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CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

El marco metodológico incluye el tipo de investigación, las técnicas,

procedimientos y metodología que serán utilizados para llevar a cabo la

investigación. Con este procedimiento se realizará el estudio y responder a lo

planteado para el efecto del diámetro de la gota de lluvia en la atenuación a la

frecuencia de 2,4 Gigahertz.

1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

Para Arias (1999) el tipo de investigación se refiere al grado de profundidad

con que se aborda un objeto o fenómeno.

De esta manera, Sabino (1996) señala que el tipo de la investigación puede

subdividirse según su propósito: Básica y Aplicada y según la profundidad con que

se aborda el tema: Exploratoria, Documental, Descriptiva, Correlacional y

Explicativa.

Considerando lo anteriormente expuesto, esta investigación según su

propósito es del tipo Básica, debido a que el trabajo tiene por finalidad recolectar

datos empíricos para formular, ampliar o evaluar teorías en un período de tiempo

(Arias). En este sentido, esta investigación busca simular el efecto de la lluvia con

la variación del diámetro de la gota, en un enlace inalámbrico para recolectar

62

63

información que permita establecer su efecto en la atenuación originada por el

diámetro de la gota de lluvia a la frecuencia de 2,4 GHz.

Dentro de estas investigaciones se conciben hipótesis descriptivas, las

cuales tienen la particularidad de ser generales y especificas, permitiendo la

comprobación (por la verificación) de los supuestos planteados por el investigador

(Bavaresco, 1994).

Según José V. Altamirano (1991) la investigación explicativa es la

explicación que trata de descubrir, establecer y explicar las relaciones

causalmente funcionales que existen entre las variables estudiadas y sirve para

explicar cómo, cuándo, dónde y por qué ocurre un fenómeno (...).

En este aspecto, la presente investigación pretende correlacionar el

diámetro de la gota de lluvia como uno de los factores de atenuación sobre los

enlaces inalámbricos a la frecuencia de 2,4 GHz, mediante un experimento que

evidenciara las condiciones que produce esta atenuación y el sentido en el cual,

las variables diámetro de la gota de lluvia y atenuación de la señal, guardan

relación.

2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION

Según Arias, el diseño de investigación es la estrategia que adopta el

investigador para responder al problema planteado.

En esta investigación se definirá y se justificara el tipo de investigación,

según el diseño o estrategia por emplear.

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En atención al diseño, la investigación se clasifica en investigación

experimental. Una investigación experimental es un proceso que consiste en

someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones o estímulos

(variable independiente), para observar los efectos que se producen (variable

dependiente) (Arias, pag. 48).

Según lo anterior, este tipo de investigación es experimental debido a que

en la misma se manipula la variable diámetro de la gota de lluvia, cambiando el

tamaño de la misma y variando la tasa de transmisión sobre un enlace inalámbrico

en la frecuencia de 2,4 GHz, con una potencia de señal, distancia, longitud de

onda constante, con el fin de recopilar toda la información necesaria para realizar

un profundo análisis y conocer la tasa de error en los enlaces inalámbricos a esta

frecuencia debido a la influencia pluviométrica variando el tamaño de la gota.

Para esto, se realizara un diseño experimental con arreglo factorial de los

tratamientos, Chacin Lugo (2000) afirma que este diseño se origina por la

asignación de los tratamientos a un conjunto de unidades experimentales

previamente establecidas.

Chacin Lugo expone que los experimentos factoriales investigan

simultáneamente los efectos de diferentes factores.

Un factor seria una causa o variable independiente que puede variar a

voluntad del experimentador. Un factorial sería, cada uno de los tratamientos

básicos que intervienen en la formación de una combinación de tratamientos. En

el caso particular de esta investigación tenemos dos factores: el diámetro de la

gota de lluvia y la tasa de transmisión del enlace inalámbrico.

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El termino niveles, se refiere a las diferentes clases, dosis o cantidades de

un factor. Un nivel puede ser entonces una clase, estado o cantidad particular de

un factor (Chacin Lugo). Podemos definir en esta investigación dos factores

(diámetro de la gota y tasa de transmisión) con 3 y 55 niveles, puesto que

tenemos 3 tamaños de gotas de lluvia y 55 tasas de transmisión.

El modelo que define el experimento, según Montgomery Douglas y Runger

George (2003) es el siguiente:

i= 1,2,…a

Υyt=µ+τi+βj+(τβ)y+εyk j= 1,2,…b

K=1,2,…n

Donde µ es el efecto promedio global, ϒi es el efecto de i-ésimo nivel del

factor A (precipitación) β j es el efecto del j-ésimo nivel del factor β (tasa de

transmisión) (γß) es el efecto de la interacción entre A y B (precipitación y tasa de

transmisión) y εp es un componente de error aleatorio que tiene una distribución

normal con media cero y varianza 02. En este caso el interés recae en probar la

hipótesis de que no hay efecto principal para el factor A, ni para el factor B, y

ningún efecto de interacción AB.

3. METODOLOGIA APLICADA

Para el desarrollo de esta investigación se plantearon 4 fases a seguir las

cuales tienen el propósito de satisfacer los objetivos de la investigación basados

66

en una metodología planteada por Clint Smith, (1999) donde se fundamentan los

pasos necesarios para el desarrollo de un trabajo de investigación como el

propuesto.

En consecuencia, para un mejor entendimiento de la investigación, se hace

necesario explicar de manera breve cada uno de los pasos a seguir durante el

desarrollo del experimento, con el fin de conocer el proceso para determinar la

atenuación ocasionada por el diámetro de la gota de lluvia a la frecuencia de 2,4

Ghz.

Fase I: Diseño del Microsimulador de Lluvia y Montaje de los Módulos del

Enlace Óptimo Inalámbrico.

Esta fase se llevará a cabo en las siguientes etapas:

I.1) Diseño del Microsimulador de lluvia.

El simulador de lluvia consiste en un recipiente cerrado de vidrio de 6

milímetros de espesor, rectangular de 0,5 metros de ancho, 1 metro de largo y 1

metro de altura. En el cual se conecta una bomba de agua, alimentada con un

voltaje de 110 voltios, cuya función es recircular el agua en ese recipiente. Las

conexiones para recircular el agua en este simulador consiste en un arreglo de

tuberías plásticas de 1/2 pulgada de diámetro con agujeros en un tramo. Asimismo

se construyeron 3 recipientes de forma rectangular de 90 cm de largo por 47 cm

de ancho, de material acrílico de 3, 4 y 6 milímetros de espesor, perforados, con

agujeros en toda su extensión, separados 1,5 cms aproximadamente, en los

cuales se variaron los diámetros de las gotas.

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Figura 17. Diseño del Microsimulador de lluvia.

Fuente: Jugo (2011)

I.2) Construcción del Microsimulador de lluvia

El recipiente de vidrio de forma rectangular el cual es comparado con una

pecera, es el envase que contiene el agua. El mismo se construyó de vidrio para

observar todo el proceso en detalle. En su parte posterior se instaló una bomba de

agua de ½ Hp de potencia y 110 voltios para su funcionamiento. La recirculación

del agua se hace a través de tuberías plásticas de ½ pulgada de diámetro, tanto

en la succión como en la descarga.

Para la descarga, se hizo un arreglo de tuberías en forma de un cuadrado

dividido por otro tubo, los cuales fueron perforados para simular una regadera y

cuyo caudal se regula por una válvula o llave de paso, ésta, descarga el agua

encima de bandejas construidas con material acrílico, de 90 cms de largo por 47

cms de ancho y con una altura de 7 cms para contener el agua, más liviano que el

vidrio y con mayor facilidad para ser perforada con agujeros en el fondo,

separados, con cuyos diámetros se pueden obtener gotas de 1, 2 y 3 milímetros

68

de diámetro, estos agujeros están separados 1,5 centímetros entre sí,

aproximadamente, para simular la lluvia. En total, se construyeron 3 bandejas.

Figura 18. Simulador de Lluvia

Fuente: Jugo (2011)

I.3) Prueba del Microsimulador de lluvia.

En las tuberías del Microsimulador de Lluvia, recircula el agua del recipiente

con la bomba a través de las tuberías y retorna al envase luego de caer en la

bandeja, la cual almacena de forma eventual el agua y la distribuye de manera

uniforme en el espacio interno del recipiente. La cantidad pluviométrica para esta

investigación se encuentra entre los valores de 376-570 mm, cuya característica

es considerada de normal a fuerte para las precipitaciones. Las bandejas en la

cuales se descarga con uniformidad el agua de los tubos, fueron intercambiadas

para variar el diámetro de la gota 1, 2 ó 3 centímetros de diámetro.

I.4) Prueba del Modulo de Enlace Inalámbrico.

69

Para establecer el enlace de radio frecuencia de 2,4Ghz, se conectaron dos

equipos transmisor y receptor a través del cableado coaxial en antenas en los

extremos de tres centímetros, equivalentes a ¼ de onda, los extremos fueron

conectados con conector tipo N a los equipos transmisor/receptor modelo aurora

2400, cuya potencia de transmisión es de 26 dbm, a una frecuencia de transmisión

de 2,4Ghz a 2,47 Ghz, programable en libre espectro, la potencia umbral del

receptor es de -90 dbm @10-6 de tasa de error de bit BER con margen de

desvanecimiento requerido de 38 dbm. Se conecto y ajustó el vatímetro para la

determinación de la potencia de salida en dbm. Las antenas se montaron sobre

pequeñas mesas para soportarlas y se separaron tres metros, en la búsqueda de

un nivel de señal adecuado a los niveles de RSSI óptimos. Con la finalidad de

direccionar la señal, se fabricó unos conductos con segmentos de tubos plásticos

de 3 pulgadas de diámetro.

El equipo Radio Microondas Modelo AURORA 2400, como uno de los

principales del experimento, posee características de fábrica que deben ser

interpretados bajo los valores establecidos en la siguiente tabla:

Tabla 5.

Nivel de la Señal Vs. RSSI

NIVEL DE ENTRADA

(dbm)

RSSI (VOLTAJE)

-90 1,38 -89 1,436 -88 1,492 -87 1,54 -86 1,6 -85 1,66 -84 1,71

70

NIVEL DE ENTRADA

(dbm)

RSSI (VOLTAJE)

-83 1,76 -82 1,82 -81 1,87 -80 1,88 -79 1,96 -78 2,03 -77 2,1 -76 2,22 -75 2,3 -74 2,36 -73 2,42 -72 2,48 -71 2,54 -70 2,61 -69 2,67 -68 2,73 -67 2,79 -66 2,85 -65 2,88 -64 2,94 -63 3 -62 3,06 -61 3,12 -60 3,18 -59 3,22 -58 3,24 -57 3,26 -56 3,3 -55 3,36 -54 3,4 -53 3,45 -52 3,49 -51 3,52 -50 3,57 -49 3,62 -48 3,67 -47 3,69 -46 3,73 -45 3,75

Continuación Tabla 5

71

NIVEL DE ENTRADA

(dbm)

RSSI (VOLTAJE)

-44 3,78 -43 3,81 -42 3,85 -41 3,89 -40 3,91 -39 3,93 -38 3,95 -37 4 -36 4,05 -35 4,06

Fuente: Manual Aurora 2400 La tabla 5. Representa los niveles de recepción de la señal RF,

correspondientes a cada valor de voltaje asignado de RSSI en el equipo, Este

voltaje está definido por el fabricante, cumpliendo con las normas IEEE 802.11.

Este representa la cantidad de señal de RF al momento de realizar la alineación

en las antenas y establecer la calidad de transmisión.

Figura 19. Medidor de dbm

Fuente: Jugo (2011)

Para su medición se utilizó un multímetro digital, modelo 77 III de la marca

FLUKE del cual se tomaban los valores de voltaje recibidos en el equipo receptor

AURORA 2400.

Continuación Tabla 5

72

Figura 20. Registro de Parámetros

Fuente: Jugo (2011)

Los valores recogidos en las siguientes tablas corresponden a la simulación

de una densidad pluviométrica entre 376 y 570 mm:

Tabla 6.

Valores Obtenidos con la bandeja para gota de 1 milímetro

BANDEJA PARA

GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO

NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.38 -89 1.43 -88 1.39 -87 1.40 -86 1.37 -85 1.37 -84 1.36 -83 1.36 -82 1.33 -81 1.29 -80 1.28 -79 1.9 -78 1.95 -77 1.97 -76 2.03 -75 2.10

73

BANDEJA PARA

GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO

NIVEL (dbm) VOLTAJE -74 2.20 -73 2.25 -72 2.27 -71 2.29 -70 2.33 -69 2.37 -68 2.37 -67 2.37 -66 2.37 -65 2.37 -64 2.39 -63 2.40 -62 2.39 -61 2.39 -60 2.40 -59 2.42 -58 2.42 -57 2.39 -56 2.37 -55 2.37 -54 2.40 -53 2.38 -52 2.33 -51 2.33 -50 2.33 -49 2.33 -48 2.31 -47 2.30 -46 2.40 -45 2.41 -44 2.42 -43 2.40 -42 2.39 -41 2.38 -40 2.40 -39 2.40 -38 2.40

NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE

Continuación Tabla 6

74

BANDEJA PARA

GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO

NIVEL (dbm) VOLTAJE -37 2.41 -36 2.41

Fuente: Jugo (2011)

Tabla 7.

Valores obtenidos con la bandeja para gota de 2 milímetros

BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 2

mm

NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.28 -89 1.34 -88 1.32 -87 1.30 -86 1.33 -85 1.33 -84 1.29 -83 1.37 -82 1.36 -81 1.33 -80 1.34 -79 1.33 -78 1.66 -77 1.85 -76 1.95 -75 2.05 -74 2.10 -73 2.22 -72 2.23 -71 2.27 -70 2.23 -69 2.29 -68 2.20

75

BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 2

mm

NIVEL (dbm) VOLTAJE -67 2.18 -66 2.29 -65 2.29 -64 2.32 -63 2.36 -62 2.30 -61 2.34 -60 2.36 -59 2.35 -58 2.32 -57 2.29 -56 2.39 -55 2.35 -54 2.22 -53 2.20 -52 2.18 -51 2.36 -50 2.28 -49 2.20 -48 2.28 -47 2.35 -46 2.32 -45 2.35 -44 2.33 -43 2.20 -42 2.33 -41 2.40 -40 2.31 -39 2.33 -38 2.33 -37 2.29 -36 2.30 Fuente: Jugo (2011)

NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE

Continuación Tabla 7

76

Tabla 8.

Valores obtenidos con la bandeja para gota de 3 milímetros.

BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 3

mm

NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.21 -89 1.18 -88 1.20 -87 1.30 -86 1.29 -85 1.19 -84 1.17 -83 1.18 -82 1.24 -81 1.25 -80 1.20 -79 1.29 -78 1.32 -77 1.30 -76 1.32 -75 1.33 -74 1.35 -73 1.41 -72 1.40 -71 1.39 -70 1.49 -69 1.55 -68 1.62 -67 1.60 -66 1.78 -65 1.77 -64 1.83 -63 1.80 -62 1.98 -61 2.18 -60 2.22 -59 2.19

NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE

77

BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 3

mm

NIVEL (dbm) VOLTAJE -58 2.20 -57 2.35 -56 2.28 -55 2.27 -54 2.26 -53 2.25 -52 2.14 -51 2.23 -50 2.24 -49 2.20 -48 2.33 -47 2.27 -46 2.26 -45 2.31 -44 2.33 -43 2.29 -42 2.27 -41 2.29 -40 2.30 -39 2.33 -38 2.30 -37 2.28 -36 2.24

Fuente: Jugo (2011) Obtenidos los valores de recepción se registraron los datos en tablas.

Posteriormente se analizan mediante el método estadístico ANOVA

Fase III: Análisis de los Datos

Realizada la fase experimental con la respectiva recopilación de datos, se

analizaran estos resultados, donde se realizará el análisis estadístico para diseños

experimentales con arreglo factorial de los tratamientos.

Continuación Tabla 8

78

Comparando la tabla 5 cuyos valores son los ideales y son proporcionados

por el fabricante del equipo AURORA 2400, con las obtenidas en el experimento,

se puede apreciar diferencias entre algunos valores de los resultados para la gota

de 2 m.m. y de 3 m.m., y poca o ninguna variación para la gota de 1 m.m. Es

decir, se puede interpretar en términos de estabilidad que los valores en dbm de

las tablas para el diámetro de la gota de 2 y 3 milímetros se muestran más

inestables, como los obtenidos en para la gota de 1 milímetro.

Si enfocamos estos resultados desde la figura 21. Niveles de Recepción, se

puede apreciar que esa inestabilidad o variación representan la garantía del

enlace en un sistema de comunicación. En este sentido, esta garantía en el

sistema de enlace está representado en esta figura entre -60 y -40 dbm.

Figura 21. Niveles de Recepción

Fuente: Jugo (2011)

79

Fase IV: Evaluación de Hipótesis

Analizados los resultados se evalúan las hipótesis planteada en la

investigación con el fin cumplir con los objetivos de la misma. En este sentido,

Hernández y Baptista (2006) plantean que las hipótesis estadísticas son

exclusivas del enfoque cuantitativo, que si se tiene un componente considerable

de éste y representan la transformación de las hipótesis de investigación, nulas y

alternativas en símbolos estadísticos. Se pueden formular solo cuando los datos

del estudio son cuantitativos. El investigador de traduce sus hipótesis de

investigación y su hipótesis nula en términos estadísticos.

4. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

En esta etapa se aplicaron estas técnicas para elaborar un plan detallado de los

conjunto de procedimientos por medio de los cuales se recopiló la información

necesaria para realizar el trabajo.