones estn fuera del alcance de muchos entornos rurales (entre los10000 y los 30000 USD por estacin base), sin contar las antenas, las torres, etc.

Necesitan un gran subsistema elctrico para funcionar, muy costoso en zonas donde apenas hayenerga elctrica del orden de 1500 W en cada estacin base.

1.3.5. Conexin satelital (VSAT)El mercado de las telecomunicaciones satelitales bidireccionales de voz y datos est prcticamente

copado en Hispanoamrica por una nica tecnologa: VSAT (Very Small Aperture Terminals). Lasredes VSAT son redes de comunicacin de datos va satlite para el intercambio de informacinpunto-punto, o punto-multipunto (broadcast o interactiva).

El componente principal de este sistema es el hub, que es la estacin central terrestre de la red.ste permite realizar la comunicacin entre dos terminales VSAT, es decir, que todo intercambio deinformacin tiene que pasar por el hub. Esta estructura de red logra que las estaciones terminalessean simples, baratas y fciles de instalar. Las antenas usadas tienen menor dimetro (menores de2.4 m, tpicamente 1.3 m) y los sistemas un bajo consumo de energa. Con esta tecnologa se consi-guen disear redes muy densas con altas velocidades de transmisin si hay pocos usuarios conectadossimultneamente, permitiendo la transferencia de voz, datos y vdeo. Normalmente se contratan en-laces asimtricos, con mayor capacidad en el enlace de bajada para el usuario. ltimamente, muchossistemas VSAT estn utilizando el protocolo DVB-RCS como plataforma de soporte para el acceso


bidireccional a Internet en emplazamientos aislados, con lo cual se consigue una mayor ancho debanda. Sus ventajas e inconvenientes se presentan a continuacin:

Ventajas:

Gestin centralizada de la red, lo cual simplifica los terminales de usuario.

Servicio independiente de la distancia.

Cobertura global e inmediata.

Fcil y rpida implantacin en lugares de difcil acceso.

Los enlaces asimtricos se adaptan a los requerimientos de transferencia de datos entre unaestacin central que transmite mucha informacin a estaciones lejanas que responden con pocainformacin (si es que responden).

Facilidad de reconfiguracin y de ampliacin de la red. El uso de un satlite hace que se puedaestablecer contacto con cualquier punto dentro de su rea de cobertura con lo que los receptorespueden cambiar de ubicacin sin ms cambio que la reorientacin de su antena.

Del mismo modo, la introduccin de un nuevo terminal no afecta significativamente al funcio-namiento de los dems.

Se suele disear para tener una disponibilidad de la red del 99.5% del tiempo y con una BER(Bit Error Rate) de 10-7.

Estabilidad de los costos de operacin de la red durante un largo periodo de tiempo. Una or-ganizacin puede ser propietaria de prcticamente todos los segmentos de la red. Esto haceque el presupuesto dedicado a comunicaciones se pueda establecer con gran exactitud. El nicosegmento del que la organizacin no puede ser propietario es el segmento espacial, pero susprecios son muy estables.

Evita las restricciones que impone una red pblica en cuanto a costos y puntos de acceso.

Inconvenientes:

Las inversiones iniciales son elevadas y en algunos pases no son claramente competitivas frentea redes basadas en recursos terrestres. Este problema puede ser atenuado recurriendo al alquilerdel hub. Esto slo es viable para muchos usuarios, prcticamente de cobertura nacional, por loque slo puede ser asumido por una organizacin con gran capacidad econmica.

El punto ms crtico de la red est en el satlite. Toda la red depende de la disponibilidaddel transpondedor. Si ste pierde la conexin, toda la red pierde la conexin con l. An as, elproblema no es muy grave si la empresa proveedora del servicio dispone de ms de uno (cambiode frecuencia de uso de los terminales). En caso de perder la conexin todo el satlite bastaracon reorientar las antenas a otro satlite.

Como todo sistema basado en satlites, es sensible a interferencias provenientes tanto de latierra como del espacio.

1.4 Estructura del libro 21

1.4. Estructura del libroA lo largo de estos 8 aos GTR-PUCP ha utilizado distintas de estas tecnologas en las redes

de telecomunicaciones desplegadas., fundamentalmente se han desarrollado dos tipos de redes: lasmixtas VHF/HF y las redes WiFi.

A continuacin, en los captulos 2 y 3, ambos tipos de redes sern descritos en profundidad des-tacando sus caractersticas, indicando los equipos y el software que puede ser utilizado. En algunoscasos, este software ha sido diseado o adaptado por GTR-PUCP u otras de las instituciones sociasdel Programa EHAS para las necesidades planteadas por los distintos tipos de redes, por lo que suproceso de instalacin ser explicado con detenimiento. En el mbito del hardware tambin ha sidonecesaria la creacin de algunos componentes para la adaptacin de equipos comerciales a las nece-sidades de los entornos rurales donde las redes son desplegadas. Tanto su diseo como sus diagramassern presentados para ayudar a la fabricacin de los mismos.

En el captulo 4, se presenta la estrategia de diseo utilizada por GTR-PUCP para las redes des-critas en los captulos anteriores. sta se divide en cuatro partes: diseo del subsistema de telecomu-nicaciones, diseo del subsistema de energa, diseo del subsistema de proteccin elctrica y diseodel subsistema de infraestructura. En la primera, se presenta la herramienta software Radio Mobile,que es el programa utilizado por GTR-PUCP para realizar las simulaciones del medio radioelctrico,junto con algunas recomendaciones para su uso. En la segunda se describe el diseo del subsistemade energa necesario para alimentar los equipos elegidos en entornos rurales. En la tercera se indicanlas opciones para el diseo del subsistema de proteccin elctrica necesario para reducir al mximo laposibilidad de que los equipos instalados, muy vulnerables a las variaciones en la corriente elctrica,sufran una sobrecarga en sus componentes, por ejemplo, mediante un rayo, que podra provocar elcese de su funcionamiento. En la cuarta se indican las recomendaciones necesarias para el montaje delas torres, as como planos de las mismas.

Adems, estas redes requieren de una observacin continua tanto para prever fallos futuros, comopara identificar los ya existentes, lo que ayudar a su correccin. Para ello, GTR-PUCP utiliza unaversin propia de Zabbix, una herramienta de gestin de redes que permite visualizar el comporta-miento de la red en cada momento. Esta herramienta es descrita en detalle en el captulo 5, incluyendosu proceso de instalacin. Adems, en este captulo tambin se incluirn algunas recomendaciones demantenimiento de los equipos, tanto preventivo como correctivo.

Sin embargo, un gran diseo de las redes y una instalacin impecable de los equipos, no garanti-zan que la red desplegada vaya a utilizarse a pleno rendimiento durante el tiempo de vida estimadode la red. Hay una multitud de factores que influyen en este hecho, como por ejemplo, el nivel decompromiso de los beneficiarios en el proyecto. El correcto tratamiento de estos factores es crucial enla sostenibilidad de las redes desplegadas, y es descrito en el captulo 6. Estas recomendaciones hande ser meticulosamente tenidas en cuenta cuando se disean proyectos en el entorno descrito, para,as, garantizar su xito

En el ltimo captulo, el 7, se presentan algunas de las redes desplegadas por GTR-PUCP en losltimos aos. En ella se detallan los equipos utilizados y la justificacin de su eleccin, junto conejemplos de sus configuraciones.

2Redes VHF/HF

Los sistemas VHF y HF son sistemas inalmbricos o de radio que hacen uso de las bandas defrecuencia de 3 a 30 MHz y de 30 a 300 MHz, respectivamente. Actualmente, estos sistemas origi-nalmente slo diseados para la transmisin de voz, tambin permiten la transmisin de datos,En lasredes que se prensentan en este captulo y en la seccin 7.3 la mayor parte de los sistemas instaladosse comunican mediante equipos de radio que usan la banda de frecuencias VHF, sin embargo, debidoa su alejada ubicacin, existen algunas estaciones que tienen instalados equipos radio que usan labanda de frecuencias HF, que cuentan con mdems de 2500 bps de velocidad. Aunque las ventajasy desventajas de este tipo de redes fue descrita en 1.3.2 y en 1.3.3, respectivamente, a continuacinpresentaremos un resumen de sus caractersticas:

Sistemas HF: Estos sistemas tienen un alcance geogrfico bastante amplio, pudiendo establecercomunicaciones con estaciones dentro y fuera de un mismo pas. Estas comunicaciones son,por lo general, de menor calidad que las anteriores, por lo que, aunque existe la posibilidad, nomerece la pena conectarla a la RTPC. Sin embargo, dado su largo alcance, se pueden utilizarpara intercomunicar puntos que estn a cientos kilmetros del resto de la red. Un esquema deesta red se presenta en la Figura 2.1.

Figura 2.1: Esquema de red HF.

23

24 CAPTULO 2. REDES VHF/HF

Sistemas VHF: Estos sistemas tienen un alcance geogrfico limitado (alrededor de 70 km) porlo que se agrupan en pequeas redes locales. En ellas todas las radios se comunican en lasmismas frecuencias, es decir, usan un canal comn y pueden establecer conversaciones contodos las estaciones de la misma red. Mediante este servicio los usuarios podrn establecercomunicaciones de voz halfduplex (tambin fullduplex pero con equipos ms caros) de altacalidad con las estaciones que forman parte de su red. Adems permite la comunicacin concualquier abonado de la Red Telefnica Pblica Conmutada (RTPC) para lo que se necesita unainterfaz hacia esa red, por lo menos en un nodo; este proceso se describir en la seccin 2.7.2.Para la transmisin de datos debe instalarse una interfaz de comunicaciones entre la radio y lacomputadora, en cada una de las estaciones de la red. En VHF pueden alcanzarse velocidadesalrededor de 9600 bps, que es poco para una ptima navegacin en Internet, pero suficientepara el uso de correo electrnico. Para la gestin de este servicio se instala una computadoraespecialmente acondicionada, un servidor, en una de las estaciones de la red, que cuente conalgn tipo de acceso a Internet. De esta forma, los correos enviados desde cualquier estacin sontransmitidos por la radio hacia el servidor local, el cual los reenviar hacia: otra estacin VHF,una red LAN Internet. Hay que tener en cuenta que cada red local se comunica mediante unafrecuencia propia, diferente a la usada por las redes vecinas. Un esquema de esta red se presentaen la Figura 2.2.

Figura 2.2: Esquema de Red VHF.

Para realizar la descripcin del sistema, adems de llevar a cabo la diferenciacin necesaria entrehardware y software, tendremos en cuenta la distincin entre los dos subsistemas que caracterizaneste sistema de comunicaciones, el de voz y el de datos. Se ha planteado este modelo ya que, aunquenormalmente ambos subsistemas se suelen instalar de forma simultnea para aprovechar al mximolos recursos existentes, tambin se puede dar el caso en el que se quiera instalar nicamente uno deellos.

2.1. Comunicaciones de vozLa comunicacin de voz es el servicio natural de los sistemas VHF. Cada red utiliza un canal para

la comunicacin de voz entre sus miembros, como se aprecia en la Figura 2.3(a). En caso que existan

2.2 Comunicaciones de Datos 25

estaciones bastante alejadas entre s, se usan repetidores de voz, por lo que la red utiliza dos canalesde voz, uno para transmisin y otro para recepcin, como se muestra en la Figura 2.3(b).

(a) Voz en VHF sin Repetidor de voz. (b) Voz en VHF con Repetidor de voz

Figura 2.3: Voz en VHF.

Cuanto ms aumente la cantidad de repetidores de voz , mayor ser el nmero de canales usados.Todos estos canales han de ser configurados en la radio del repetidor de voz que de servicio a cadaestacin y a travs del cual se retransmiten las comunicaciones haca su destino, en particular, haciala estacin que cuente con salida a la RTPC. Esta estacin ser denominada estacin pasarela.

Al igual que en la comunicacin de datos, todas las estaciones tienen la posibilidad de establecercomunicaciones de voz hacia el exterior a travs de una de ellas, que est conectada a la RTPC. Sinembargo, dada la baja calidad de las comunicaciones HF, nicamente las estaciones conectadas conenlaces VHF tienen la posibilidad de ofrecer de este servicio con una calidad aceptable.

Las estaciones conectadas mediante enlaces HF no se pueden comunicar con los sistemas VHF,que usan otra banda de frecuencia. Sin embargo, s que podr comunicarse con ellas mediante elsubsistema de datos como se detalla en 2.2, a travs de Internet. La tecnologa HF est ampliamentedifundida en los entornos rurales de pases en desarrollo, por lo que habitualmente pueden encontrarseradios HF en algunas localidades del rea donde se quiere instalar una nueva red. Esta caractersticaservir para que la estacin donde se instale esta tecnologa pueda conectarse con esas localidades,entre las cuales suelen estar capitales distritales y departamentales.

El medio seleccionado de entrada/salida hacia la RTPC y hacia Internet, depende de las ventajasy desventajas de cada sistema (VSAT, ADSL) debiendo valorar en cada caso particular cal de elloses el ms conveniente. En el apartado 4.1.2 se presentan varias recomendaciones para tomar estadecisin.

2.2. Comunicaciones de Datos

Para VHF/UHF se usarn canalizaciones (ancho de banda de canal) estandr de 12.5KHz; en HFla canalizacin tpica es de poco ms de 2 KHz. La tarea de recepcin/envo de audio se llevara acabo, en ambos casos, con soundmodem, un paquete libre que proporciona la infraestructura para el


acceso a tarjeta de sonido y que incluye un conjunto de mdems software (5 implementados por elmomento) para la transmisin de informacin, que se escogen en funcin de la banda de trabajo.

Para VHF/UHF el mdem escogido es FSK-G3RUH una modificacin libre de FSK que reduceconsiderablemente el ancho de banda final. Este mdem permite llegar a una velocidad de sealiza-cin de 9600 bps para las canalizaciones estndar, una velocidad muy superior a la usada en anterioresproyectos (AFSK 1200bps).

En HF, se usa un mdem especialmente diseado para esta banda, newqpsk, originalmente desa-rrollado para la placa Motorola DSP560002, y posteriormente traducido a lenguaje C y distribuido enLinux bajo licencia GNU/GPL. Newqpsk es un mdem con tecnologa OFDM. Esta modulacin deespectro extendido consta de una serie de portadoras espaciadas en frecuencia para distribuir los da-tos por todo el ancho de banda del canal. La ortogonalidad se asegura con una determinada distanciaentre portadoras que evitan que los datos se mezclen en el proceso de demodulacin. Los beneficiosde OFDM son su alta eficiencia espectral, la fortaleza a las interferencias de radiofrecuencia y una ba-ja distorsin por multipath (multicamino), precisamente las caractersticas ms habituales en canalesHF.

Newqpsk usa 15 portadoras separadas 125 Hz (con un ancho de banda total de 2KHz), y cada unade ellas porta una modulacin DQPSK. La modulacin diferencial implica que se trata de un mdemno coherente, que aunque tiene una prdida terica de 3dB de relacin seal-a-ruido en recepcin res-pecto a los mdems coherentes, permite mayor sencillez y menor carga de procesado de seal. La tasade transferencia de cada portadoras es de 83.3bps (bits por segundo), lo que da una velocidad globalde 2500bps. El modem incluye dos fases iniciales, de prembulo y sincronizacin, tres niveles dife-rentes de FEC con el algoritmo BCH, y diversidad espacial y temporal (interleaving) para aumentarla resistencia al fenmeno del fading (desvanecimiento) temporal y frecuencial.

El sistema est basado en el uso de software libre (Postfix, SMTP por lotes, UUCP, Soundmodem-Newqpsk, ALSA, etc), que se explica en 2.4.2.5, y el protocolo AX.25 (mejorado con dos nuevas op-ciones: rechazo selectivo de paquetes -SREJ mejorado- y un sistema de asignacin de turnos DAMA-denominado RRCONN, Round Robin Connections).

En cuanto al hardware, la interfaz entre la radio y la computadora de usuario est compuesta por 3dispositivos: una tarjeta de sonido, una computadora embebida y una tarjeta de control de radio. Vermas detalles en 2.4.1.4.

Para mayor informacin terica sobre este tema se recomienda leer el siguiente documento:

http://gtr.telecom.pucp.edu.pe/ftp/vhf/ModemVHF.pdf

2.3. Arquitectura de redes VHF/HF

Las redes VHF/HF desplegadas por GTR-PUCP suelen estar formadas por agrupaciones de redes.Cada una de estas redes est formada por una estacin pasarela (con conexin al exterior) a la que seconectan varias estaciones cliente. Suele ocurrir que la estacin pasarela no se encuentre en el centrogeogrfico de la red y en tal caso estara demasiado lejos de algunas estaciones cliente como paratener comunicaciones de voz datos de buena calidad. La solucin a ese problema es el empleo derepetidores de voz repetidores de datos.

Como se ha observado, para lograr comunicaciones de voz y datos sobre redes que utilizan VHFse pueden distinguir distintos tipos de estaciones : las estaciones cliente, los repetidores de voz, losrepetidores de datos y la estacin pasarela. En sistemas HF, dado que la distancia entre estaciones

2.4 Estacin cliente 27

puede ser del orden de cientos de kilometros, no son necesarios los repetidores de voz, ni de datos.Por lo tanto, estas redes estn compuestas nicamente por estaciones clientes que se comunican conuna estacin pasarela que les permite conexin hacia el exterior.

Dado que las estaciones cliente prcticamente son la interfaz entre los usuarios y los servicios dela red, y que es deseable que los servicios estn disponibles en todas las estaciones de la red; sueleocurrir que all donde se instalan los repetidores tambin se instalen estaciones cliente. Esto implicapequeos cambios, como:

Donde coinciden repetidor de datos y estacin cliente la comunicacin entre ambas ser a travsde una red LAN. Cada estacin tiene su propia radio.

Donde coinciden repetidor de voz y estacin cliente los usuarios hacen uso de las radios delrepetidor para la comunicacin de voz.

Donde coinciden una estacin pasarela y una estacin cliente la comunicacin de datos entreambas, ser a travs de una red LAN. Cada estacin tiene su propia radio.

Donde coinciden repetidor de datos y repetidor de voz cada estacin hace uso de sus respectivasradios.

Las caractersticas de los equipos de cada unas de las estaciones comentadas, junto con las configu-raciones necesarias en cada uno de ellos, se presentan a continuacin.

2.4. Estacin clienteUna estacin cliente es un nodo final en el cual los usuarios pueden hacer uso de los servicios

de la red. Si stas no cuentan con un sistema que les proporciona la energa necesaria para su propiofuncionamiento, este deber ser diseado. Algunas recomendaciones para tal diseo se describen enla seccin 4.2.

2.4.1. Equipos

2.4.1.1. Transceptor Radio

El elemento principal de esta estacin es el equipo radio, existiendo dos tipos diferentes instalados,segn la banda de frecuencia en que se trabaje. Para VHF se pueden utilizar radios marca Motorolamodelo Pro3100, que permite programar 4 canales (Figura 2.4(a)). En HF se pueden utilizar radiosmarca Kenwood modelo TK-80, en las que se pueden programar hasta 80 frecuencias diferentes parala comunicacin (Figura 2.4(b)).

Las caractersticas bsicas necesarias para poder controlar la radio son el PTT (Push-to-talk) y elCSQ (Carrier Squelch), ste ltimo slo para VHF. El PTT se instala como un accesorio de la radiocon un micrfono avanzado con DTMF (multifrecuencia de tono dual). El CSQ sirve para detectar laportadora, es decir, para controlar si se est usando el canal de voz.

Para la transmisin de datos las radios utilizadas son las mismas que las descritas. Sin embargo,slo puede ser usadas para comunicarse por voz o datos, pero no ambas al mismo tiempo, por lo que,en las estaciones cliente hay que interrumpir la comunicacin de voz para poder enviar datos.


(a) Motorola Pro3100. (b) Kenwood TK-80

Figura 2.4: Modelos de Radios en las estaciones cliente.

2.4.1.2. Cables y Conectores

Las radios se conectan a la antena mediante un cable coaxial que se encarga de transmitir la sealentre ambos elementos. Estos cables estn hechos de cobre con una proteccin especial para soportarinterferencias y las condiciones de intemperie a las que se enfrentan. Habitualmente se utilizan tresmarcas de cables: Belden, Andrews y Times Microwave. Para conectar los sistemas VHF al protectorde linea se utiliza un latiguillo en cuyos extremos hay un conector tipo N en el lado del protectorde lnea y un conector Mini U macho para el equipo radio. En los sistemas HF se usan los latiguilloscon conectores tipo PL macho.

La presencia del protector de lnea obliga a la utilizacin de dos cables coaxiales para unir laantena con su respectiva radio. El protector se encargar de derivar al pozo a tierra cualquier corrientenociva que pueda circular por el cable coaxial conectado a la antena, aunque esto se describir en msdetalle en el captulo 4.3.

2.4.1.3. Antenas

GPIO Las antenas son los elementos que reciben y emiten seales de radio por el aire. Debido aque las estaciones cliente VHF en la mayora de los casos solamente deben apuntar a una estacinpasarela o a un repetidor de voz, se suelen utilizar antenas directivas. Sin embargo, en algunos casosse emplean antenas direccionales en las estaciones cliente para que stos se comuniquen entre ellos.En cualquier caso es conveniente que las antenas tengan un buen ancho de banda y alta ganancia. Sepuede utilizar la misma antena para las comunicaciones de voz y datos.

En el caso de utilizar antenas directivas, las se pueden usar las antenas Antenex Y1365. Esto esdebido sus buenas propiedades mecnicas, ya que al estar anodizada, no se oxida ni deja entrar elagua, y a que es sintonizable en la banda 136 -150 MHz con una ganancia de 9.2 dB.

Sin embargo, esta ltima caracterstica no se cumple en toda la banda, ya que las antenas con lasrecomendaciones del fabricante nos dan un ancho de banda angosto (1MHz) alrededor de la frecuen-cia sintonizada como se aprecia en la Figura 2.5(a). Despus de distintos experimentos y pruebas secomprob que haciendo variaciones en las longitudes de los elementos se obtenan mejores presta-ciones. De esta forma se consigui un mayor ancho de banda de hasta 7MHz, como se aprecia en laFigura 2.5(b). Esto se comprueba verificando que la relacin de onda estacionaria (ROE) cumple conser menor a 1.3. Si la ROE est en este rango, se podr utilizar esta antena para el nuevo ancho debanda obtenido.


(a) Ancho de banda de fbrica Antenex Y1365. (b) Ancho de banda de GTR-PUCP Antenex Y1365.

Figura 2.5: Mejora ancho de banda Antenex Y1365.

En este caso la dimensiones de los elementos de la antena fueron las siguientes:

Elemento reflector = 105.4 cm

Dipolo = 98 cm

Director 1 = 95 cm

Director 2 = 95 cm

Director 3 = 80.3 cm

Con respecto a su montaje basta con sujetarla mediante sus abrazaderas a alguno de los tubos queconforman la estructura de la torre. Deben vulcanizarse los puntos que podran ser causa de filtracinde agua, como:

1. Punto de conexin del conector N de chasis al cuerpo principal de la antena.

2. Unin del tefln con el conector.

3. Unin del elemento capacitivo con el tefln.

La antena se presenta en la Figura 2.6(a), y los puntos a vulcanizar en la Figura 2.6(b).Para el caso de las estaciones cliente HF suelen utilizarse antenas dipolo de banda ancha como

la ICOM AH 710. Estas antenas pueden colocarse en varias configuraciones; lo ideal es que estncompletamente horizontales a una altura promedio de 10 m. Si no existe la infraestructura necesariapara conseguir este propsito, suelen colocarse en forma de V invertida, es decir, con el centro deldipolo ubicado lo ms alto posible (deseable 15 m) y los brazos extendidos hacia el suelo. El nguloentre los brazos debe ser el mayor posible. Un ejemplo de la colocacin de esta antena se puedeapreciar en la Figura 2.7.


(a) Antenex Y1365. (b) Puntos a vulcanizar.

Figura 2.6: Antena Yagi VHF.

Figura 2.7: Instalacin antena HF.

2.4.1.4. Interfaz de comunicaciones para la transmisin de datos

Para transmitir datos a travs de las radios VHF o HF se hace uso de una interfaz de comunica-ciones. sta consta de una computadora embebida, una tarjeta para control de radio y una tarjeta desonido genrica que cuente con conector USB, como aparece en la Figura 2.8.

En esta interfaz es necesaria la utilizacin de una computadora embebida, para poder almacenary tratar dichos datos. La computadora del usuario tiene que conectarse fsicamente con la interfazpor medio de un cable de red y esta, mediante un cable fabricado para tal efecto, a la radio. Lacomputadora del usuario podra cumplir las funciones que se encargan a la computadora embebidas,sin embargo, utilizar otra computadora para este fin tiene las siguientes ventajas:

La computadora de usuario podra trabajar con cualquier sistema operativo y no necesariamenteLinux.

Dado que la computadora embebida es de bajo consumo (menos de 5w) puede permanecersiempre encendida y automtica y peridicamente brindar reportes de su estado.


Figura 2.8: Imagen de la Interfaz de comunicaciones.

2.4.1.4.1. Computadora embebida

La computadora embebida que se puede utilizar es una placa Soekris modelo 4801 que constade 3 puertos Ethernet, 1 puerto serial, 1 puerto Compact Flash (CF), 1 socket PCI, 1 conector dealimentacin y un conector USB. Ninguna de las dems computadoras probadas tenan la opcin deconectar la tarjeta de sonido en dos sitios distintos como son el puerto USB y el socket PCI. Adems,sta presenta una mejor capacidad de procesamiento. El equipo se alimenta directamente con 12 Vpor el conector de alimentacin de la Soekris.

2.4.1.4.2. Conexin de los equipos para la comunicacin de datos

Para posibilitar la transmisin de datos se requiere conectar la radio a la computadora embebida.Este proceso se realiza mediante una tarjeta de sonido y la tarjeta de control de radio. La tarjeta desonido se encarga de intercambiar los datos, modulados en banda de audio (de 20Hz a 20KHz), entrela radio y la computadora embebida; realiza el procesamiento digital de las seales de audio, porejemplo las conversiones A/D y D/A.

Las funciones mnimas indispensables de la tarjeta de control de radio son: la activacin del PTTde la radio y la adaptacin de impedancias entre la tarjeta de sonido y la radio. Adicionalmente con-trola el encendido, el cambio de canal y el silenciador. La tarjeta de control esta diseada para ejecutartodas las funciones descritas, pero no posee la inteligencia para decidir cuando deben realizarse esastareas, de eso se encarga la computadora embebida.

La interfaz de comunicaciones se conecta a la Soekris mediante un cable flat con conectores de2x10 GPIO (puerto de E/S digital). El conector es el mismo para los dos extremos, y slo encaja deun modo, por lo que no se le debe forzar. Mientras tanto, la tarjeta de sonido se conecta mediante elpuerto USB de la computadora empotrada. Esta conexin no se realiza directamente, sino a travs deun cable extensor que est soldado por debajo de la placa, como se aprecia en la Figura 2.8.

Adems la tarjeta de sonido no se conecta directamente a la radio, sino que atraviesa por unproceso de reduccin de potencia de seal a travs de un circuito incluido en la tarjeta interfaz. Paraello se usa un cable de sonido de dos lneas, una para el SPK (speaker o altavoz) y otro para el MIC(micrfono).

Todas las lneas de control de radio y de la tarjeta de sonido van hacia la radio a travs de un


(a) Tarjeta de control VHF (b) Esquema del conector de la radio VHF.

(c) Tarjeta de control HF. (d) Esquema del conector de la radio HF.

Figura 2.9: Conexin Placa Interfaz - Radio

Figura 2.10: Esquema de conexin para transmisin de datos en estacin cliente

solo cable. El conector del lado de la tarjeta interfaz es un DB15. El conector del lado de la radioen la banda VHF es una adaptacin del conector original, y debe coincidir segn la muesca que seencuentra en esta adaptacin. En cuanto a la radio de banda HF, se utiliza un conector estndar. LasFiguras 2.9 y 2.10 se muestran con mayor detalle las conexiones realizadas. La computadora delusuario se conectar va cable Ethernet cruzado al conector RJ45.


2.4.2. ConfiguracionesEn esta seccin se describe la configuracin de las dos radios utilizadas para las estaciones cliente

VHF y HF, laMotorola Pro3100 y la Kenwood TK 80, respectivamente. Adems, se indica el procesopara el envo de datos, se detalla la instalacin del sistema operativo (S.O.) y se detalla en profundidadla aplicacin utilizada para el envo de datos.

2.4.2.1. Configuracin Radio VHF

Las radiosMotorola Pro3100 se configuran a travs del programa Professional Radio CPS, el cualslo se ejecuta bajo el S.OWindows. Para leer y escribir en la radio, es necesario un programador queconsta de un conector serial hembra para conectarlo a la computadora, conocido como conector DB9,y un conector RJ45 para conectarlo a la radio a travs de un cable directo.

El programa Professional Radio CPS permite configurar todas las caractersticas que tiene laradio. A continuacin se explica como configurar el puerto de control de la radio, que se encuentra ensu parte posterior, y las frecuencias de los canales con que cuenta.

Figura 2.11: Configuracin Radio cliente VHF Paso 1.

Como se puede apreciar en la Figura 2.11, el primer botn permite leer la configuracin que se en-cuentra en la radio a la que se est conectado. Si el programador est mal conectado a la computadorao a la radio, saldr un mensaje de error, por lo que habr que asegurar las conexiones.

Para poder configurar el dispositivo, hace falta un archivo pre-existente de configuracin, o bienleer la configuracin del dispositivo directamente y, en base a ello, realizar las modificaciones perti-nentes. En la Figura 2.12 se muestran las principales caractersticas para la configuracin de las radiosusadas en la transmisin de voz y datos.

La ventana de configuracin se muestra tal y como aparece si se ha abierto un archivo o bieneste ha sido ledo desde la radio. En la opcin de Radio Configuration, se configuran los pines queestn en el puerto de la parte posterior de la radio, los cuales cumplen distintas funciones como, porejemplo, PTT, CSQ, cambio de canal, etc. Para configurar los canales con que cuenta la radio, hayque acceder a la opcin Conventional Personality Conventional-Personality - x, donde x indica elnmero de canal. Por lo general se habilitan exclusivamente los canales 1 y 2 para uso de voz, y el



canal 3 o 4 para transmisin de datos, asegurando que los canales de datos no sean interrumpidos parauso de voz. Los canales se configuran con las frecuencias asignadas a los canales de voz y datos, conun ancho de banda de canal de 25 KHz y con la potencia de transmisin al nivel ms alto (esta opcinse encuentra en Conventional Personality Options). Adems, hay que asegurarse que las potenciasmnimas y mximas estn bien configuradas, esto se encuentra en Radio Configuration Tx Power,que por lo general ofrece 20 W como mnimo y 45 W como mximo. La Figura 2.13 muestra comoquedara esta configuracin.


2.4.2.2. Configuracin Radio HF

La configuracin de la radio HF se realiza manualmente utilizando los botones que se indican enla Figura 2.14. Para ello deben ejecutarse los siguientes pasos:


Figura 2.14: Configuracin Radio HF.

1. Apagar el equipo antes de entrar al modo de configuracin de canales.

2. Presionar al mismo tiempo los botonesMenu y Mode y, sin soltarlos, encender el equipo.

3. En la pantalla LCD aparecer el canal 1 parpadeando. Con el selector de canal giratorio seselecciona el canal que se desea configurar.

4. Una vez seleccionado el canal, se procede a configurar los parmetros de un determinado ca-nal presionando el botnMode. Los parmetros configurables son la potencia de transmisin,la etiqueta del canal, el modo de comunicacin, y las frecuencias de transmisin y recep-cin. Para pasar a los siguientes parmetros se presiona el botn Mode (desplazamiento haciadelante), y para regresar a un parmetro se presiona el botn Data (desplazamiento hacia atrs).

5. La potencia de transmisin se configura con el selector de canal, las opciones son: maximum(100W), high (50W), medium (25W), y low (12W). La etiqueta es una breve descripcin delcanal, ejemplo: COM1, CANAL10, etc. Una vez configurada la potencia de transmisin, elequipo espera que se ingrese el primer carcter, para ello se hace uso del selector de canal, elcual sirve para escoger el carcter que se debe de ingresar, pudiendo ser un nmero o una letra.Una vez seleccionado el primer carcter se procede a pasar al segundo carcter de la etiqueta,para ello se hace uso del botn Scan. Este proceso se repite hasta completar la etiqueta con unmximo de 7 caracteres. Si se desea terminar la asignacin de la etiqueta o no tener etiqueta,simplemente se pasa al siguiente parmetro con el botnMode. A continuacin, se selecciona elModo. Lo comn es seleccionar el modo USB. Los dos ltimos parmetros son las frecuenciasde transmisin y recepcin. Al seleccionarlos, en la parte izquierda de la pantalla LCD sevisualizara un parpadeo de los smbolos Rx o Tx. Para modificar la frecuencia, el procedimientoes similar a la configuracin de la etiqueta, esto es, usar el botn Scan para avanzar en lasposiciones de la frecuencia, y la perilla del selector de canales para escoger el nmero que iren una determinada posicin del valor de la frecuencia (enteros y decimales).

6. Una vez finalizada la configuracin, regresar a la posicin final con los botones Mode (haciadelante) o Data (hacia atrs), hasta que el smbolo del canal (el smbolo CH) y el nmero abajocorrespondiente al canal seleccionado est parpadeando. En esa posicin se podr cambiar aotro canal que se desee configurar con el selector de canal.


7. Una vez terminada la configuracin, apagar el equipo y encenderlo nuevamente para su normaloperacin.

2.4.2.3. Sistema operativo de la computadora embebida

La instalacin de un S.O GNU/Linux estndar es posible, pero no es apropiado porque consumemuchos recursos en acciones innecesarias, requiere una memoria Compact Flash (CF) demasiadogrande y hace un tratamiento inapropiado de este tipo de dispositivo de almacenamiento. Por otraparte, un S.O GNU/Linux es bsicamente la

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