Instalaciones en Exteriores 1: Instalación Física y Alimentación por Cable Ethernet (PoE)

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1 Instalaciones en Exteriores 1: Instalación Física y Alimentación por Cable Ethernet (PoE) Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalámbricas version 1.8 by

2 Metas Examinar los diferentes tipos de estructuras de soporte de antenas y equipos que podemos utilizar Ver ejemplos de técnicas apropiadas de impermeabilización Revisar los procedimientos de seguridad para la instalación 2

3 Conexiones 3 Cuando la mayoría de la gente piensa en instalaciones inalámbricas piensan en AP o antenas. Pero se necesitan muchos más componentes para armar un sistema inalámbrico en el mundo real. NOTA: recorra el diagrama y explique todas las conexiones entre los dos computadores. Cuántas necesitan protección de intemperie, cuántas puestas a tierra se necesitan?

4 Instalación típica El equipo instalado incluye normalmente: Uno o más enrutadores inalámbricos Antenas y herrajes de soporte Soporte de antena (no-perforante, de pared, mástil, torre, etc.) Linea de transmisión de 50 Ω (LMR 400) Inyector PoE y par trenzado (UTP, FTP o STP) Conectores o adaptadores Desviadores de rayos y cable de puesta a tierra Cinta autofundente o compuesto impermeabilizante 4 Además de la lista anterior, se necesitan herramientas apropiadas y equipo de seguridad para completar la instalación. También va a necesitar una laptop para configuraciones y pruebas.

5 Requisitos para el montaje de la estación base En una instalación punto a multipunto, la ubicación de la estación base (access point o AP) es la preocupación prioritaria, para poder obtener la mejor cobertura posible. Otras consideraciones importantes: Acceso a la red de suministro eléctrico Seguridad física del equipo Accesibilidad al sitio Ubicación de la antena sobre el edificio o torre 5 Aunque nuestra primera elección para la ubicación de la estación base puede ser escoger un sito cerca del centro del área que deseamos servir, a menudo la elevación es la consideración más importante, y un sitio en las afueras como una colina o, idealmente, una torre ya existente que podamos utilizar (siempre que sea viable la conexión a Internet), puede ser una mejor solución.

6 Patrón de radiación horizontal El patrón horizontal de una antena omni se aproxima al círculo. Un tubo pequeño cerca de la antena (típicamente parte del soporte) puede actuar como reflector cambiando la ganancia hasta en 3 db en algunas direcciones, modificando el patrón de radiación. Un objeto grande, como la parte trasera de una parábola puede bloquear completamente la señal en una dirección dada. 6

7 Patrón de radiación vertical La ganancia de una omni se obtiene a expensas del estrechamiento del patrón de radiación vertical. Esto se cumple estrictamente cuando la antena está lejos de objetos conductores, y constituye una buena aproximación cuando la antena está en la parte más alta de la torre. El patrón de radiación vertical va a cambiar sustancialmente si la omni está instalada en partes más bajas ya que va a interactuar con la estructura física. 7

8 Ángulo de la torre Una torre auto-soportada tiene a menudo una forma ahusada que se estrecha con la altura. Esto desvía el haz hacia arriba hasta 5 grados. Una omni típica de 15 dbi tiene un ancho de haz vertical de unos 8 grados. El haz puede desviarse tanto hacia arriba que la señal podría enviarse en una dirección que no nos sirve para nada. 8

9 Inclinación de la antena Las antenas sectoriales se ven menos afectadas por la torre y pueden ser fácilmente inclinables. Esto es particularmente necesario cuando el cliente está cerca de la estación base, o cuando la estación base está mucho más alta que el cliente. Inclinación mecánica: puede compensar los efectos de la estructura. Inclinación Eléctrica: puede lograrse cambiando la fase de la alimentación de los elementos activos de la antena. 9 Algunas antenas comerciales vienen un ángulo de inclinación eléctrica especificado.

10 Consideraciones sobre el soporte de la antena Ubique las antenas de manera que haya una clara línea de vista entre ellas. No debería haber obstáculos dentro de 10 grados en azimut del eje del haz. Tenga cuidado con posibles estructuras reflectoras en el trayecto o inclusive detrás. Tenga cuidado con los árboles que al crecer puedan obstruir el trayecto. Evite trayectorias sobre superficies de agua. En los techos, montar la antena cerca del borde ayuda a evitar problemas de reflexión. 10

11 Torres auto-soportadas Las torres auto-soportadas son caras de construir, pero son a menudo la mejor opción para la estación de base. Una torre pre-existente puede a menudo usarse, pero las de antenas de transmisión AM deben evitarse porque toda la estructura constituye un elemento activo. Las estaciones de transmisión de FM son aceptables, pero para evitar problemas de interferencia asegúrese de usar par trenzado apantallado (FTP o STP), o en su defecto colocar el cable exterior dentro de un ducto metálico debidamente puesto a tierra. 11 Una alternativa a los pares trenzados apantallados es usar un conducto metálico puesto a tierra para proteger el cable de par trenzado.

12 Torres venteadas Una torre venteada escalable está normalmente hecha de aluminio con una sección transversal triangular de unos 30 cm de lado. Cada sección tiene unos 3 m de largo y varias secciones pueden atornillarse juntas para lograr la altura deseada. La torre debe estar estar bien sujeta con tirantes (vientos) para soportar los vientos propios de la zona y para sostener el peso del equipo y de una o dos personas. 12 Nota: se usan también los términos torre ventada o atirantada Los vientos o tirantes deben tener todos la misma tensión y estar distribuidos lo más simétricamente posible alrededor de la torre. El aluminio es el material más utilizado para estas torres, pero en algunos países puede ser más económico utilizar acero galvanizado. El acero normal es desaconsejable porque está muy sujeto a corrosión.

13 Mástil Un mástil libre es a menudo menos caro de construir que una torre. Este tipo de estructura puede hacerse fácilmente escalable añadiéndole peldaños a un tubo de buen tamaño. 13 Conocidos también como monopolos

14 Seguridad en instalación de torres Muchos países exigen entrenamiento especial para trabajar en torres de cierta altura. Evite el trabajo en torres cuando haya vientos fuertes o tormentas.!siempre trabaje en torres con un compañero! Siempre use un arnés fijado de manera segura a la torre cuando trabaje en alturas. Es sumamente peligroso trabajar en la oscuridad. Calcule muy bien el tiempo para completar el trabajo bastante antes de la puesta del sol. 14 Si se queda corto de tiempo, recuerde que la torre va a estar ahí a la mañana siguiente cuando se pueden volver a atacar los problemas luego de un buen descanso nocturno: Si usted tiene alguna duda sobre sus propias capacidades, o nunca ha trabajado en torres, contrate un profesional que lo haga en su lugar.

15 Soporte que perfora el techo Se debe tener cuidado para prevenir que el agua no se cuele a través de las junturas de los tornillos. Selle todos los orificios con un sellador apropiado (como masillas o sellador de silicona). 15

16 Soporte que no perfora el techo Esta base de metal puede lastrarse con bolsas de arena, piedras o botellas de agua para hacerla estable sin perforar el techo. 16

17 tubo Montaje en paredes Radio Vista lateral de montaje de pared Antena Para aplicaciones donde el techo no es suficientemente plano o fuerte para aguantar el peso de un soporte no perforante de techo, el soporte de pared es la solución más efectiva. Este soporte se fija a los lados de un edificio, pared o chimenea. 17

18 Consejos de instalación Configure su AP y Cliente en el laboratorio!no en el sitio! Mantenga los cables coaxiales cortos:!no más de 15 metros! Apriete e impermeabilice todos los conectores Use cinta autofundente impermeabilizante (no use cinta eléctrica o duct tape) Use bridas (zip ties) de nylon negro (las blancas se dañan con los rayos UV) Cuando pueda, use ductos para los cables Si utiliza PoE, el cable debe ser a prueba de intemperie o protegido por ductos Si es posible, proteja el radio del sol y la lluvia 18 Sobre todo, asegúrese de que las antenas estén bien sujetas para que el viento no las mueva. Todos los cables deben estar atados o bien fijos con bridas para evitar que el viento los enrede y termine por romperlos

19 Proteger las antenas de la intemperie La mayor parte de los problemas de antena son causados por las conexiones de los cables coaxiales que se aflojan con la vibración y dejan pasar humedad al interior del conector. Proteja de la intemperie todas las conexiones de exteriores. 19 La protección de intemperie puede lograrse aplicando varias capas de cinta autofundente (o caucho vulcanizado) o compuesto impermeabilizante sobre las conexiones y luego cubriéndolas con una cinta de electricista de buena calidad (resistente a baja temperatura y a los ultravioleta). El drenaje es muy importante en cajas para intemperie no presurizadas. Asegúrese de que el orificio de drenaje esté en el fondo y de que no haya sido bloqueado durante la instalación.

20 Lazos de goteo Al añadir un pequeño lazo a la antena y a los cables Ethernet, se logra que el flujo del agua de lluvia se desvíe del conector. Esto puede ayudar a prolongar la vida de su equipo. Esto es importante incluso si se están usando conectores sellados impermeables. 20

21 Cajas a prueba de intemperie Cuando compre cajas para proteger un equipo instalado en exteriores: Asegúrese de que pueden resistir las condiciones climáticas específicas del sitio. Hay dos organizaciones que han desarrollado estándares ampliamente aceptados en la construcción de cajas: National Electrical Manufacturers Association (NEMA) en Norteamérica International Electrotechnical Commission (IEC) en Europa, con las especificaciones de IP (Ingress Protection) 21

22 Protección IP 1er dígito Definición 2do dígito Definición 0 Sin protección 0 Sin protección 1 Contra la penetración de objetos sólidos de 50 mm de diámetro o más 1 Contra goteo vertical de agua Contra la penetración de objetos sólidos de 12.5 mm de diámetro o más 2 Contra la penetración de objetos sólidos de 2.5 mm de diámetro o más 3 Contra la penetración de objetos sólidos de 1 mm de diámetro o más 4 Contra goteo vertical de agua a un ángulo de hasta 15 Contra goteo vertical de agua a un ángulo de hasta 60 Contra salpicaduras de agua en todas las direcciones 5 Protegido contra el polvo 5 6 A prueba de polvo Contra chorros de agua en todas las direcciones Contra chorros fuertes de agua en todas las direcciones Contra inmersión temporal hasta 1m de profundidad Inmersiones continuas en condiciones específicas 22 IP significa International Protection (o Ingress Protection) El primer número se refiere al tamaño máximo de los huecos permitidos en la caja, el segundo se refiere a la resistencia al agua. El método europeo de Ingress Protection se basa sobre IEC y designa niveles diferentes de IP: Polvo (primer dígito): 1 a 6 Agua (segundo dígito): 1 a 8

23 Correspondencia entre NEMA e IP Tipo NEMA Definición NEMA Clase IP y 3S Cierta protección al polvo, luz,salpicadura indirecta, pero no a prueba de polvo Protección anti-goteo. Semejante al tipo1, pero con protección adicional para gotas formadas por condensación Resistente a la intemperie. Protege contra nieve y aguanieve IP10 IP11 IP54 3R Protección contra lluvia y hielo IP14 4 y 4X Protege contra chorros de agua dirigidos IP56 5 Contra el polvo IP62 6 y 6P Sumergible, dependiendo de condiciones específicas de presión y tiempo IP67 23 Las especificaciones norteamericanas de protección contra la intemperie se basa en el estándar NEMA 250.

24 Alimentación por Ethernet (PoE) 24

25 Porqué alimentación por Ethernet (PoE)? Ahorra dinero y tiempo de instalación Más flexibilidad en la ubicación de los dispositivos Bastante útil para exteriores, al permitir una distancia grande entre el AP y el computador No se precisa de un electricista para instalarlo!ahorra cobre! 25

26 Aspectos relevantes a PoE Estándar o no? Alimentación en el extremo o en el medio? Requiere Cat5e ó Cat6 con menos de 25 Ω de resistencia total Adjudicación de Pin tipo A ó B? Caída de tensión proporcional a la longitud del cable Use cable de par trenzado con especificación de exteriores o protegido por un ducto metálico 26 Recuerde que la forma de instalar los conectores RJ-45 en el cable Ethernet tiene dos variantes, A o B. Verifique en base a los colores de su cable.

27 Estándar IEEE 802.3af-2003 Alimentación de dispositivo Ethernet mediante el cable de datos Título del estándar: Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI) Aprobado en junio 2003 Consumo máximo ~13W 27

28 Estándar IEEE 802.3at-2009 Extensión de 802.3af-2003 Aprobado en septiembre de 2009 Soporta hasta 25W por cable Soluciones no estándar soportan!hasta 51W! 28 El estándar prevé la posibilidad de que se instale un gran número de cables dentro del mismo ducto. Cuando se itenga la seguridad de que va a haber un solo cable en el ducto o cuando se utilice para trenzado para exteriores, se puede alimentar sin problemas cargas de 50 W.

29 Alimentacón desde el extremo o desde el cable PoE (802.3af) utiliza 48V DC, con una corriente máxima de 350mA, capaz de alimentar una carga de 12.95W tomando en cuenta las perdidas en el cable End span 802.3af (alimentación desde el extremo) aplica la energía en los pares utilizados para datos (1+2, 3+6) o en los pares de reserva (4+5, 7+8) Mid span 802.3af (alimentación desde el cable) suminstra la energía sobre los pares (4+5, 7+8). 29 End span significa que el conmutador Ethernet o el enrutador suministra el voltaje DC. Mid span es cuando se coloca un inyector de energía conectado a la fuente de alimentación DC en algún punto de la trayectoria del cable. Note que diferentes fabricantes usan estándares diferentes. Aunque esté marcado Compatible con PoE no significa que sea interoperable.

30 Ejemplo: cable de 20 metros Suponga que la fuente de alimentación le da A, para una energía total disponible de: 12 V * 1.5 A = 18 vatios Pero esto supone una línea de alimentación de resistencia cero. La especificación CAT5e establece no más de Ω por metro, por conductor. Cuando se usan dos pares de cables, la resistencia de un cable CAT5e de 50 metros va a ser : Ω/m * 20 m = 1.88 Ω 30 Note que la resistencia es de 0.1 ohm por metro, por conductor. Como estamos usando dos conductores por cada lado del lazo, la resistencia es la mitad.

31 Ejemplo: cable de 20 metros A causa de la resistencia de la línea, vamos a perder algún voltaje en extremo del cable. La caída de voltaje es: Vdrop = 1.5 A * 1.88 Ω Vdrop = 2.82 Después de restar la caída, el voltaje real esperado en el extremo lejano será: V = V = 9.18 El voltaje de salida es de sólo unos 9 voltios,!mucho menos de lo que su equipo está esperando! 31 Hacer funcionar un equipo por arriba o por debajo del voltaje especificado puede dañarlo. Verifique que está usando el voltaje adecuado para el funcionamiento seguro de su equipo.

32 Proporcione suficiente potencia Para proporcionar el voltaje adecuado, se necesita usar una fuente de alimentación adecuada. Debe compensar al menos la caída de voltaje Vdrop en el cable con la misma corriente que consume el equipo. (En este caso, alimentar con A debería ser suficiente). Cerciórese de suministrar suficiente corriente a su dispositivo. Si se instala un AP y más tarde le agrega más tarjetas de radio, la potencia adicional consumida puede ser mayor de la que puede suministrar su fuente de alimentación. Asegúrese de considerar los requerimientos de potencia de todos los componentes (tarjetas de radio en transmisión, tarjeta madre motherboard, etc.) cuando calcule la fuente de alimentación adecuada para su instalación. 32 Puesto que cuando la corriente aumenta se disipa más energía, es preferible usar voltajes más altos que corrientes más altas cuando sea posible. Aumentar el suministro de voltaje máximo valor que el equipo puede tolerar va a reducir el efecto de caída de voltaje. Esta es una de las razones por las cuales el equipo 48 VDC es comúnmente usado para Alimentación por Ethernet. Por otra parte, la energía se disipa en la línea de Ethernet bajo forma de calor. Demasiada corriente va a convertir su cable Ethernet en un calentador!y podría causar un incendio!

33 Conclusiones El equipo de exteriores debes estar bien montado y protegido de la intemperie. Hay una variedad de métodos para instalar equipos de radio en techos, paredes y torres. Las antenas deben instalarse de manera que la mayor parte de la energía se dirija hacia el otro extremo del enlace y evitando a la vez cualquier tipo de reflexión. La alimentación del equipo con PoE puede simplificar las instalaciones. 33

34 Gracias por su atención Para más detalles sobre los tópicos presentados en esta charla, vaya al libro Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en: