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Alfonso Molina de la Cruz
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2 Redes inalámbricas mesh Caso de estudio: Ciudad Bolívar Luis Fernando Pedraza Redes inalámbricas Mesh.indd 3 13/11/12 14:45

3 Pedraza Lozada, Luis Fernando Redes inalámbricas Mesh : caso de estudio Ciudad Bolívar / Luis Fernando Pedraza. -- Bogotá : Universidad Distrital, p. ; cm. ISBN Redes de computadores - Estudio de casos - Ciudad Bolívar (Barrio, Bogotá, Colombia) 2. Redes inalámbricas en malla - Estudio de casos - Ciudad Bolívar (Barrio, Bogotá, Colombia) 3. Redes de área local inalámbricas (Computadores) - Estudio de casos - Ciudad Bolívar (Barrio, Bogotá, Colombia) 4. Redes virtuales de área local - Estudio de casos - Ciudad Bolívar (Barrio, Bogotá, Colombia) I. Tít cd 21 ed. A CEP-Banco de la República-Biblioteca Luis Ángel Arango Universidad Distrital Francisco José de Caldas Centro de Investigaciones y Desarrollo Luis Fernando Pedraza ISBN: Primera edición: Bogotá D.C., noviembre del 2012 Dirección Sección de Publicaciones Ruben Carvajalino C. Coordinación editorial María Elvira Mejía Diagramación Nathali Molina Galindo Corrección de estilo Rodrigo Díaz Impresión Taller de la Editorial de la Universidad Nacional de Colombia Sección de Publicaciones Editorial UD Carrera 19 # Teléfono xt 6203 Correo electrónico: publicaciones@udistrital.edu.co Todos los derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo escrito del Fondo de Publicaciones de la Universidad Distrital. Hecho en Colombia Redes inalámbricas Mesh.indd 4 13/11/12 14:45

Redes de área local inalámbricas (Computadores) - Estudio de casos - Ciudad Bolívar (Barrio, Bogotá, Colombia) 4.

4 Contenido Prólogo 15 Introducción 17 Capítulo I. Clasificación de la redes inalámbricas 19 Redes inalámbricas 21 Capítulo II. Redes inalámbricas mesh 27 Arquitectura para las redes inalámbricas mesh 28 Características 31 Diferencias entre wmns con redes ad hoc 32 Capas de las redes inalámbricas mesh según el modelo de referencia osi 32 Capítulo III. Capa física 35 Modulación y codificación adaptativa 36 Sistemas multiantena y antenas directivas 38 Diversidad 41 Sistemas multicanal 44 Capítulo IV. Capa de control de acceso al medio 47 Estructura de la capa mac 48 Protocolos capa mac 49 Capítulo V. Capa de red 55 Principios de diseño 56 Descubrimiento de la topología de enrutamiento 57 Parámetros de rendimiento 58 Métricas de enrutamiento 59 Capítulo VI. Clasificación de protocolos de enrutamiento 71 Protocolos para la capa de transporte en wmns 71 Redes inalámbricas Mesh.indd 7 13/11/12 14:45

referencia osi 32 Capítulo III. Capa física 35 Modulación y codificación adaptativa 36 Sistemas multiantena y antenas directivas 38 Diversidad 41 Sistemas multicanal 44 Capítulo IV.

5 Capítulo VII. Redes inalámbricas comunitarias 77 Red comunitaria en Nepal 77 Red inalámbrica comunitaria en Wray-Inglaterra 79 Red inalámbrica mesh para la comunidad de Dharamsala 80 Redes comunitarias en Santiago de Chile 81 Capítulo VIII. Red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolivar 83 Diseño de la red inalámbrica comunitaria 83 Análisis del estado de la comunidad de Ciudad Bolívar 83 Cálculo de la cobertura de los nodos de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 91 Dimensionamiento de tráfico de los nodos inalámbricos 104 Análisis de interferencias en los canales de la red 105 Nodos implementados para la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 107 Evaluación de los nodos de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 114 Aplicaciones desarrolladas e implementadas 116 Capacitación a la comunidad 122 Epílogo 131 Bibliografia 133 Redes inalámbricas Mesh.indd 8 13/11/12 14:45

6 Índice de figuras Figura 1. Invención del fotófono por Graham Bell y Summer Tainter 21 Figura 2. Red inalámbrica Aloha 22 Figura 3. Comparación de velocidad vs. cobertura para redes inalámbricas 24 Figura 4. Estructura general de una wmn 28 Figura 5. Arquitectura wmn cliente 29 Figura 6. Arquitectura wmn híbrida 30 Figura 7. Ejemplos de nodos inalámbricos mesh 30 Figura 8. Capas del modelo de referencia osi 32 Figura 9. Tasa de transmisión adaptativa 38 Figura 10. Antena directiva: a) estructura física b) patrón de radiación 39 Figura 11. Antenas y configuración de pesos 41 Figura 12. Esquema de un sistema con diversidad 41 Figura 13. Diversidad de antenas: a) sistema simo, b) sistema mimo, c) sistema mimo 43 Figura 14. Nodos ocultos usando antena directiva 50 Figura 15. mac para wmn: a) un solo canal, b) y c) multicanal 53 Figura 16. Clasificación de los protocolos de enrutamiento para una red mesh 62 Figura 17. Formato de mensaje rreq 64 Figura 18. Formato de mensaje rrep 64 Figura 19. Proceso para la creación de rutas con el protocolo aodv 65 Figura 20. Formato de mensaje rrer 65 Figura 21. Descubrimiento de la ruta con el protocolo dsr [60] 67 Figura 22. Antenas que conectan una escuela a la estación de retransmisión de la red 78 Figura 23. Fotografía aérea del pueblo de Wray 79 Figura 24. Topología de la red mesh implementada en Wray [74] 80 Figura 25. Instalador trabajando en una torre en Dharamsala, India 81 Figura 27. Encuestas realizadas por upz 85 Figura 28. Conexión a Internet 86 Figura 29. Líneas telefónicas móviles por hogar 86 Figura 30. Porcentaje de uso de computador 87 Figura 31. Uso de Internet 87 Redes inalámbricas Mesh.indd 9 13/11/12 14:45

Ejemplos de nodos inalámbricos mesh 30 Figura 8. Capas del modelo de referencia osi 32 Figura 9. Tasa de transmisión adaptativa 38 Figura 10.

7 Figura 32. Lugar de acceso a Internet 88 Figura 33. Objetivo de uso de Internet 88 Figura 34. Periodicidad de uso de Internet 89 Figura 35. Intención de capacitación a través de Internet 89 Figura 36. Café internet en la zona 90 Figura 37. Costo promedio de acceso a internet por hora 90 Figura 38. Costo promedio de llamadas a celular 91 Figura 39. Variación de potencia de recepción en un punto de la red inalámbrica 92 Figura 40. Geometría del modeló Xia-Bertoni (simplificado) 93 Figura 41. Escala de colores para diferentes niveles de potencia recibidos 97 Figura 42. Simulaciones de la cobertura de cada nodo de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 102 Figura 43. Ubicación de colegios públicos con posibilidad de instalar nodos, para el aumento de la cobertura de la red inalámbrica 103 Figura 44. Medición de canales en 2,4 ghz con analizador de espectro para los nodos de la red inalámbrica: a) Espectrograma, b) porcentaje de ocupación del canal 106 Figura 45. Propuesta de interconexión de los nodos de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 107 Figura 46. Nodos implementados para la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 113 Figura 47. Portal cautivo para el acceso de la comunidad a la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 114 Figura 48. Medición de la potencia de recepción de un nodo de la red inalámbrica 114 Figura 49. Medición de la velocidad de descarga en un nodo 115 Figura 50. Chat implementado para la red inalámbrica comunitaria 117 Figura 51. Contenido multimedia ubicado en los servidores de la red inalámbrica comunitaria 118 Figura 52. Juegos instalados en los nodos 119 Figura 53. Zona de descargas en la red inalámbrica comunitaria 119 Figura 54. Wikipedia instalada en la red inalámbrica comunitaria 120 Figura 55. Emisora virtual para la red inalámbrica comunitaria 120 Figura 56. Plataforma de marketing electrónico para la red inalámbrica comunitaria 121 Figura 57. Sitio web para informar el estado de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 122 Figura 58. Sitio web UDtecnoVirtual.org 122 Redes inalámbricas Mesh.indd 10 13/11/12 14:45

Variación de potencia de recepción en un punto de la red inalámbrica 92 Figura 40. Geometría del modeló Xia-Bertoni (simplificado) 93 Figura 41.

8 Figura 59. Capacitación en el uso de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 123 Figura 60. Computador portátil 124 Figura 61. Computador de escritorio 125 Figura 62. Puertos usb del computador 125 Figura 63. Antena usb 125 Figura 64. Diámetro interior del envase metálico 127 Figura 65. Vista de lado del envase metálico 127 Figura 66. Antenas desarrolladas 128 Figura 67. Conector tipo N-hembra 129 Figura 68. Conector N-hembra con alambre soldado 129 Figura 69. Envase metálico con orificio para el conector 129 Figura 70. Antena con conector 130 Figura 71. Cable pigtail 130 Índice de tablas Tabla 1. Comparación entre redes tipo ad hoc y mesh 32 Tabla 2. Codificación de canal y modulación para ieee a 37 Tabla 3. Ventajas del uso de antenas directivas 40 Tabla 4. Comparación de diferentes protocolos de enrutamiento para wmn 69 Tabla 5. Inconvenientes con los protocolos de transporte en wmn 72 Tabla 6. Protocolos de la capa de transporte para redes multisalto 75 Tabla 7. División general de la localidad 84 Tabla 8. Servicios públicos 85 Tabla 9. Porcentaje de penetración tecnológica 85 Tabla 10. Potencia de recepción promedio mínima para cada nodo 96 Tabla 11. Nombres de colegios públicos con posibilidad de instalar nodos para el aumento de la cobertura de la red inalámbrica 104 Tabla 12. Número máximo de usuarios promedio en cada nodo en condiciones deficientes de conexión 105 Tabla 13. Porcentaje promedio de ocupación de los canales en 2,4 ghz para los nodos de la red inalámbrica comunitaria de Ciudad Bolívar 106 Tabla 14. Potencia de recepción promedio para cada nodo 115 Tabla 15. Velocidad de descarga promedio en los nodos para diferentes distancias 116 Tabla 16. Medidas del envase metálico 128 Redes inalámbricas Mesh.indd 11 13/11/12 14:45

Antenas desarrolladas 128 Figura 67. Conector tipo N-hembra 129 Figura 68. Conector N-hembra con alambre soldado 129 Figura 69. Envase metálico con orificio para el conector 129 Figura 70.

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