UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INFORMÁTICA DISEÑO LÓGICO Y SIMULACIÓN DE REDES INALÁMBRICAS COMUNITARIAS PARA LA MEJORA DE LA COMUNICACIÓN Y DESARROLLO EN SECTORES RURALES DEL DEPARTAMENTO DE LA LIBERTAD AUTORES: IWAMATSU MORENO LUIS FERNANDO MÉNDEZ ANGULO GEINER NIBER DIRECTOR: ANTHONY JOSÉ GÓMEZ MORALES AREA: REDES DE COMPUTADORAS NOVIEMBRE DE 2013
RESUMEN En nuestro país, la capacidad económica de muchos ciudadanos para adquirir tecnología informática y de comunicaciones es limitada y la preparación para utilizarlas es deficiente. Estos dos factores representan una pérdida de oportunidades de acceso a la información, conocimiento, servicios y a la posibilidad de mejorar la calidad de los procesos educativos. Aquí se expone la manera en que la investigación conduce al diseño de los nodos de la red inalámbrica comunitaria, basados en Topología Mesh (Malla) y varias aplicaciones de tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC s) que son actualmente usadas por la comunidad, beneficiada con la cobertura de los nodos de la red inalámbrica en la localidad. También se trata de promover la enseñanza y medios alternativos de comunicación a través de las redes inalámbricas, mejorar la comunicación, fomentando así el desarrollo de la educación en zonas de bajos recursos y culturizar a las sociedades para que sean parte de la inclusión digital para así disminuir el atraso cultural en cuanto a tecnología de muchas personas. El nacimiento de nuevas tecnologías en las comunicaciones y la masificación de las mismas es algo que ha tenido un crecimiento exponencial, tecnologías como las redes inalámbricas sobre estándar 802.11x a nivel comercial han tomado fuerza a tal nivel de popularizarse y ser asequibles a casi cualquier persona. Ahora las tecnologías inalámbricas sobre estándar 802.11x tienen grandes ventajas frente a las tecnologías alámbricas 802.3x, como lo son la facilidad de instalación y disminución de costos frente a las tecnologías alámbricas conocidas, esto es un factor que permite el nacimiento de redes inalámbricas comunitarias. 2
El desarrollo de redes inalámbricas comunitarias, es un proyecto que tiene como meta principal mejorar la comunicación y desarrollo en los Sectores Rurales del Departamento de La Libertad y cuyo estudio tiene como objetivos específicos: analizar, diseñar, simular, implementar y evaluar dichas redes. El proyecto se contempla en la investigación de Redes Inalámbricas Comunitarias, implementarlas en la comunidad de Curgos (Huamachuco), iniciando con una pequeña red y hacer que ésta se expanda por todo el sector. Palabras Clave: Redes Inalámbricas Comunitarias, Topología Mesh (Malla), Comunicación, Desarrollo. 3
INDICE INTRODUCCIÓN...6 CAPITULO I..7 1.- PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION...7 1.1.- Título del Proyecto 7 1.2.- Descripción del Problema 7 1.3.- Antecedentes.8 1.4.- Formulación del Problema.11 1.5.- Hipótesis...11 1.6.- Objetivos...11 1.6.1.- Objetivo General..11 1.6.2.- Objetivos Específicos..11 1.7.- Justificación..13 1.7.1.- Técnica..13 1.7.2.- Académica.13 1.7.3.- Social..13 1.8.- Marco Teórico..14 1.8.1.- WLAN.14 1.8.2.- Wi-Fi...15 1.8.3.- Router.17 1.8.4.- Enrutamiento.18 1.8.5.- Wimax 18 1.8.6.- Red Mesh..19 1.8.7.- DDR-WRT.21 CAPITULO II.23 2.- MATERIAL Y METODOS.23 2.1.- Metodología..23 2.2.- Recolección de la Información..26 2.2.1.- Documental...26 2.2.2.- Encuesta 26 2.2.3.- Vía Web.26 4
2.3.- Universo y Muestra 26 2.3.1.- Universo...26 2.3.2.- Muestra 26 2.4.- Variables de Investigación 27 2.4.1.- Variable Independiente..27 2.4.2.- Variable Dependiente.27 CAPITULO III..28 3.- RESULTADOS..28 3.1.- Fase I: Análisis de Requerimientos.28 3.2.- Fase II: Análisis del Desarrollo del Diseño Lógico 29 3.2.1.- Diseño de una Topología de Red.29 3.2.2.- Diseño de un Modelo de Direccionamiento.30 3.2.3.- Selección del Protocolo de Enrutamiento 31 3.3.- Fase III: Análisis del Desarrollo del Diseño Físico 33 3.3.1.- Selección de Tecnologías y Dispositivos para la Red...33 3.3.1.1.- Arquitectura de la Red 802.11..33 3.3.2.2.- Router Linksys WRT54GL y Firmware DD-RWRT v23 SP3...35 3.3.2.- Selección de Posición de Puntos de Acceso..37 3.3.3.- Esquema Físico de la Red..37 3.4.- Fase IV: Probar, Optimizar y Documentar el Diseño de la Red.39 4.- Discusión 40 5.- Conclusiones.40 6.- Citas y Referencias Bibliográficas..41 5
INTRODUCCIÓN: La necesidad de trasmitir ideas, comunicarse, y trabajar en grupo para poder solucionar problemas es de gran importancia en el mundo en que vivimos, es por eso la relevancia de hacer un estudio para implementar redes inalámbricas comunitarias especialmente para personas de sectores rurales y de estratos sociales bajos. Todo esto conduce a la problemática de Cómo es posible mejorar la comunicación y desarrollo en los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad?, para ello hemos hallado antecedentes que nos permiten el estudio de las redes inalámbricas comunitarias como motor resolución a dicho problema. Investigaciones como: Redes Inalámbricas Comunitarias de Javier Mauricio Albarracín de la Universidad Católica de Colombia, el cual presenta la implementación de dichas redes en una comunidad, iniciando con una pequeña red y hacer que ésta se expanda por todo un sector; o el estudio de Redes Inalámbricas Comunitarias aplicadas en ciudades y sectores rurales para su desarrollo presentado por Omar Ernesto Cabrera de la Universidad de Nariño en Colombia, cuyo aporte impulsa el uso de las Tecnologías de Información y Comunicaciones (TIC s) mediante el desarrollo de un esquema de conectividad inalámbrico, puesto en marcha con herramientas de software libre y gestionado por los propios beneficiarios, la red se convirtió en una herramienta para la consolidación de comunidades virtuales, la difusión libre de cultura, el comercio electrónico y, sobre todo, en un medio de integración de la comunidad. También en la investigación que hacen Luis Pedraza, Carlos Gómez y Octavio Salcedo en Implementación de Red Inalámbrica para la Ciudad de Bolívar, el cual proponen el Bolívar Wireless que es un proyecto de diseño e implementación de los nodos de una red inalámbrica comunitaria, beneficiando a la comunidad de Bolívar que es una de las zonas con mayores índices de pobreza en Colombia. La meta principal es realizar el Diseño Lógico y Simulación de las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 6
CAPÍTULO I 1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN: 1.1. TÍTULO DEL PROYECTO: Diseño Lógico y Simulación de Redes Inalámbricas Comunitarias para la Mejora de la Comunicación y Desarrollo en Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA: Se ha mirado en el mundo en que vivimos, es de gran importancia hacer un estudio para implementar redes inalámbricas comunitarias en las ciudades especialmente para personas de sectores rurales y estratos sociales bajos. La falta de presupuesto del gobierno para la inversión de redes inalámbricas y la falta de gestión y/o ignorancia de muchas personas sobre este tema hace que no se lideren proyectos para la construcción de esta y por ende no poder verse beneficiadas en el aprovechamiento de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones, están perdiendo oportunidades para desarrollo personal de éstas. 7
1.3. ANTECEDENTES 1.3.1. IMPLEMENTACIÓN Y ADMINISTRACIÓN DE REDES INALÁMBRICAS COMUNITARIAS. AUTOR: JAVIER MAURICIO ALBARRACIN ALMANZA. AÑO: 2008. INSTITUCION: UNIVERSIDAD CATOLICA - COLOMBIA. GRADO: TÍTULO DE INGENIERO DE SISTEMAS. APORTE: Las redes inalámbricas comunitarias son la respuesta a la implementación de redes a bajos costos para impulsar la educación en todos los sectores de la comunidad especialmente en los sectores menos favorecidos. Este proyecto se apoya en redes wlan por su cubrimiento y bajos costos con respecto a las redes alámbricas. Por último el factor más importante es la integración y participación de las comunidades en el desarrollo de este tipo de proyecto el cual generara un beneficio a todos. 1.3.2. REDES INALAMBRICAS COMUNITARIAS APLICADAS EN CIUDADES Y SECTORES RURALES PARA SU ESARROLLO. AUTOR: OMAR ERNESTO CABRERA ROSERO. AÑO: 2008. INSTITUCION: UNIVERSIDAD DE NARIÑO COLOMBIA 8
GRADO: BACHILLER EN INGENIERÍA DE SISTEMAS. APORTE: Este proyecto impulsa el uso de Tecnologías de Información y Comunicaciones (TIC s) en las comunidades mediante el desarrollo de un esquema de conectividad inalámbrico, puesto en marcha con herramientas de software libre y gestionado por los propios beneficiarios. El esquema permite la implementación y el acceso a herramientas virtuales de educación en barrios y conjuntos habitacionales, promoviendo entre las personas el uso de tales tecnologías y la difusión de contenidos. La red se convierte en una herramienta para la consolidación de comunidades virtuales, la difusión libre de cultura, el comercio electrónico comunitario y, sobre todo, en un medio de integración de la comunidad. Para validar la propuesta, se implementó una red inalámbrica en el barrio Villa Beatriz, de la localidad de Fontibón, en Bogotá. 1.3.3. IMPLEMENTACIÓN DE RED INALÁMBRICA COMUNITARIA PARA CIUDAD BOLÍVAR. AUTORES: LUIS PEDRAZA, CALOS GOMEZ Y OCATVIO SALCEDO. AÑO: 2012. INSTITUCION: Universidad Distrital Francisco José de Caldas COLOMBIA APORTE: El proyecto expone el proceso llevado a cabo para la realización de la red inalámbrica comunitaria de la localidad Ciudad Bolívar (Bolivar wireless), que es una de las zonas 9
con mayores índices de pobreza en Bogotá- Colombia. Aquí se expone la manera en que la investigación condujo al diseño e implementación de los nodos de la red inalámbrica comunitaria, basados en topología mesh y varias aplicaciones de tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) que son actualmente usadas por la comunidad, beneficiada con la cobertura de los nodos de la red inalámbrica en la localidad. Luego, se evalúan los nodos implementados y finalmente se presenta las conclusiones y recomendaciones. 1.3.4. CONECTIVIDAD RURAL PARA EL DESARROLLO - EXPERIENCIAS EN ECUADOR. AUTOR: HUGO CARRIÓN GORDÓN. AÑO: 2008. INSTITUCION: IICD INTERNATIONAL INSTITUTE FOR COMMUNICATION AND DEVELOPMENT. APORTE: El programa de Conectividad Rural en Ecuador tienes sus orígenes y se inspiró en el trabajo que el IICD2 ha desarrollado en Bolivia desde el año 2003. Un primer estudio de casos fue realizado en el 2006, el cual presentaba las experiencias de Redes Inalámbricas Comunitarias en ese país. El programa de Conectividad Rural en Ecuador del IICD empezó en el año 2005. El objetivo fundamental de este proyecto es presentar las principales experiencias, analizando su implementación, describiendo la tecnología utilizada y compartiendo las mejores prácticas. 10
1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: Cómo es posible mejorar la Comunicación y Desarrollo en los Sectores Rurales del Departamento de La Libertad? 1.5. HIPÓTESIS: Con el Diseño Lógico y Simulación de Redes Inalámbricas Comunitarias mejorará la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 1.6. OBJETIVOS: 1.6.1. Objetivo General: Realizar el Diseño Lógico y Simulación de las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 1.6.2. Objetivos Específicos: a. Analizar las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. b. Diseñar las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. c. Simular las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 11
d. Implementar las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. e. Evaluar las Redes Inalámbricas Comunitarias para mejorar la comunicación y el desarrollo de los Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 12
1.7. JUSTIFICACIÓN: 1.7.1. TÉCNICA: Teniendo en cuenta la facilidad y acogida que tiene una red inalámbrica para extenderse en diferentes lugares, esperamos convencer a la comunidad de que esto es posible, brindándoles un acceso a la información de manera sencilla, rápida y a un costo económico, logrando comunicar personas con el afán de discutir problemas, compartir y adquirir conocimientos. 1.7.2. ACADÉMICA: El estudio de la moderna tecnología como las WMN (Wireless Mesh Network) hacen posible pensar que se pueda crear un vehículo de investigación, de expresión, de información, en general, de utilidad pública que sea un activo de usuarios, universidades, grupos de investigación, sistemas de socorro, sistema de información, etc., que permita el desarrollo de contenidos, de sistemas de comunicación personal y de la construcción de una sociedad de la información. 1.7.3. SOCIAL: El futuro (inmediato) es inalámbrico, la movilidad construye una sociedad de la información y la tecnología puede ser revolucionaria cuando es capaz de contribuir a los cambios sociales, culturales y económicos. Las soluciones inalámbricas se convierten en una alternativa para democratizar el acceso a los servicios de comunicación, reduciendo fronteras y ofreciendo diversidad, calidad y costo accesible. 13
1.8. MARCO TEÓRICO: 1.8.1. WLAN: Wireless Local Área Network es un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas. Utiliza tecnología de radiofrecuencia que permite mayor movilidad a los usuarios al minimizar las conexiones cableadas. Las WLAN van adquiriendo importancia en muchos campos, como almacenes o para manufactura, en los que se transmite la información en tiempo real a una terminal central. También son muy populares en los hogares para compartir el acceso a Internet entre varias computadoras. [5] Fig. 2: Esquema Gráfico de una Red de Área Local Inalámbrica 14
1.8.2. WI-FI: Wi-Fi o Wireless Fidelity es el nombre que se le ha dado a la tecnología de transmisión de datos o acceso a Internet inalámbrico que utiliza el protocolo de comunicación 802.11 (en sus comienzos alrededor de 1.997) y trabaja en la banda de 2,4 GHz de uso libre (en la mayoría de los países). Esto significa que cualquier persona puede utilizar esta banda sin tener que pagar valor alguno por el uso del espectro, sin embargo por tratarse de bandas libres no tienen la protección del Estado, lo que a su vez significa que la misma debe ser compartida con otros usuarios, soportar la interferencia y no interferir con las demás bandas que son de uso exclusivo y/o tienen protección del Estado. En su operación básica sus áreas de cobertura generalmente se restringen a espacios cerrados y grupos privados, tales como empresas, café- Internet, aeropuertos, centros comerciales, etc. Lo que Wi-Fi pretende es la creación de redes de computadores sin necesidad de cables conocidas como redes inalámbricas de área local (WLAN), permitiendo de esta forma que cualquier tipo de terminal, ya sea un computador portátil o un PDA que cuente con una tarjeta Wi-Fi pueda acceder a Internet en cualquier lugar donde exista un hotspot o concentrador Wi- Fi. Que la tecnología no requiera autorización del estado y no se cobre por ella ha generado que en países como Estados Unidos se de la proliferación de cafés-internet como Starbucks (Starbucks es una de las cadenas de cafés y restaurantes más grande de los Estados Unidos), ofreciendo servicios de acceso a Internet inalámbrico, o la creación de hotspots en aeropuertos, hospitales, centros comerciales, y empresas que no cuentan con una red alambrada, por ejemplo. El término hotspot es definido como un sitio geográfico específico en el cual un punto de acceso (access point) proporciona servicios 15
públicos de red inalámbrica de banda ancha a visitantes móviles a través de una WLAN. Los hotspots están localizados en sitios densamente habitados como aeropuertos, estaciones de tren, bibliotecas, marinas, centros de convenciones y hoteles. Los hotspots típicamente tienen una cobertura de acceso corta. Las redes Wi-Fi cubren áreas de hasta 75 metros en interiores y de 300 metros en el exterior, y las bandas libres sobre las cuales pueden operar se plasman en la resolución 689 de 2004 del Ministerio de Comunicaciones, como se muestra en la tabla 1, la cual a su vez fue modificada mediante la resolución 1689 de 12 de junio de 2007 en donde se deroga el artículo 9: ANTENAS OMNIDIRECCIONALES. La utilización de antenas omnidireccionales solo será permitida en sistemas inalámbricos cuya potencia radiada sea menor o igual a 100 mw. Los sistemas que excedan esta potencia deberán emplear antenas direccionales con un ancho de lóbulo no mayor a 90 grados, lo cual permite usar potencias de transmisión mayores a 100 mw y lograr así mayores distancias de cobertura con antenas omnidireccionales. [1] Tabla 1: Estándares 802.11 16
1.8.3. ROUTER: Ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware para interconexión de red de computadoras que opera en la capa tres (nivel de red). Este dispositivo permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos. [11] El ruteador realiza dos funciones básicas: 1. El ruteador es responsable de crear y mantener tablas de ruteo para cada capa de protocolo de red, estas tablas son creadas ya sea estáticamente o dinámicamente. De esta manera el ruteador extrae de la capa de red la dirección destino y realiza una decisión de envío basado sobre el contenido de la especificación del protocolo en la tabla de ruteo. 2. La inteligencia de un ruteador permite seleccionar la mejor ruta, basándose sobre diversos factores, más que por la dirección MAC destino. Estos factores pueden incluir la cuenta de saltos, velocidad de la línea, costo de transmisión, retraso y condiciones de tráfico. La desventaja es que el proceso adicional de procesado de frames por un ruteador puede incrementar el tiempo de espera o reducir el desempeño del ruteador cuando se compara con una simple arquitectura de switch. [13] Fig. 3: Router físico marca Linksys de Cisco, Modelo WRT54GL v1.1 17
1.8.4. ENRUTAMIENTO: El enrutamiento se entiende como las acciones que toma un router para enviar paquetes desde un origen hasta un destino final, pasando a través de diferentes tipos de redes, los enrutadores operan con la dirección IP de los paquetes, por lo tanto operan en capa 3 del modelo OSI. El ruteador por lo tanto debe tomar decisiones que le permitan enviar los paquetes a través del tráfico en red de manera eficiente, realizan entonces una evaluación de la ruta óptima para que el trafico llegue a su destino. Esto es lo que se conoce como protocolos de enrutamiento, los cuales son utilizados para construir las tablas de enrutamiento. Cuando se determina la ruta más óptima (dependiendo del tipo de enrutamiento), se almacenan esos caminos utilizados para enviar la información de un camino al otro, una vez almacenados, dependiendo de los criterios en enrutamiento cada vez que se vayan a enviar paquetes se hace según las normas establecidas por las tablas. [13] 1.8.5. WIMAX: Acrónimo de Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas), es una norma de transmisión por ondas de radio de última generación orientada al denominado bucle local inalámbrico (en inglés se utiliza el término "última milla" para delimitar el alcance de la comunicación inalámbrica) que permite la recepción de datos por microondas y retransmisión por ondas de radio (protocolo 802.16 MAN - Metropolitan Area NetWork, Red de Area Metropolitana) proporcionando acceso compartido con varios repetidores de señal superpuestos, ofreciendo total cobertura en áreas de hasta 48 km de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base (a diferencia de las 18
microondas). WiMax es un concepto parecido a Wi-Fi pero con mayor cobertura y ancho de banda. [5] 1.8.6. RED MESH: Una Red de Malla Inalámbrica (WMN) se compone de nodos de la malla que forman la columna vertebral de la red. Los nodos son capaces de configurarse automáticamente y volver a configurarse de forma dinámica para mantener la conectividad de la malla. Esto le da a la malla características de "auto-formación" y "autoreestructuración". En estas redes se diferencian: Cliente mesh, Router mesh y Gateways. Los Clientes mesh suelen ser computadoras tanto fijas como móviles, celulares y cualquier otro dispositivo inalámbricos. Los Router mesh, son los encargados de reenviar el tráfico generado por los clientes hacia los Gateways, estos últimos son los que proveen de conexión a Internet a la red mesh. A diferencia de las redes inalámbricas punto-a-multipunto las cuales se calculan con un radio de cobertura que se ve afectado principalmente por la geografía del terreno o por la distribución de edificios, en una red mesh no existe un radio de cobertura como tal y lo que se tiene en realidad es una nube mesh formada por los Router mesh donde se les puede brindar servicios a los Clientes mesh. Esta nube por las características de la red mesh puede sobrepasar obstáculos con gran facilidad sin necesidad de usar grandes torres o altas potencias de transmisión. Una WMN ofrece redundancia en cuanto a los caminos disponibles para llegar a destino, esto es gracias a que un nodo tiene contacto con varios nodos y en caso de que uno falle puede llegar a destino a través de otro. [8] 19
VENTAJAS: Es una red confiable dado que si uno de sus nodos sufre daños, la posibilidad de que intervenga con las acciones de los demás nodos es casi nula. Fácil instalación, cuando un nodo encuentra a otro, está listo para brindar servicio. Se puede enviar información entre nodos. Red robusta y adaptable. Bajo consumo de energía. Entornos urbanos y rurales. Escalable. DESVENTAJAS: Latencia, debido a la cantidad de saltos que da desde su partida hasta su destino (Retardo de propagación de los paquetes). Puede haber interferencias por el limitado número de frecuencias de las redes WLAN. Los datos que se intercambian pueden ser interceptados. Rendimiento (Disminución del rendimiento). Seguridad (Fácil acceso a la red). 20
1.8.7. DD-WRT: DD-WRT es un firmware libre para diversos routers inalámbricos o WiFi, es muy común observarlo en equipos Linksys WRT54G (incluyendo los modelos WRT54GL, WRT54GS y WRT54G2). Ejecuta un reducido sistema operativo basado en Linux. Está licenciado bajo la GNU General Public License versión 2. DD-WRT es mantenido por Brain Slayer en dd-wrt.com. Las versiones hasta la v22 estaban basadas en el firmware Alchemy desveasoft, que a su vez estaba basado en el firmware original de Linksys. Desde la v23 en adelante están basadas en OpenWrt, que empezó siendo un firmware basado en el de Linksys pero más tarde cambió a su propio framework. Todos los firmwares están basados en Linux. DD-WRT, OpenWrt y Alchemy también incluyen otros proyectos de código abierto. Aparte de otras características que no se encuentran en el firmware original de Linksys, DD-WRT incluye el dominio de la red de juego Kai, IPv6, Sistema de Distribución Inalámbrico (WDS: Wireless Distribution System, en inglés), controles avanzados de calidad de servicio (QoS) para la asignación de ancho de banda y control de potencia (con un ajuste posible de hasta 251mW, mucho mayor que la potencia por defecto del router). [14] 21
Características de DD-WRT: dentro de sus principales características tenemos: Modo Ad Hoc. Soporte para IPv6. Administración de Ancho de Banda QoS (Optimizado para Juegos y Servicios de Red / Mascara de Red (Netmask) / MAC / Prioridad de Puerto Ethernet). Enrutamiento: Entradas estáticas y Compuerta (Gateway), BGP, OSPF, RIP2 & OLSR (en la versión 23 SP3 para redes mesh). WDS: Wireless Distribution System o Sistema de Distribución Inalámbrico Asignación de direcciones IP estáticas vía DHCP. Ajuste de Potencia de Transmisión (0-251mW, el predeterminado es 28mW, 100mW es seguro). [14] 22
CAPÍTULO II 2. MATERIAL Y MÉTODOS: 2.1. METODOLOGÍA: 2.1.1. METODOLOGIA TOP - DOWN PARA REDES: Para el diseño de la red usaremos la metodología Top-Down de Cisco, que se centra en las necesidades de análisis de requerimientos y diseño arquitectónico de las Redes de comunicaciones, que debe completarse antes de la selección de determinados componentes específicos para construir la red física. Un proceso Top-Down se puede aplicar a las redes de todo tipo, incluyendo la antigua con redes de 10-Mbps Ethernet, así como con redes Gigabit Ethernet, Red óptica síncrona (SONET) y redes inalámbricas. Es una metodología que propone 4 Fases, para el diseño de redes: Análisis de Requerimientos. Desarrollo del Diseño Lógico. Desarrollo del Diseño Físico. Probar, Optimizar y Documentar el Diseño de la Red. 1.- Análisis de Requerimientos: La meta de esta actividad es satisfacer los requerimientos inmediatos, identificando los objetivos para luego pasar al diseño Lógico. 23
2.- Desarrollo del Diseño Lógico: 2.1.- Diseño de una Topología de Red: El diseño de una topología de red es el primer paso en la fase de diseño lógico de la metodología de diseño de red Top Down. Para encontrar los objetivos de un cliente para escalabilidad y adaptabilidad, es importante una topología lógica antes de seleccionar productos físicos o tecnologías. 2.2.- Diseño de un modelo de Direccionamiento:. En esta parte se enfoca en el Protocolo de Internet (IP), el direccionamiento y el nombramiento. 2.3.- Selección de Protocolo de Enrutamiento: Seleccionar correctamente el protocolo de enrutamiento para el diseño de la red. 3.- Desarrollo del Diseño Físico: Esta fase implica en seleccionar las tecnologías y dispositivos específicos que darán satisfacción a los requerimientos de acuerdo al diseño lógico propuesto. 3.1.- Selección de Tecnologías y Dispositivos para la Red: Tecnologías como tipo de Inalámbrico y su arquitectura, routers, radio enlaces, etc. 3.2.- Selección de Posición de Puntos de Acceso: Localizar el área de investigación en la que se implementará la red. 24
3.2 Esquema Físico de la Red: Distribución y propagación de los routers que permita conocer la cobertura de cada nodo y así planificar el enlace. 4.- Probar, Optimizar y Documentar el Diseño de la Red: Simular la Red Inalámbrica Comunitaria mediante un software y realizar la documentación. Fig. 4: Diseño de Redes Top-Down. 25
2.2. RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN: 2.2.1. DOCUMENTAL: La investigación será realizada en base a consultas de libros, artículos, etc. Fue necesario revisar la documentación de otros proyectos a nivel del mundo donde se han implementado Redes Inalámbricas Comunitarias para obtener un punto de referencia para el Diseño de la Red. 2.2.2. ENCUESTA: Se realizó en una comunidad con el propósito de adquirir necesidades y carencias de la zona. 2.2.3. VIA WEB: A través de éste servicio, nos permitió: Recopilar información de la teoría aplicada a problemas relacionados al tema de investigación. Indagar tesis y libros en la red para afianzar nuestros conocimientos. 2.3. UNIVERSO Y MUESTRA: 2.3.1. UNIVERSO: Sectores Rurales del Departamento de la Libertad. 2.3.2. MUESTRA: Curgos Zona Rural ubicada en Huamachuco. 26
2.4. VARIABLES DE INVESTIGACIÓN: 2.4.1. VARIABLE INDEPENDIENTE: Redes Inalámbricas Comunitarias. INDICADORES: Rendimiento de Red, Velocidad de Transmisión, Infraestructura, Fiabilidad. 2.4.2. VARIABLE DEPENDIENTE: La Comunicación y Desarrollo de los Sectores Rurales. INDICADORES: Crecimiento tecnológico, Rendimiento Intelectual, Acceso a Información, Interconexión. 27
CAPÍTULO III 3. RESULTADOS: 3.1. FASE I: Análisis de Requerimientos: Dentro del levantamiento de los requerimientos la principal necesidad identificada es el acceso a Internet y la comunicación, lo cual es un requerimiento posible de solucionar en la implementación de este proyecto, este requerimiento se hizo frecuente ya que la percepción de la comunidad frente a la red es Internet como herramienta educativa que apoya los procesos de aprendizaje. Se hizo un estudio para entender las necesidades que se tiene frente a proyectos similares, y asi analizar y poder simular las redes inalámbricas comunitarias para poder cumplir con estos requerimientos. 3.2. FASE II: Análisis del Desarrollo del Diseño Lógico: 3.2.1. Diseño de una Topología de Red: Topología Básica de la Red: La Topología Malla es una opción interesante no sólo en entornos urbanos, sino también en zonas remotas cuando la infraestructura central es difícil de implementar. Los casos típicos son las redes municipales, redes de campus y comunidades de vecinos. Utilizaremos la topología de malla parcial, donde los nodos están conectados a sólo algunos, no todos, de los otros nodos. 28
Fig. 5: Topología Malla Parcial. En los últimos años y en relación con las redes inalámbricas, el término "malla" se utiliza a menudo como sinónimo de "ad hoc". Todos los nodos de ésta malla deben tener el mismo protocolo de enrutamiento, pero pueden ser de diferentes sistemas operativos y tipos de hardware. La configuración de una red de malla es dependiente al protocolo de enrutamiento. La siguiente tabla muestra algunos parámetros típicos: CONFIGURACION NODO X1 NODO X2 Modo Ad hoc. Ad hoc. SSID Mi SSID. Mi SSID. Canal Canal x. Canal x. Dirección IP Normalmente estática y configurada manualmente. Normalmente estática y configurada manualmente. Dirección MAC Podría fijarse el uno al otro. Podría fijarse el uno al otro. Tabla 2: Configuración típica de una red de malla. 29
3.2.2. Diseño de un Modelo de Direccionamiento: Durante el diseño de la red se hizo un estudio de los proyectos de redes inalámbricas comunitarias, en el estudio se hizo la propuesta del direccionamiento IP a utilizar en el proyecto para sentar una base antes de que se interconecten los nodos. Empezaremos con una red pequeña para poder hacer el estudio respectivo y algunas pruebas, luego, poder extenderla a más gente de la comunidad, Para decidir la cantidad de hosts que debería tener cada subred y cómo estas subredes serían distribuidas a los barrios e integrantes que deseen participar en el proyecto de aquella zona rural, teniendo en cuenta características técnicas de los equipos inalámbricos más utilizados en este tipo de proyectos, e inclusive condiciones geográficas y sociales que podrían afectar en la cantidad de equipos en la zona. CONSIDERACIONES: Los Nodos o puntos de acceso comerciales permiten hasta 200 clientes inalámbricos pero por cada cliente la calidad de la señal disminuye, se calculan 14 clientes por punto de acceso para garantizar la calidad de ancho de banda. Los AP comerciales no soportan más de una dirección IP por interface y por lo tanto no se les podría asignar otra subred en caso de necesitarla. El segmento 172.16.x.x será distribuido entre clientes y servidores de la red. 30
SUBRED 172.16.X.X: Se escoge utilizar una dirección clase B ya que es la clase soportada por los routers que más subredes pueden ofrecernos de esta manera hacer una planeación que nos permita tener direcciones suficientes para un crecimiento exponencial del proyecto entre las comunidades. 3.2.3. Selección de Protocolo de Enrutamiento: Para la implementación fue escogido el protocolo de enrutamiento OLSR por su naturaleza de enrutamiento dinámico y proactivo, otro factor decisivo fue utilizar un protocolo no propietario y OLSR cumple estas especificaciones, su implementación es sencilla a nivel de firmwares, es utilizado en redes comunitarias a nivel del mundo con la ventaja de ser el protocolo más implementado. OLSR: OPTIMIZED LINK STATE ROUTING (RUTA DE ESTADO ENLACE OPTIMIZADO) Es un protocolo del tipo pro-activo, es decir que cada nodo mantiene actualizada, en todo momento, su tabla de ruteo incluyendo a todos los posibles destinos en la red mesh. La desventaja de un protocolo pro-activo es que impone una carga adicional en la red debido a la transmisión permanente de mensajes de control. Como ventaja cuando un nodo debe enviar un paquete a un destino siempre estará dispone la información necesaria en su tabla de ruteo para poder hacerlo por lo tanto no introduce demoras para iniciar la comunicación. La permanente actualización del estado de la red necesita un intercambio de mensajes de control entre los nodos, esto implica un aumento de tráfico y contribuye a la congestión de la red. Para optimizar la difusión de mensajes, OLSR utiliza la técnica de 31
Retransmisores Multipunto ; cada nodo selecciona un conjunto de nodos vecinos como Retransmisores Multipunto (MPR, Multipoint Relays). Estos nodos seleccionados son los encargados de reenviar el tráfico de control destinado a difundir en toda la red. Cada nodo OLSR mantiene permanentemente rutas para alcanzar a cualquier destino en la red, por esa característica este protocolo se ve favorecido por los patrones de tráfico donde un gran número de nodos se comunica con otro gran número de nodos y donde el par [fuente, destino] cambian en el tiempo. OLSR está diseñado para trabajar en una red completamente distribuida sin depender de un equipo central. Tipos de mensajes: Mensajes HELLO: realizan la tarea de censar el estado del enlace y la detección de vecinos. Son enviados periódicamente por cada nodo de la red a sus nodos vecinos, pero nunca son retransmitidos más allá del primer salto desde su emisor (alcance local). Mensajes TC (Topology Control): A través de ellos, los nodos informan al conjunto de la red acerca de su topología cercana. Al contrario que los HELLO, los mensajes TC son de alcance global y deben llegar a todos los nodos de la red. OLSR está implementado en el firmware DDR-WRT v23 SP3, seleccionado para los routers que trabajarán en la red inalámbrica. 32
3.3. FASE III: Análisis del Desarrollo del Diseño Físico: 3.3.1. Selección de Tecnologías y Dispositivos para la Red: 3.3.1.1. Arquitectura de la Red 802.11: HÍBRIDA De Infraestructura (BSS) Y De Ad-Hoc (IBSS): De Infraestructura: Una red IEEE 802.11 está basada en una arquitectura celular en la que el sistema se divide en Estaciones Básicas de Servicio (BSS, Basic Service Set). Cada célula está controlada por un Punto de Acceso (AP, Acces Point), en este caso utilizaremos un router AP de marca Linksys de Cisco modelo WRT54GL. Un sistema puede contar con una o varias células. En este sistema, los diferentes AP se conectan entre sí mediante un Sistema de Distribución (DS, Distribution System), típicamente Ethernet, aunque en algunos casos también puede ser inalámbrico como en este caso. Todo este conjunto de células interconectadas se ve como una única red desde los protocolos de las Capas Superiores (ESS, Extended Service Set). Cada router Linksys tendrá un identificador SIDD, que debe ser el mismo en todos los AP de ESS. Todos los clientes se conectarán y comunicarán a los puntos de Acceso Linksys WRT54GL, de manera tal como se muestra en el siguiente gráfico: 33
Fig. 6: Estructura de una ESS compuesta de 2 BSS. De Ad-Hoc: En esta estructura no existe un dispositivo de control, cada estación se comunica con la otra en forma directa, en el proyecto esta estructura está dada sólo entre los routers Linksys WRT54GL. Este es el Conjunto de Servicios Independiente (IBSS, Independent Basic Service Set). Fig. 7: Estructura Ad-Hoc conformados por los router WRT54GL. 34
3.3.1.2. Router Linksys WRT54GL y Firmware DDR-WRT v23 SP3: Se instalará el Firmware DDR-WRT en el router Linksys WRT54GL, que es el más apropiado para éste tipo de proyectos en redes malla. Para esto es necesario restaurar los valores por defecto de los routers antes de hacer el cambio de FW. Este firmware fue analizado, pero la documentación de cada uno de los proyectos y la complejidad de instalación llevo a escoger una versión que integrara el soporte mesh de manera sencilla y el protocolo de enrutamiento OLSR. La versión escogida fue la DDR-WRT v23 SP3, otro factor que lleva a la decisión de utilizar esta versión fue la traducción al español de la interface web del firmware. Configuración de OLSR en DDR-WRT v23 SP3: Se Probará los siguientes pasos para tener el OLSR funcionando: Bajo la pestaña Wireless -> Basic Setting: Activar el modo ad-hoc. Configurar el modo wlan (b, g, mezclado...) Configurar la SSID. Configura el canal. configura una IP. configura la mascará de subred. 35
Bajo la pestaña Setup -> Advanced Routing Configurar el Modo de Operación a OLSR. Mantener la configuración básica del OLSR. Agregar la interface wlan correcta al OLSR. Dejar tal cual la configuración de la interface para hacer pruebas. Fig. 8: Actualización de Firmware DD-WRT en router Linksys WRT54GL. 36
3.3.2. Selección de Posición de Puntos de Acceso: En primer lugar fue necesario realizar un estudio del lugar donde se desea implementar la red inalámbrica para identificar el área que dé cobertura, para esto se utilizó una fotografía satelital: Fig. 6: Toma Satelital de Curgos-Huamachuco (Área de instalación de la red). 3.3.3. Esquema Físico de la Red: Identificado el campo de acción se describe a través de un diagrama la topología de la red y ubicación de los equipos inalámbricos los equipos inalámbricos para dar cubrimiento a la zona deseada. 37
Comunicación y Desarrollo en Sectores Rurales del Departamento de la Libertad 38
3.4. FASE IV: Probar, Optimizar y Documentar el Diseño de la Red: Realizar la Simulación de las Redes Inalámbricas Comunitarias, mediante un software y realizar la documentación. Esta fase está determinada para la Tesis del Proyecto. 39
4. DISCUSIÓN. Antes de desarrollar el objetivo general se realizó el primer objetivo específico el cual tuvo como fin analizar las Redes Inalámbricas Comunitarias mediante el estudio de las Redes Mesh y sus aspectos más trascendentales y relevantes. En el punto 1.8 se hace el análisis correspondiente citando las ventajas y desventajas de éstas redes. Con esto podemos garantizar la interconexión y por tanto acabar con la falta de comunicación en las zonas rurales. Otro punto específico, es la de diseñar la Red Inalámbrica Comunitaria, el cual en el punto 3.2 y 3.3, con el estudio del diseño lógico y físico de la red, nos permitirá ver la robustez y la escalabilidad de la red en las zonas rurales. 5. CONCLUSIONES: Al realizar la presente investigación, se ha concluido que: 5.1. El estudio y el análisis de las Redes Inalámbricas Comunitarias aporta con la solución de la falta de comunicación en las zonas rurales. 5.2. El diseño de las Redes Inalámbricas Comunitarias permiten un punto de desarrollo tecnológico, proporcionando así un crecimiento en rendimiento intelectual e interconexión en las zonas rurales, usando internet como herramienta de apoyo. 40
6. CITAS Y REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 6.1. Bibliográficas: [1] Fernando Pedraza Martínez (2008). Diseño e Implementación de la Red Inalámbrica Comunitaria para la localidad de Ciudad de Bolívar. Bogotá. [2] Lilian Chamorro, Ermanno Pietrosemoli (2008). Redes Inalámbricas para el Desarrollo en América Latina y el Caribe. Colombia. [3] Fernando Pedraza, Carlos Gómez y Octavio Salcedo (2012). Implementación de Red Inalámbrica para Ciudad Bolívar. Bogotá. [4] Mauricio Albarracín A. (2009). Redes Inalámbricas Comunitarias. Colombia. [5] Ernesto Cabrera Rosero (2008). Redes Inalámbricas Comunitarias aplicadas en ciudades y sectores rurales para su desarrollo. Colombia. [6] Hugo Carrión Gordón (2008). Conectividad rural para el desarrollo. Experiencias en Ecuador. Ecuador. [7] Gerardo Roman Piermattei Monney (2011). Análisis de los protocolos de ruteo OLSR y AODV enn redes Ad-Hoc IBSS. 6.2. Web Sites: [8] Margaret Rouse (2009). Red Inalámbrica de malla (WMN). Recuperado de http://searchnetworking.techtarget.com/definition/wirelessmesh-network. [9] BogotaMesh (2011). Redes Inalámbricas Comunitarias están desarrollándose en Bogotá. Recuperado de 41
http://www.hollmanenciso.com/es/content/redes-inalambricascomunitarias-estan-desa. [10] Wikimedia (2013). Tecnologías de la Información y Comunicación. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/tecnologias_de_la_informació_y_la _comunicación. [11] Roberto Moreano Viteri, Alejandro Godoy Vaca (2011). Red Inalámbrica tipo malla (WMN). Recuperado de http://www.uisek.edu.ec/publicaciones/anuario%20uisek%2 02011/11)%20Moreano%20&%20Godoy%20(2011)%20Red%2 0inal%C3%A1mbrica%20tipo%20malla%20(WMN)%20bajo%2 0el%20est%C3%A1ndar%20802.11%20para%20la%20UISEK. pdf. [12] Cristian Jiménez (2012). Redes de Interconexión. Hub, Switch y Routers. Recuperado de: http://www.monografias.com/trabajos90/redes- Interconexion/redes-interconexion.shtml [13] ComDatosGrupo4. Principios de Comunicación y Enrutamient Disponible en: https://sites.google.com/site/comdatosgrupo4/contenidos/cap4_ conmutacion-enrutamiento. [14] DD-WRT.com (2013). qué es DRT?. Disponible en: http://www.ddwrt.com/wiki/index.php/%c2%bfqu%c3%a9_es _%22DD-WRT%22%3F#Versiones_de_DD-WRT_v23 42