Download despliegue de redes wlan de gran extension: el caso de la

DESPLIEGUE DE REDES WLAN DE
GRAN EXTENSION: EL CASO DE LA
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE
VALENCIA
Jaime Lloret Mauri
Departamento de Comunicaciones
Universidad Politécnica de Valencia
e-mail : jlloret@dcom.upv.es
Abstract- This article deals with the issues related with the
deployment of wireless LAN (WLAN) of great extension.
Specifically, the studies and works developed towards the
set-up of the campus WLAN of the Universidad Politécnica
de Valencia are presented. The paper includes the
solutions taken for solving difficulties and provides a
structured method consisting on different phases which
has been applied as a working strategy in this work and
would be useful in future WLAN deployments. Colour
maps with the radio coverage of different buildings are
presented. Also wall absorption indoor and interference
between channels are discussed. The minimization in the
quantity of WLAN Access Points has been an important
premise in this work, in order to minimize budget and
interferences. Now, the university network is on the
installation phase according to the guidelines o this work
I.
INTRODUCCIÓN
Desde su aparición en el mercado las redes locales
inalámbricas (WLAN) basadas en el estándar 802.11b, [1]
[2], han experimentado un crecimiento de mercado
espectacular, tanto por las prestaciones que ofrecen como
por el bajo coste que tienen hoy en día los equipos de
transmisión. La instalación de una de estas redes en un
pequeño entorno doméstico o de oficina no supone una gran
complicación técnica, más allá de enchufar los equipos e
instalar el software necesario en los ordenadores a enlazar.
Sin embargo, cuando los requisitos exigidos a estas redes
aumentan, por ejemplo cubrir una distancia mayor o bien
proporcionar cobertura más allá de una vivienda o planta de
un edificio, el usuario se encuentra con ciertas limitaciones
técnicas que requieren un estudio detallado de la instalación
y que se escapan del sencillo concepto del ‘plug-and-play’ al
que está acostumbrado dicho consumidor de equipos
informáticos y de multimedia.
Sin embargo la complicación todavía pueda aumentar
más, cuando lo que se quiere es cubrir un área muy extensa
que incluye varios edificios así como espacios abiertos. Uno
de estos casos, es la cobertura completa de un campus
universitario. Sin duda es un caso muy interesante, dado el
interés que puede despertar a los habitantes de una
Universidad la posibilidad de conseguir cobertura de red en
José Javier López Monfort
Departamento de Comunicaciones
Universidad Politécnica de Valencia
e-mail : jjlopez@dcom.upv.es
cualquier lugar del campus, para conectar su ordenador
portátil o incluso su ordenador de mano.
Internacionalmente estas redes inalámbricas estan muy
desarrolladas, existiendo proyectos muy interesantes,
fomentados a veces por ayuntamientos que quieren dotar de
cobertura a sus vecinos, como por comunidades de usuarios
que deciden establecer su propia red particular [3]. Existen
numerosas posibilidades en el uso de esta tecnología [4] que
no requiere licencia para operar.
Por todo ello resulta indispensable que las universidades
y en concreto la Universidad Politécnica de Valencia,
cuenten con ésta tecnología de futuro.
II. ESTRATEGIAS DE TRABAJO
El despliegue de una red de las dimensiones que se
pretende tropieza con una serie de dificultades. Algunas se
intuyen a priori y otras se descubren durante el estudio para
su implantación. En cualquiera de los casos, para poder
desarrollar con éxito un proyecto de tal envergadura es
necesario contar con una estrategia de trabajo correcta.
Estas estrategias que denominaremos “Directivas de
Estudio”, se aplicarán en cada uno de los edificios a estudiar
y son las siguientes.
• Estudio e inspección detallada del edificio, tanto
visualmente mediante un recorrido del mismo, como con
el estudio de los planos.
• Realización de una serie de medidas iniciales para
obtener la media de atenuación de señal por pared (se
detalla en el punto III).
• Realización de los cálculos para la obtención de la
distancia de cobertura de un punto de acceso WLAN en
función de las paredes que atraviesa.
• Establecer el número de puntos de acceso WLAN
necesarios por planta y diseñar el mapa de coberturas
teóricamente.
• Situar los puntos de acceso en los lugares elegidos y
comprobar que la cobertura se ajusta al diseño teórico
calculado, verificando su viabilidad.
• En caso que no se consiguiera la cobertura estimada
recolocar los puntos de acceso o añadir más.
III. PÉRDIDAS DE PROPAGACIÓN EN LAS PAREDES
Un efecto propio de los edificios que no ocurre en
exteriores, son las pérdidas de propagación por causa de las
paredes. Este efecto, junto con el multicamino, resultan muy
difíciles de evaluar y existen muchos trabajos publicados
sobre modelos matemáticos de propagación en interiores.
Sin embargo a efectos prácticos de diseño, podemos recurrir
a sencillos modelos estadísticos de absorción de las paredes,
para intentar predecir cuantas paredes puede llegar a
atravesar la señal WLAN sin perder la conectividad.
Existe otro aspecto ha tener en cuenta y que hemos
comprobado a lo largo de toda la campaña de medidas en el
campus. Consiste en el distinto comportamiento que
presentan las paredes de edificios diferentes. Esto es debido
a los diferentes materiales y/o técnicas constructivas que se
emplean en cada edificio. Es por ello, que en cada uno de los
edificios hay que estimar la atenuación de las paredes.
La técnica que se ha empleado consiste en localizar en el
edificio, a ser posible, una zona de paredes consecutivas
(generalmente un pasillo de despachos contiguos), fig. 2.
Una vez localizado se miden las atenuaciones de las paredes
situando trasmisor y receptor a un metro de la pared y a cada
uno de los lados. Se miden dichas atenuaciones y
posteriormente se calcula una media, que será la que no
servirá para atenuación del resto de paredes del edificio. La
tabla siguiente muestra un ejemplo de los resultados
obtenidos es uno de los edificios.
Fig. 1. Paredes consecutivas utilizadas en las medidas de la
atenuación media de las paredes de un edificio.
Pared
Pérdidas [dB]
0-1
7.98
2-3
6.04
4-5
7.16
6-7
2.34
8-9
0.03
10-11
2.36
12-13
4.62
Media
4.36
Hay que señalar que durante las medidas se comprobó
que en los baños y sanitarios, la señal perdía mucha
potencia, habiendo casos en los que se llegó a perder hasta
incluso 20 dB. De acuerdo estas medidas, se concluye que
esto es debido a la absorción de las cañerías que atraviesan
las paredes en estos lugares. Por tanto, durante la realización
del diseño se deberá tener en cuenta que si estamos en una
zona alejada del punto de acceso que se supone debe dar
cobertura en un lugar, y justo antes tenemos unos sanitarios,
ascensores o escaleras, la experiencia nos indica que en estos
casos la señal recibida va sea de menor potencia que si fuera
una habitación normal.
La propagación de la señal entre plantas contiguas de un
edificio ies muy baja, debido al forjado metálico que las
separa que actúa a modo de pantalla. Aunque si nos
encontramos justo encima del PA de la planta inferior o
viceversa se consigue recibir algo, la señal se atenúa
rápidamente en cuanto nos alejamos. Sólo se consigue un
buen paso de señal entre plantas si el edificio dispone de
patios interiores acristalados (deslunados, tragaluces) y el
PA se sitúa allí. Esta opción se ha ensayado con éxito en
edificios que reunían dichas condiciones ahorrando PAs,
pero no es posible aplicarla en la mayoría.
Por otro lado, el residuo de propagación entre plantas
puede dar lugar a interferencias entre canales en algunos
puntos, por lo que tendremos que diseñar un plan de
frecuencias adecuado, como se explica en el punto siguiente.
IV. INTERFERENCIAS ENTRE CANALES
El estándar 802.11b dispone de 13 canales dentro de la
banda ISM que se corresponden con 13 frecuencias de la
portadora para los países que adoptan la directiva de la ETSI
Sin embargo el ancho de espectro utilizado por cada canal se
solapa con los canales adyacentes causando interferencias.
Las interferencias son mayores cuanto más cerca estén los
canales. La siguiente tabla muestra el nivel de dichas
interferencias, clasificado en tres niveles.
Canal 1
Con ayuda de la información obtenida y aplicando la
ecuación de propagación, es posible calcular una tabla que
proporcionará información sobre la distancia que se puede
alcanzar en función del número de paredes que se atraviesan.
2
3
4
Adyacentes
5 6 7 8 9 10 11 12 13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1 pared 2 paredes 3 paredes 4 paredes 5 paredes
Distancia
(m)
85
60
49
42
38
Canales que causan interferencias
Canales con riesgo a interferencias
Canales con poca o ninguna interferencia
Atendiendo a la tabla anterior, si tenemos que
seleccionar el máximo número de canales simultáneos sin
ninguna interferencia, usaremos los canales: 1 – 5 – 9 – 13.
Sin embargo si toleramos una ligera interferencia que en la
práctica no degrada el sistema usaremos: 1 – 4 – 7 – 10 – 13.
Por tanto esta segunda opción es mucho más eficiente ya que
proporciona un canal más, totalizando 5.
Para poder reutilizar estos canales, tendremos que
alejarnos lo suficiente para que la interferencia sea nula,
tanto desde un punto de vista horizontal como vertical. La
figura 2 muestra como distribuir 4 canales en un área
horizontal repitiendo canales para minimizar las
interferencias. Cada color representa uno de los 4 canales sin
interferencias entre sí. En la figura 3 se realiza lo propio,
pero teniendo en cuenta las plantas de un edificio.
Tras estos estudios previos y con los parámetros de
propagación, se evalúa si con un sólo punto de acceso
estratégicamente colocado se puede cubrir una planta del
edificio. Si resulta inviable se estudia con dos puntos de
acceso. En ningún caso se han necesitado tres.
Posteriormente al estudio teórico se comprueba in-situ la
cobertura calculada teóricamente con un PA de pruebas.
Cabe la posibilidad de que la señal no llegue tan lejos cómo
se esperaba, o que por lo contrario, ésta sea capaz de llegar a
puntos que en un principio y teóricamente no parecían
factibles. Esto se debe fundamentalmente al efecto del
multicamino, muy difícil de evaluar teóricamente. Si la
disparidad es muy grande, se puede plantear en función de
estas medidas, añadir un PA más en caso de falta de
cobertura o bien eliminar un PA en caso de sobrar.
Al finalizar el estudio de cada edificio se presentan dos
cifras de PA necesarios: una para asegurar una cobertura del
100% en toda el área y otra que viene dada por el intento de
economizar puntos de acceso, que asegurando una cobertura
del 95% reduce el número de PA necesarios en torno al
10%. En la figura 4 a) y b) se muestran las medidas finales
de cobertura para dos edificios del campus cubiertos por un
PA y dos PA respectivamente. Se puede apreciar que se ha
sacrificado la cobertura en algunas zonas extremas con el fin
de no incrementar el número de PA.
Fig. 2. Distribución óptima de 4 canales en un área horizontal.
planta 4
Respecto a los exteriores, también se han realizado
estudios de cobertura. En estos casos los cálculos son más
sencillos puesto que no se presentan obstáculos. En la figura
4 c) se muestra la cobertura del paseo central de la
Universidad. En estos casos se sustituye el monopolo
integrado del los PA por una antena exterior de mayor
ganancia. En este caso se ha solucionado empleando dos
antenas de cobertura sectorial
VI. CONCLUSIONES
planta 1
Fig. 3. Distribución óptima de 4 canales en un edificio.
V. RESULTADOS DE LAS MEDIDAS DE
COBERTURA
Siguiendo las directivas de estudio mencionadas en el
punto II, se han estudiado la totalidad de los edificios del
campus de Valencia de la Universidad Politécnica de
Valencia. En total son más de 50 edificios de múltiples
plantas que se extienden sobre un campus de unos 2
kilómetros cuadrados.
Como se describe en el punto II, la primera parte del
trabajo ha sido el estudio de los planos de los edificios y una
inspección de los mismos. Tras ello se han efectuado unas
pruebas de atenuación de paredes. Ha resultado sorprendente
durante el estudio comprobar la gran variabilidad que
presenta la atenuación de paredes entre edificios. El hecho
de que el campus de la UPV se haya ido construyendo a lo
largo de mucho tiempo y el que los materiales y las técnicas
constructivas hayan evolucionado a lo largo de este periodo
contribuye decisivamente a ello.
Mediante este trabajo se ha realizado un estudio
exhaustivo y completo de la cobertura de un campus
Universitario. Como resultado del mismo se obtienen los
lugares óptimos para el emplazamiento de los PA wireless y
mapas de cobertura de todos los edificios del campus, así
como de exteriores. Finalmente, se ha desarrollado un
método de trabajo que ha resultado satisfactorio y que podrá
contribuir positivamente en otros estudios similares en el
fututo. Actualmente se está en proceso de instalación de la
red en el campus de la UPV en base a este trabajo.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren agradecer al Centro de Proceso de
Datos de la U.P.V. y en especial a Carlos Turró, por la
colaboración mantenida en este proyecto.
REFERENCIAS
[1] M.S. Gast, "802.11 wireless networks : the definitive
guide", Ed. O'Reilly, Sebastopol, 2002
[2] B. O'Hara, "The IEEE 802.11 handbook : a designer's
companion", IEEE Press, New York, 1999
[3] http://www.wirelessanarchy.com/
[4] http://www.gaips.upv.es/
a) Primera planta del edificio de la Biblioteca
b) Primera planta del edificio de la Escuela de Telecomunicaciones
c) Cobertura de exteriores. Paseo y Ágora.
–30 > S > -50 dBm
–50 >S > -70 dBm
–70 >S > -80 dBm
Fig. 4. Resultados de cobertura en diferentes edificios del campus
S < -80dBm