ICA Montevideo Avenida Brasil 2655 CP Montevideo, Uruguay Tel: (598-2) ext 231 Fax: (598-2)

Transcripción

1 Instituto para la Conectividad en las Américas Conectando personas Conectando ideas Conectando a las Américas WI-FI EN LA EDUCACIÓN EL CASO DE CHILE Sandra Jaque Red Universitaria Nacional (REUNA) Santiago, Chile Octubre de 2003

2 Este trabajo fue realizado con fondos otorgados por el International Development Research Center (IDRC) en nombre del Instituto para la Conectividad en las Américas (ICA). ICA es un proyecto administrado por el International Development Research Center (IDRC), Canadá. La autora quisiera agradecer a los Profesores Raúl Burgos de la Universidad de la Frontera y Walter Grotte de la Universidad Santa María por sus contribuciones a este estudio y por el valioso trabajo desempeñado durante la ejecución del proyecto que nos permitió ganar la experiencia que aquí se expone. Vaya también nuestro profundo agradecimiento a la Gerencia de Comunicaciones de REUNA por su cuidadosa edición y comentarios a este informe. Las opiniones expresadas en este documento son las del (los) autor(es) y no representan necesariamente las del IDRC o de su Junta Directiva. La mención de un nombre registrado no constituye la aprobación del producto y se da solo a modo de información. A menos que fuese estipulado de otra manera, los derechos de reproducción son propiedad del IDRC/ICA. El material en esta publicación puede ser reproducido libremente para uso personal. A fin de obtener autorización para copiar el material con el fin de redistribuirlo públicamente o con fines de reimpresión, por favor tome contacto con el IDRC/ICA. ICA Montevideo Avenida Brasil 2655 CP Montevideo, Uruguay Tel: (598-2) ext 231 Fax: (598-2) ICA Ottawa 250 Albert Street / PO Box 8500 Ottawa, Ontario Canada K1G 3H9 Tel: (613) ext 2354 Fax: (613) ica@icamericas.net /

3 Resumen El proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP nació con la idea de identificar una tecnología que permitiera desplegar una red de datos de área extendida de bajo costo y adecuado desempeño para conectar puntos que por su lejanía o su difícil ubicación no podían participar de las redes que forman Internet, o si disponían de una conexión, el desempeño de la última no permitía aprovechar la riqueza de los contenidos en la red. El proyecto fue desarrollado por la Corporación Red Universitaria Nacional junto a dos de sus universidades socias la Universidad de La Frontera y la Universidad Técnica Federico Santa María. El financiamiento provino del VI Concurso FDI Corfo. Se desplegó dos redes inalámbricas exteriores que irradiaron a 25 colegios de enseñanza básica y media en las regiones de La Araucanía y Valparaíso (específicamente en las ciudades de Temuco, Valparaíso y Viña del Mar). Mediante esta red se formó una Intranet entre los colegios en cada región, se les conectó a la Red Universitaria Nacional y mediante ésta a Internet nacional. Esta configuración permitió hacer llegar a los colegios contenido educativo multimedial de alta calidad, abriéndoles un abanico de oportunidades. 3

4 Índice 1.- EL ESTADO DEL ARTE Tecnología inalámbrica Aspectos regulatorios en Chile Iniciativas similares EL PROYECTO INALÁMBRICO Descripción general del proyecto El grupo de trabajo Las etapas del proyecto LA RED INALÁMBRICA Metodologías de diseño utilizadas Topología de la red Técnicas de despliegue utilizadas Equipamiento Aplicaciones implementadas MEDICIONES Y RESULTADOS TÉCNICOS COSTOS Costos de los equipos para la red Costos de los servicios Costo de mantenimiento Costo de las conexiones con escuelas que están cerca y en terreno plano con aquéllas localizadas en áreas montañosas Comparación de los costos en el caso chileno con otros casos en la región y/o en el mundo APLICACIONES SOBRE LA RED INALÁMBRICA Contenido multimedial sobre las redes inalámbricas Curso de Perfeccionamiento IMPACTOS O BENEFICIOS GENERALES DEL PROYECTO 23 4

5 Lista de Tablas y Figuras Figura 1: Nivel de señal Medido: práctica, Nivel de señal Esperado: Teoría Figura 2 Topología de red en Temuco Figura 3: Topología de red en Valparaíso

6 Resumen Ejecutivo En las siguientes páginas se entrega información sobre lo que significó el proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP, identificando las experiencias más relevantes obtenidas durante su ejecución y que pueden servir de referencia para otras iniciativas similares. El documento está formado por siete capítulos. En el Capítulo 1 se describe en general el estado del arte de la tecnología inalámbrica, a modo de introducción para los capítulos posteriores. También se aborda el marco regulatorio en Chile para el uso del espectro en esta frecuencia (2.4 GHz) y se finaliza con una identificación de iniciativas de similares características dentro del país. En el Capítulo 2 se describe en detalle el proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP. Se analizan sus aspectos generales, se identifican los grupos de trabajo que formaron parte de la iniciativa y se hace un recuento de las etapas desarrolladas durante el período de ejecución. En el Capítulo 3 La red Inalámbrica se describe técnicamente cuál fue la red desplegada, cómo se diseñó, qué topología se implementó, cómo se instalaron los equipos o se desplegó la red en sí. Se menciona en detalle los equipos utilizados y qué aplicaciones se corrieron sobre esta red. En el Capítulo 4 Mediciones y Resultados técnicos se muestran algunos de los resultados obtenidos en la red instalada, desde el punto de vista físico (radio enlaces) y de red (desempeño IP). En el Capítulo 5 se mencionan los costos de la inversión en equipos y cuáles deben ser los criterios o factores más relevantes a tomar en cuenta al implementar un proyecto de similares características. En el Capítulo 6 Aplicaciones sobre la red inalámbrica se señalan las aplicaciones utilizadas o puestas a disposición de la comunidad académica que participó en el proyecto. Se hace hincapié en la motivación que generó la iniciativa y la disposición a probar la tecnología cuando hay aplicaciones que se advierten como efectivas y de inmediato uso en el quehacer diario. Por último, en el Capítulo 7 Impactos o beneficios generales del Proyecto se entregan las conclusiones o aprendizajes obtenidos durante la ejecución del proyecto, en sus dimensiones técnicas, sociales y económicas. 1.- EL ESTADO DEL ARTE Tecnología inalámbrica En la actualidad, el avance de la tecnología ha permitido contar con una gran cantidad de sistemas que no requieren de conexiones fijas o cableadas, lo que potencia una gran movilidad al usuario final, ya que es posible obtener conectividad a las redes de datos desde cualquier lugar. Entre estos sistemas se pueden nombrar los sistemas de telefonía móvil, los de acceso inalámbrico fijo, las redes inalámbricas de sensores, las redes satelitales y las redes LAN inalámbricas. Sobre esta última tecnología se desarrolló el proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP. Dentro de las redes LAN inalámbricas, los estándares que en la actualidad han logrado mayor desarrollo son: 6

7 IEEE (wlan) IEEE (Bluetooth) (Red de área personal) IEEE WirelessMAN (Acceso inalámbrico fijo) HomeRF HiperLAN/2 El proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP utilizó el estándar , en particular la revisión b. En 1997 La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) estableció el estándar para redes inalámbricas, , con velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps. En 2000, la revisión b del estándar permitió alcanzar los 11 Mbps en la banda de 2,4 GHz. Este incremento en las tasas de transmisión marcó el comienzo de la masificación de los sistemas inalámbricos para la transmisión de datos en redes de área local. Este incremento se ha ido potenciando aún más con las posteriores mejoras y complementos al estándar. En tal sentido, se destaca la versión a, donde se alcanzan velocidades de transmisión de hasta 54 Mbps en la banda de los 5,8 GHz. Últimamente se liberó el estándar g que también soporta velocidades de 54 Mbps, pero es compatible con el estándar b porque opera en la banda de 2,4 GHz y permite conservar los beneficios que otorga esta banda, en particular si se consideran las posibles distancias de cobertura. El estándar b se diseñó para operar en los 2,4 GHz, en lo que se conoce como banda S (ISM: Industrial, Scientific and Medical) utilizando tecnología DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), limitándose su potencia máxima a menos de 1 W. Permite usar 14 canales dentro de la frecuencia de 2,4 GHz, aunque la disponibilidad de uso depende de la regulación de cada país. La tecnología está diseñada para cubrir espacios en recintos privados; es decir, algunos metros, pero si se incorporan elementos externos es posible alcanzar distancias hasta los 10 a 12 Km o más inclusive, sacrificando el ancho de banda disponible. Se distinguen dos tipos principales de estructuras de redes inalámbricas: Estructuras basadas en IBBS (Independent Basic Service Set). Consiste en una red donde no existe un ente central (Punto de Acceso) que administre los recursos. La comunicación se realiza directamente (peer to peer) entre los integrantes de la red. En este sentido, el diámetro de cobertura de la red está definido por la distancia máxima de cobertura entre dos estaciones. También se conocen como redes inalámbricas ad hoc. IBSS Estructuras basadas en BBS (Basic Service Set). Red donde hay un dispositivo central que cumple la función de coordinación. La comunicación de todas las estaciones se realiza con este dispositivo central, que determina quién y cuándo puede transmitir. 7

8 En este tipo de estructura, el radio de cobertura es aproximadamente el doble de la distancia máxima de cobertura entre dos estaciones. BSS Si bien el principal desarrollo de esta tecnología vino de la mano de Lucent Technologies, las oportunidades de negocios hicieron que otras compañías del rubro (Cisco, 3Com, D-link, etc.) entraran al mercado. Además del incremento en la oferta de productos, eso permitió que las empresas desarrollaran sus soluciones de manera compatible, lo que a su vez se vio reforzado con el Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), que a través de la asociación WI-FI Alliance [1] ha promovido y empujado a la compatibilidad de productos, tanto así que la marca WI-FI compliant es seguida fuertemente por los fabricantes de equipos wlan. También es importante mencionar que uno de los factores que se cuestionan de la red inalámbrica es la seguridad, entendiéndose la seguridad de acceso a la red inalámbrica o autentificación, por un lado, y la seguridad de la información o encriptación que circula por la red inalámbrica, por otro. Una forma de implementar la seguridad de acceso a la red inalámbrica es mediante el uso, en conjunto con el Punto de Acceso, de un servidor que permita ingresar sólo a los usuarios registrados (Radius), por lo que los esfuerzos deberán concentrarse en el servidor de autentificación. Sobre la encriptación de la información en las redes b, la solución propuesta por el estándar es mediante el protocolo WEP Wired Equivalent Privacy (Privacidad Equivalente al Alámbrico). Este utiliza el algoritmo RC4 PRNG, de la empresa RSA Data Security, Inc. Originalmente se utilizó encriptación de 48 bits, pero en los sistemas modernos lo usual es encontrar encriptación de 128 bits. Dado que han enfrentado algunos problemas en esta implementación, hoy día se desarrollan dos nuevos estándares AES y TKIP que prometen resolver las falencias que presenta WEP. Cabe mencionar que también es posible aplicar técnicas de encriptación en capas superiores; por tanto, se puede echar mano de técnicas que se utilizan en las VPN para resolver o implementar una protección más robusta Aspectos regulatorios en Chile Uno de los factores del gran éxito que ha alcanzado la tecnología inalámbrica es su facilidad de implementación, desde el punto de vista del uso del radio espectro. En general, éste es de libre uso; es decir, no es necesario pagar una licencia ni solicitar autorización para instalar y comenzar a transmitir emisiones en la frecuencia 2,4 GHz dentro de los espacios abiertos. 8

9 En Chile, el uso del espectro de radiofrecuencia está normado por la Subsecretaría de Telecomunicaciones Subtel [2], entidad que depende del Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Telecomunicaciones. En el artículo 8ª del Capítulo 2 de la Ley General de Telecomunicaciones se señala que el uso y goce de las frecuencias del espectro radioeléctrico será de libre e igualitario acceso por medio de concesiones, permisos o licencias de telecomunicaciones, esencialmente temporales, otorgadas por el Estado. En la práctica, implica que el espectro de radiofrecuencia utilizado por la tecnología WiFi 2,4 GHz no es de libre uso y está sujeto a la aprobación de la Subtel, organismo que otorga el derecho, con o sin costo dependiendo del uso que se le dará a la frecuencia. En el caso del proyecto, por ser una iniciativa de investigación se obtuvo un permiso durante todo el periodo de su ejecución, y un plazo adicional para la etapa de definición de la modalidad de continuidad del proyecto. En agosto de 2003, la Subtel publicó una normativa de uso de la frecuencia, específicamente para los "equipos que operan, al interior de inmuebles, con técnicas de espectro ensanchado con secuencia directa o con saltos de frecuencia, monitoreo previo o selección dinámica de canales". De acuerdo con la resolución núm. 991, la potencia máxima radiada por estos aparatos debe ser de 100 mw. Las bandas de frecuencia asignadas son las siguientes: ,5 MHz MHz MHz MHz La resolución establece, además, que en la banda de frecuencias de 5150 a 5250 MHz, "la operación de los equipos estará restringida al interior de los recintos cerrados (casas, edificios, oficinas, fábricas, almacenes, etc.). Además, la densidad de potencia máxima radiada no deberá exceder 5 mw/mhz en cualquier banda de 1 MHz, o su valor equivalente de 0,125 mw/25/khz, en cualquier banda de 25 khz". Por tanto, hasta ahora continúa siendo necesario solicitar autorización a las Subsecretaria de Telecomunicaciones para implementar un proyecto en la banda de 2,4 GHz en espacios abiertos Iniciativas similares Dentro de Chile, el proyecto Difusión Multimedial Inalámbrica IP es una iniciativa única debido a la extensión o cantidad de puntos independientes involucrados. Esa característica se mantiene, al menos hasta la fecha de publicación de este estudio y dentro de la región, con la excepción de Venezuela y Brasil que exhiben proyectos en esta línea. La gran mayoría de las redes inalámbricas que hay en Chile pertenece a empresas privadas que requieren resolver su necesidad de conectividad y que por su lejanía de los centros urbanos no cuentan con un proveedor de servicios convencionales. Es el caso de las empresas mineras del norte de Chile, o el de las empresas acuíferas localizadas en el extremo sur. La masificación de la tecnología inalámbrica se concentra mayoritariamente en la conexión intra oficina, y ha despegado con gran fuerza en Chile en el último tiempo; apoyada por la baja en el costo de los equipos, la rápida adopción del estándar por parte de los fabricantes, la compatibilidad entre ellos y la mejora en las características técnicas de los equipos, entre otros. 9

10 Es importante destacar que hoy día proliferan los servicios de conectividad vía red inalámbrica, pero dentro de edificios con gran concurrencia de público (aeropuertos, hoteles, centros comerciales, etc.) y debido también a la normativa que hoy rige en relación con el uso de estas frecuencias. Están comenzado a instalarse Hot-Spot y hay empresas que ofrecen el servicio de instalación de un Hot-Spot completo (Antena, Punto de Acceso uno o varios para lograr la cobertura deseada y el enlace cableado a Internet). 2.- EL PROYECTO INALÁMBRICO Descripción general del proyecto Dentro de las grandes urbes el acceso a las tecnologías de información es una posibilidad real o más cercana en comparación con ciudades de menor tamaño o localidades más apartadas de los centros urbanos. No obstante, aunque exista la posibilidad de acceder a las tecnologías, su alto costo de contratación hace inviable su adopción, lo que en la práctica se traduce como una virtual ausencia de acceso para amplios sectores de la población. Con este panorama, la Corporación Red Universitaria Nacional [3] se planteó la idea de trabajar en un proyecto de experimentación con tecnología inalámbrica, debido a su bajo costo y facilidad de adopción y expansión (factores que se constituyen en un aporte para aminorar la brecha de acceso a la tecnología). El proyecto se ejecutó en dos años, 2001 y El financiamiento se obtuvo del Fondo de Desarrollo e Innovación, FDI [4] de la Corporación de Fomento de la Producción, Corfo, a través de su VI Concurso. En el proyecto se involucró a investigadores con gran experiencia en las áreas de telecomunicaciones y radiofrecuencias, y cuyas universidades se localizaran fuera de la Región Metropolitana y en ciudades cuya topología implicara un trabajo distinto de despliegue. Tanto la Universidad de La Frontera [5] en Temuco (IX Región de La Araucanía) como la Universidad Técnica Federico Santa María [6] en Valparaíso (V Región de Valparaíso) cumplían con esas condiciones. La particularidad de la primera es la gran cantidad de zonas rurales aledañas. Las edificaciones de la segunda se emplazan en medio de los cerros, lo que planteó dos desafíos muy interesantes: el primero vinculado con la extensión de la red a tender, y el segundo con la modalidad a usar para sortear la difícil geografía. Si bien el objetivo principal y final era probar la tecnología en las condiciones citadas, había que identificar un grupo masivo de usuarios a los que les interesara participar en este proyecto piloto y comprometerlos a utilizar el medio de transmisión que se les proporcionaría. Se optó por trabajar con colegios de enseñanza media. Por su concentración en las dos ciudades seleccionadas eran un grupo interesante (al menos 30 colegios en cada ciudad) y un segmento sin fácil acceso a conectividad por los motivos ya mencionados. Quedaba finalmente el desafío de cómo asegurar que los usuarios probaran la tecnología en forma sostenida durante la duración del proyecto, junto con utilizar aplicaciones muy demandantes de tráfico para realizar mediciones de interés, según lo definido por el grupo de investigadores. 10

11 Con la colaboración de Alejandría, empresa asociada a REUNA y que posee la mayor biblioteca digital con contenidos educativos en línea de América Latina, se ideó la distribución de contenidos multimediales a los colegios, tratando de que fueran pertinentes a su currículo regular. En forma paralela, se trabajó en una plataforma de información [7], a través de un sitio web, que fuese un lugar donde se concentraran antecedentes, avances y actividades relevantes del proyecto. Para que todos los participantes profesores y alumnos pudieran enterarse de la evolución del proyecto y tuviesen la posibilidad de realizar sesiones de comunicación en línea, en el sitio web se implementó un foro y un chat. El propósito era generar discusiones en torno a la tecnología y la modalidad de funcionamiento del proyecto. Esta plataforma resultó muy exitosa porque permitió mantener una comunicación eficiente con los establecimientos educacionales durante la ejecución del proyecto El grupo de trabajo Investigadores. Hubo un investigador responsable por universidad, más dos investigadores asociados, uno en el área de las telecomunicaciones y otro en el área de desarrollo. Alumnos. Cada universidad incorporó, además, un grupo de alumnos que estaban en los últimos años de sus carreras para que participaran activamente en el proyecto. Con ello se enriqueció la dinámica y se acercó a los estudiantes al mundo laboral, a raíz de la naturaleza de las tareas desarrolladas. Profesionales. Participó una persona con amplia experiencia en el tema educativo para determinar el tipo de contenido a entregar a los colegios; coordinar las actividades a implementar con los mismos, y diseñar un curso de perfeccionamiento para usar de mejor manera la tecnología en clases. Coordinación. Grupo de coordinación del proyecto en todos los ámbitos (administrativos, y de control y gestión) Las etapas del proyecto Etapa de Investigación. Fase inicial donde se determinaron las características técnicas de los equipos requeridos y su adquisición; se implementaron laboratorios de prueba al interior de cada universidad participante y se seleccionaron los colegios mediante criterios técnicos y con el auxilio de dos metodologías: En terreno mediante un carro de mediciones móviles, que de manera empírica se situaba lo más cerca posible del punto de interés, y en forma teórica con mediciones apoyadas por planos, mapas y herramientas de simulación. Etapa de Despliegue. Se instalaron los equipos en terreno (en los puntos de repetición y en los colegios participantes). Lo que requirió más cuidado e implicó mayor riesgo fue la instalación de las antenas que debían localizarse en el exterior de los colegios. Para ello también se utilizó técnicas mixtas: a través de los mismos investigadores y alumnos, que adquirieron el material de instalación necesario, y con una empresa externa. Etapa de Pruebas. Marcha blanca del proyecto, con los enlaces instalados y operativos en los colegios, y la transmisión de contenidos multimediales sobre la red inalámbrica. Etapa Final. Etapa de obtención de conclusiones, entrega de resultados y visualización de proyección de la iniciativa. 11

12 3.- LA RED INALÁMBRICA Metodologías de diseño utilizadas Previo a desplegar o instalar la red inalámbrica del proyecto, se enfrentó el desafío de diseñar la red propiamente tal. Si bien esto parece ser un proceso relativamente simple, el factor topográfico entre otros puede complicar el modelo elegido y llevar a iterar hasta encontrar la solución definitiva. La experiencia del proyecto constató que si bien es posible estimar el radio enlace a obtener entre dos puntos, usando herramientas de simulación y análisis teórico; es necesario al menos hacer una revisión visual del entorno donde se situarán los nodos de la red porque estas redes requieren visibilidad directa o trayectoria libre de obstrucción (LOS line of sight) entre transmisor/receptor y receptor/transmisor. Por lo tanto, la metodología de diseño puede ser práctica en su totalidad o una mezcla de teóricapráctica, pero nunca basarse por completo en simulaciones y ecuaciones. En Temuco se desarrolló un carro móvil que se situaba en el lugar físico donde se instalaría un punto remoto o de acceso, o lo más cercano a él. Con el carro se realizaron mediciones y se determinó la viabilidad del radio enlace. Las mediciones se hicieron contra un punto de partida ubicado en dependencias de la Universidad de La Frontera y desde allí se fue extendiendo la cobertura de la red. En Valparaíso se hizo visitas a terreno para determinar al menos la existencia de LOS hacia la Universidad Técnica Federico Santa María, apoyados por un equipo GPS. Luego se determinó en forma teórica las condiciones del radio enlace sobre la base de un balance de potencias, ganancias y pérdidas del sistema, que se contrastaron con la sensibilidad de los receptores (parámetros obtenidos de las especificaciones de los equipos que forman la red). Más allá de los resultados teóricos obtenidos de los radio enlaces, que por extensión no se muestran en este documento, lo interesante de destacar es la cercanía de los resultados teóricos y prácticos (ver Figura 1), lo que hace mucho más atractivo este tipo de redes, ya que es factible realizar el grueso del diseño de la red basándose en simulaciones y dejar para terreno sólo algunas actividades mínimas, lo que implica abaratar su diseño. 12

13 [dbm] Nivel de señal Medido Nivel de señal Esperado Figura 1: Nivel de señal Medido: práctica, Nivel de señal Esperado: Teoría Topología de la red Como se señaló, el despliegue de la red inalámbrica se realizó en las regiones de La Araucanía y de Valparaíso, concentrándose en las ciudades de Temuco, Valparaíso y Viña del Mar. Se instaló, en promedio, 25 colegios en cada región. Temuco. La configuración de la red en Temuco es una topología plana, con conexiones Punto a Multipunto (ver Figura 2). Hay dos equipos de acceso centrales (DIE y PRAT), ubicados en puntos estratégicos que permitieron dar cobertura a los 25 puntos remotos (colegios). Ambos puntos centrales tienen su conexión fija a través de un enlace en fibra óptica hacia la Universidad de La Frontera. Valparaíso. Para desplegar la red en Valparaíso se utilizó topología Punto a Punto y Punto a Multipunto (ver Figura 3). Aquí fue necesario desplegar una troncal inalámbrica usando a algunos colegios como repetidores para llegar a aquellos donde no era posible hacerlo en forma directa. Esto significó emplear configuraciones de repetición COR/ROR 1 (según la nomenclatura del fabricante de equipos) adecuadas a la topología de despliegue. En esta red, el punto de conexión a la red cableada es único y se ubica en la Universidad Técnica Federico Santa María. Opera en una modalidad COR sobre los dos puntos de repetición ubicados en los colegios Murialdo y Luterano. Estos últimos trabajan en modalidad ROR/Access Point. Así, a diferencia de la red inalámbrica en Temuco, en Valparaíso hay una troncal inalámbrica desde donde se conectan 26 puntos remotos (colegios). La interconexión a una red fija se produce en un único punto ubicado en la Universidad. 1 COR Central Outdoor Router (repetidor central al que se conectan Puntos de Acceso con funcionalidad de ROR). ROR, Remote Outdoor Router (se utiliza para conectarse a un COR o para conectar dos Puntos de Acceso en modalidad Punto a Punto). 13

14 Figura 2 Topología de red en Temuco Figura 3: Topología de red en Valparaíso 14

15 3.3.- Técnicas de despliegue utilizadas Debido a que uno de los componentes fundamentales de este proyecto es el despliegue en terreno de los equipos, es interesante relatar cómo se realizó la instalación. Al igual que en todo el análisis del despliegue de la red, se utilizaron dos mecanismos para dos realidades distintas: La externalización del servicio a un contratista especialista en instalación de antenas y mástiles, y El trabajo y aprendizaje de los mismos alumnos ayudantes de los investigadores a cargo. La última modalidad es relevante porque demuestra que se puede capacitar a la propia comunidad que se beneficiará de la red para que participen en las primeras fases y luego puedan realizar labores futuras de mantenimiento. El despliegue en los puntos remotos colegios incluyó además de la instalación de la antena, la instalación de componentes adicionales para dejar operativo el nodo (cables, energía, punto de red, etc.); la configuración del computador donde se conectaría la tarjeta inalámbrica y la adaptación de éste para dejar la red interna, si se daba el caso, conectada a la red inalámbrica. En este último punto fue necesario que el punto remoto (PC aportado por el colegio) fuera implementado con alguna modalidad que permitiera que la red interna quedase completamente conectada a la red inalámbrica. Se usó equipos con sistema operativo Windows con conexión compartida hacia la interfaz inalámbrica y, lo más interesante, equipos con sistema operativo Linux (RedHat 7.2) con servicios de Ruteo y Nat. En Temuco, el 68% de los computadores se configuró con Linux y un 32% con Windows. En Valparaíso, todos se configuraron con Windows Equipamiento El proyecto utilizó equipamiento de marca Orinoco [8], estándar b, frecuencia 2,4 GHz, anchos de banda disponibles hasta 11 Mbps. El alcance experimentado de los enlaces osciló entre 0 m y 72 Km. Si bien se exploró otras alternativas, la seleccionada resultó ser la más adecuada, en el entendido de lo que se perseguía era instalar una red inalámbrica exterior con los mismos elementos de una red inalámbrica intra oficina, de manera de obtener una red de bajo costo. Si bien hay otros fabricantes con equipamiento dedicado a redes inalámbricas exteriores, esta condición lógicamente incrementa los costos de la inversión. Los elementos adicionales a los equipos inalámbricos (antenas, cables y elementos de conexión) pertenecen al fabricante Hypertech [9], Los dos tipos de nodos en la red, el punto de acceso que debe estar conectado a la red cableada y el punto remoto ubicado en el colegio se configuraron con los siguientes componentes: Punto de Acceso 1 AP1000, Access Point Orinoco 1 Tarjeta inalámbrica Silver Card Orinoco 1 Pigtail 1 Cable Coaxial de 100 pie conector N Male-Male 1 Amplicador de ½ Watt Punto Remoto 1 Antena Direccional de 24 dbi 1 Cable Coaxial de 75 pie 1 Tarjeta Inalámbrica Orinoco 1 Pigtail 1 Lightning Protector 1 Mástil de 3 m 1 PC aportado por el colegio 15

16 1 DC Injector con fuente de poder 1 Adaptador Male-Male 1 Gabinete Estanco (caja) 1 Antena Omnidireccional 15 dbi 1 Mástil telescópico de 18 m (Nivel sobre el suelo a 25 m) Par trenzado UTP para conexión a la red interna de la UFRO En el caso de contar con una red local de computadores, el nodo se implementó con sistema operativo Red Hat 7.2 con características de router y uso de NAT. En caso de no contar con red, el nodo se implementó con Microsoft Windows. Tarjeta inalámbrica (transceptor). Componente principal de la red inalámbrica. Es el equipo transmisor/receptor. Potencia nominal de transmisión: 15 dbm y Sensibilidad de recepción: 83 BER Puntos de Accesos. AP1000, utilizados en configuraciones Punto a Punto y Punto a Multipunto con firmware COR (un Punto contra otro Punto de Acceso) y ROR (un Punto de Acceso contra otro Punto de Acceso, pero que además irradia a puntos remotos). Estos dispositivos forman la troncal de una red inalámbrica. Desde aquí se irradia la señal hacia los puntos remotos (colegios, en el caso del proyecto). Antenas. Depende de la distancia y la ubicación geográfica entre el punto de acceso y los puntos remotos. En el proyecto se utilizó dos tipos de antenas: Direccional: Ganancia de 24 dbi, Apertura horizontal: 8º. Sectorizadas: Ganancia de 12.5 dbi, apertura horizontal 90º y apertura vertical 10º y con una ganancia 12 dbi, apertura horizontal: 120º y apertura vertical: 10º Amplificadores AGC. Dispositivo usado para habilitar un enlace por sobre el alcance del Punto de Acceso con su antena incorporada. Potencia de transmisión 500 mw, Ganancia de recepción 17 db. Cables. El cable que se utilizó es cable coaxial de bajas pérdidas modelo LMR-400, que presenta una atenuación de db cada 100 m, a una frecuencia de 2,4 GHz. Divisores/Combinadores. Filtros de ramificación. Se consideró una atenuación de 3 db para cada brazo del dispositivo. Pigtail. Adaptador entre el cable y la tarjeta inalámbrica. Este adaptador introduce una atenuación de 1,3 db. Protector de descarga eléctrica (Lighting Protector). Adaptador que se utiliza para conectar la antena exterior o una extensión del cable coaxial a la tarjeta inalámbrica. Este protector introduce una atenuación de 0,4 db Aplicaciones implementadas En relación con la red inalámbrica propiamente tal, se trabajó con herramientas de código abierto, apoyadas por sistema operativo Linux para realizar las funciones de administración de la red y control de usuarios. Estas fueron Nagios [10] ex Netsaint, ICRadius [11] y MySql. Netsaint es una herramienta de monitoreo de redes que permite conocer su estado y funcionamiento. Está orientada al administrador de redes y no al usuario final porque es una herramienta de apoyo a la operación y gestión de la red. Trabaja con una interfaz web, lo que permite el acceso desde cualquier punto conectado a la red. Dentro de las funcionalidades que esta aplicación ofrece están: 16

17 Mantiene un registro temporal del estado de los equipos de la red, lo que permite tener estadísticas de fiabilidad y uso. Tiene la capacidad de monitorear el estado de determinados servicios de los equipos pertenecientes a la red. Ante cualquier problema en la red, esta aplicación envía avisos al administrador a través de correo electrónico respecto del equipo que presenta la falla. Estos mensajes se almacenan para su posterior análisis. Permite el despliegue de la información almacenada, de forma que el administrador pueda tener una idea clara del funcionamiento de su red, además de identificar los posibles problemas. Es posible integrar esta aplicación con otra, también de libre uso, llamada MRTG (Multi Router Traffic Grapher Graficador de Tráfico multiequipos) [12] para incluir gráficos que representan la información del tráfico que cada estación intercambia en la red de manera continua con ventanas de actualización definidas por el administrador. Para el control de acceso a la red se utilizó un servidor ICRadius (Remote Authentication Dial In User Service Servicio de Autentificación de Entrada al Usuario) y MySql como Base de Datos. De esta manera, cuando un usuario de la red inalámbrica solicita una conexión, se lo comunica a su punto de acceso, que, a su vez, envía una solicitud de autorización al servidor ICRadius. Este último, a través de su Base de Datos, decide si acepta o rechaza una solicitud. 4.- MEDICIONES Y RESULTADOS TÉCNICOS Una vez seleccionados los equipos, conocida la topología de la red y el número de puntos remotos a conectar fue posible diseñar un grupo de pruebas que permitiera obtener mediciones o resultados que reflejasen el comportamiento de la red. En este sentido, las mediciones se dividieron en dos grupos: el estado de los radio enlaces y el desempeño de la red IP implementada sobre la red inalámbrica. Estado de los radio enlaces. Por cada punto conectado a la red inalámbrica se obtuvo mediciones de nivel de señal. Por su extensión sólo se muestra un grupo en las siguientes tablas. Mediciones en Valparaíso: Estación Tx Estación Rx Nivel de señal Medido [dbm] Nivel de señal Esperado [dbm] Escuela Industrial Superior de Valparaíso UTFSM Liceo A-32 Benjamín Vicuña Mackenna Friendly High School Colegio Liceo Técnico A Leonardo Liceo A-22 Eduardo de la Barra Murialdo Liceo Pedro Montt Colegio Saint Thomas College Luterano Colegio María Auxiliadora Concordia Colegio San Vicente de Paul

18 Mediciones en Temuco: Nodo Estación Receptora Nivel de Señal en dbm Nivel de Ruido en dbm 1 Colegio Adventista Liceo Presidente Aníbal Pinto Colegio Bautista Liceo Camilo Henríquez Colegio Centenario Liceo Particular Comercial Colegio Concepción Liceo Gabriela Mistral Colegio George Chaytor School Una de las conclusiones es que las señales obtenidas en terreno superan ampliamente la sensibilidad del receptor (-83dBm), lo que asegura en todos los puntos un enlace de 11 Mbps. También es posible observar que en las mediciones de Valparaíso la estimación teórica fue muy cercana a los datos reales. Desempeño de la red IP. Como una forma de caracterizar la red IP instalada sobre la red inalámbrica y determinar si las aplicaciones que se montarían sobre ella, en particular los videos, se transmitirían con una adecuada calidad, se realizaron mediciones de RTT y tasas de transferencia: Colegio Promedio mseg Tamaño 100 bits % de Pérdida Promedio mseg Tamaño 500 bits % de Pérdida Promedio mseg Tamaño 1400 bits % de Pérdida Promedios También se midió tasas de transferencia sobre la base de descargas FTP en paralelo desde tres puntos remotos o colegios hacia un servidor central. Los resultados se muestran en el cuadro siguiente: Colegio Bautista Tasa de Transferencia 2,6 Mbits/seg 18

19 La Salle Pablo Neruda 3,6 Mbits/seg 2,8 Mbits/seg De estas mediciones (FTP en paralelo) se observa que en general las celdas son bastante homogéneas y presentan un excelente desempeño a nivel IP. Más aún, los valores de tasas de transferencia superan ampliamente lo que se puede lograr con las conexiones Internet Comercial convencionales, donde los rangos aceptables se ubican entre los 160 Kbps a 600 Kbps. Como una forma de conocer cuál sería el comportamiento de la red con 100% de carga, se montó un laboratorio con seis equipos o nodos remotos y un servidor central. Contra el último se hizo una serie de transferencia de información y así se determinó la tasa de transferencia de la red cuando ésta estuviese completamente en operación. Los resultados por sobre el 7º nodo se obtuvieron con una extrapolación lineal. Con un uso simultáneo de la red inalámbrica de todos los nodos que se habilitaron, la tasa máxima sería de 209 Kbps o 26 Kbps. Es lo que se acostumbra a obtener en enlaces Internet Comercial ADSL/256Kbps y que es mucho más de lo que los colegios pueden conseguir en la actualidad. Nº de Nodo Tasa de Transferencia (Kbps) Nº de Nodo Tasa de Transferencia (Kbps) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , COSTOS Costos de los equipos para la red El modelo de red utilizado en el proyecto consiste básicamente en Puntos de Accesos y Puntos Remotos instalados en los colegios. A continuación se muestra una tabla resumen con valores de referencia de todos los componentes usados en el Difusión Multimedial Inalámbrica IP. Cabe señalar que 2001 fue el año en que se hizo la mayor cantidad de adquisiciones y en dos años ha habido una notable reducción de costos. Por tanto, hay que tomar en cuenta este factor al hacer una proyección: Componente Costo Unitario 19

20 Punto de Acceso (Orinoco AP1000) USD 868 Tarjeta b 11Mbps (Orinoco w/wep - SILVER) USD 82 Adaptador PCI USD 84 Amplificador 500 mwatt (IEEE Compatible 2,4 Ghz) USD 818 Kit* Antena 15dBi Ominidireccional USD 894 Kit* Antena 24dBi Direccional parabólica USD 318 Antena 10 dbi Omni Directional Standard N Female USD 371 Protector de descarga eléctrica estándar-n USD 176 Pigtail Assy 50cm - estándar-n USD 49 Cable de baja atenuación LMR pies USD 135 Adaptador de barril N-macho a N- macho USD 15 Divisor USD 124 *: El kit de antena incluye, además de la antena, el cable LMR normalmente de 50 pies, el protector de descarga eléctrica y el pigtail para conectar a la tarjeta inalámbrica. Hay otros costos involucrados. El principal está dado por los componentes necesarios para instalar las antenas y la instalación de éstas propiamente tal. La experiencia en el proyecto arrojó un costo promedio de 85 dólares por punto. Sobre la base de lo anterior podemos determinar los costos de un Punto de Acceso y un Punto Remoto: Punto de Acceso, opción 1: Componente Costo Unitario Punto de Acceso (Orinoco AP1000) USD 868 Tarjeta b 11Mbps (Orinoco w/wep SILVER) USD 82 Kit Antena (15dBi Omini, cable 100 pies, lighting protector y pigtail) USD 894 Instalación USD 85 Total USD Punto de Acceso, opción 2: Componente Costo Unitario Punto de Acceso (Orinoco AP1000) USD 868 Tarjeta b 11Mbps (Orinoco w/wep - SILVER) USD 82 Antena 10 dbi Omni Directional Standard N Female USD 371 Cable de baja atenuación LMR pies USD 135 Protector de descarga eléctrica estándar-n USD 176 Pigtail Assy 50cm - estándar-n USD 49 Instalación USD 85 Total USD Dependiendo de la topografía del terreno y del diseño de la red inalámbrica, puede ser necesario incorporar una segunda tarjeta inalámbrica (como en el caso en Valparaíso); por lo que el costo de un Punto de Acceso o Punto de repetición aumentaría por el costo de la tarjeta (USD 82, según los datos anteriores). Punto Remoto: Componente Costo Unitario Tarjeta b 11Mbps (Orinoco w/wep SILVER) USD 82 20

21 Adaptador PCI USD 84 Kit Antena 24dBi Direccional parabólica USD 456 Instalación USD 85 Total USD 707 Observación: El computador donde se instaló la tarjeta inalámbrica es propiedad del colegio. Hay una gran reducción de costos en la adquisición de los equipos porque ha entrado al mercado una gran cantidad de competidores. Hoy día un Punto de Acceso se puede llegar a obtener por un valor un 40% menor al presentado en este documento, y un Punto Remoto por un 44% menos. Esto significaría un Punto de Acceso en USD y un Punto Remoto en USD Costos de los servicios La explotación de un servicio de ingreso a una red inalámbrica como la desplegada en el proyecto, requiere tomar en cuenta, además del monto de la inversión, otros elementos para lograr el éxito deseado. Entre los factores importantes de considerar se pueden mencionar la depreciación de los equipos, los costos de mantenimiento, los costos operacionales, el enlace a Internet o a la red fija a la que se quiera integrar la red inalámbrica, etc. Es probable que haya varios otros que se presentan en cualquier actividad comercial que esté en un proceso de inicio de explotación, pero hay algunos asociados al despliegue de una red inalámbrica en sí que deben analizarse si existen proyecciones de expandir la red inalámbrica: costo de prospección del terreno, costo de supervisión de la puesta en marcha del nodo y costo de arriendo de espacios, en el caso de requerirse. Si bien se pudiera pensar que son detalles menores, en la práctica el costo involucrado en traslado y tiempo incide fuertemente en el costo total de la instalación; en particular si el lugar es de difícil acceso porque demanda el uso de vehículos acondicionados, y elementos de seguridad tanto para el traslado de equipos y el personal así como en la instalación en sí misma. En cuanto al costo de uso de espacios, es un elemento muy importante dependiendo de la topografía del terreno o de la topología de la red a desplegar. Los puntos repetidores o inclusive de acceso dentro de una red inalámbrica requieren instalarse en espacios físicos que no necesariamente están acondicionados. Pueden no contar con energía eléctrica o con un nivel adecuado de seguridad y lo más usual es que se deba arrendar el espacio o inclusive tener que adquirir el terreno necesario para poder disponer del punto de irradiación necesario y desplegar adecuadamente la red inalámbrica Costo de mantenimiento Como todo proyecto tecnológico, la red inalámbrica requiere tareas de revisión que garanticen un correcto funcionamiento durante el tiempo estipulado del servicio. En este tipo de redes hay dos tipos de mantenimiento: el equipamiento desplegado al exterior (antenas y mástiles) y los equipos al interior (Punto de Acceso y Remoto). En general, las instalaciones exteriores no requieren mayor mantenimiento, sobre todo si al inicio la instalación se hizo de buena manera. Lo que suele suceder es que se deba revisar la alineación de las antenas para lograr una buena señal, por lo que el costo asociado a este tipo de actividades es más bien a solicitud o necesidad y dependerá del valor de la mano de obra de quien lo realice. Se desechó el mantenimiento de los equipos que forman la red inalámbrica como un servicio dentro del proyecto. Debido al bajo valor de los componentes, en particular el punto remoto, fue mejor mantener algo de stock de 21

22 los componentes y no pagar por un servicio que no se justificaba. Durante todo el tiempo de funcionamiento del proyecto no hubo problemas con los equipos, por lo que la decisión adoptada fue correcta. En general, una red inalámbrica requiere, al igual que cualquier otra red, elementos de supervisión (monitoreo, estadísticas, sistema de autorización, etc.), servidores, sistemas de energía ininterrumpida, sistemas de almacenamiento, etc. Si éstos ameritan labores o contratos de mantenimiento, sus costos quedan sujetos a lo que ofrece el respectivo mercado Costo de las conexiones con escuelas que están cerca y en terreno plano con aquéllas localizadas en áreas montañosas Dada la diferencia topográfica del terreno en donde se levantó el proyecto, vale la pena analizar si hubo diferencia de costos en el despliegue. En la práctica, el costo del equipamiento es básicamente el mismo, excepto que en los puntos repetidores fue necesario en algunos casos incorporar un amplificador de señal (USD 818) así como una segunda tarjeta inalámbrica. Como ya se indicó, el traslado puede llegar a generar costos relevantes. En el caso del proyecto es natural pensar que trasladarse por los cerros de Valparaíso genera mayores costos, pero la planicie de Temuco y lo alejado de algunos sectores también impacta en este punto, aunque en ambos casos las universidades participantes en el proyecto absorbieron gran parte de esos costos. En relación con el costo de arriendo de espacios, en Temuco los Puntos de Acceso se instalaron en dependencias de la Universidad de La Frontera, por lo que no hubo cobro de arriendo de espacio ni de uso de energía. En Valparaíso, el Punto de Acceso se instaló en la Universidad Técnica Federico Santa María, pero en dependencias de la emisora de Radio de la institución. Por tanto, hubo que negociar exención de pagos. Los puntos repetidores (la troncal inalámbrica) se instalaron en dependencias de los mismos colegios participantes en el proyecto (según lo indicado en el capítulo Topología de la red), por lo que tampoco hubo que pagar por concepto de espacio ni energía Comparación de los costos en el caso chileno con otros casos en la región y/o en el mundo A pesar de que el proyecto no contempló comparar costos de implementación de una red inalámbrica en Chile y otro país, ya sea dentro o fuera de la región; alguien interesado en hacer esta comparación debería considerar los factores analizados en los puntos anteriores de este capítulo: Costo de inversión en equipos. Costo de licencias para funciones específicas de los equipos. Costos en materiales de instalación (mástiles o torres de altura y sujeción adecuadas). Costo de diseño de la red (viajes, prospección del terreno, recursos humanos). Costos de arriendo de espacio físico para instalar los puntos de acceso o repetidores. Costos de contratación de energía eléctrica al punto de acceso o repetidor. Costos de permisos por uso de la frecuencia si es el caso (depende de la legislación del país). 22

23 6.- APLICACIONES SOBRE LA RED INALÁMBRICA Contenido multimedial sobre las redes inalámbricas Como se mencionó, en el proyecto se pensó utilizar una aplicación que permitiese probar la red en alta demanda e incentivar el uso de la tecnología con alguna herramienta de utilidad académica para los profesores involucrados. Se trabajó sobre la base de la difusión de videos. Se generó lo que se denominó parrillas programáticas : un canal de videos con contenido multimedia pertinente a los planes de estudio de los colegios que participaron en el proyecto. La tecnología utilizada fue Real Server [13], utilizada en modalidad unicast y multicast de difusión. La parrilla programática se mantiene activa de lunes a viernes de 8:00 a 20 horas, con bloques de una hora por video. Los docentes y alumnos podían solicitar videos específicos a incluir en la parrilla a través del sitio web del proyecto. Se programó una serie de 60 videos, 55 de los cuales aportó Alejandría S.A. El uso del material audiovisual fue un elemento de mucha motivación para los docentes y alumnos participantes en el proyecto, tanto así que se generó un canal especial para albergar los videos producidos por ellos mismos. Con este mecanismo se consiguió incorporar seis producciones comunitarias Curso de Perfeccionamiento Parte de la experiencia obtenida en el proyecto permitió constatar que para lograr un real involucramiento de los profesores y alumnos de los colegios había que capacitarlos. La capacitación se orientó al uso de herramientas de comunicación dentro de Internet, basándose mayoritariamente en la difusión de videos. Se planificó entonces un curso de perfeccionamiento para los profesores, reconocido, además, por el Centro de Perfeccionamiento, Experimentación e Investigaciones Pedagógicas (CPEIP), lo que agregó mayor motivación a los docentes involucrados. El curso se basó en sesiones presenciales, sesiones vía el sitio web del proyecto, e intercambio de experiencias mediante un Foro en línea. Se ideó un sistema de evaluación al final del curso que implicó realizar un proyecto grupal que incorporara la tecnología en las actividades de enseñanza. El proyecto de transferencia fue un gran acierto porque permitió conocer y dimensionar el entusiasmo logrado en los profesores al entregarles herramientas de tecnología de la información, de buena calidad y orientarlos en su uso. 7.- IMPACTOS O BENEFICIOS GENERALES DEL PROYECTO Ya finalizado el proyecto es posible formular algunas reflexiones sobre su impacto. El proyecto fue exitoso ya que logró en forma plena su principal objetivo, formar dos redes inalámbricas independientes pero interconectadas a través de la red Universitaria Nacional, en las regiones V y IX. Cuyas prestaciones de servicio son muy superior a lo que los establecimientos educacionales disponían en el momento de ejecución del proyecto, y por que no decirlo, disponen actualmente. Tanto en capacidad de enlace (ancho de banda) como en tiempos de respuesta así como también con contenidos entregados. Normalmente los colegios disponen de enlaces de 64Kbps o 128Kbps o 300Kbps los con más fortuna, el proyecto desplegó enlaces de 11Mbps a cada establecimiento para uso compartido, lo que supera los 400Kbps por cada uno en el 23