Redes Inalámbricas de Larga Distancia basados en el estándar 802.11 como alternativa de bajo costo para provisión de servicios de telecomunicaciones en

Zonas Rurales y Periurbanas.

Freddy Bohorquez QuevedoTecTel Bolivia

bohorquezf@tectelbo.com

Abstract.- La familia de estándares de la IEEE 802.11, popularmente conocido como WiFi, fue definida como extensión inalámbrica de una red de área local y con alcance limitado a unos cuantos cientos de metros. Sin embargo, la gran demanda de conectividad, los costos reducidos y el avance vertiginoso en el desarrollo de equipos inalámbricos basados en IEEE 802.11 permitieron la adopción acelerada de esta tecnología, especialmente en los países en desarrollo. No paso mucho tiempo, hasta que se realicen despliegues inalámbricos de larga distancia basados en Wifi, en la mayoría de los casos se hicieron modificaciones en parámetros de tiempo en la capa de Acceso al medio (MAC) para tener radioenlaces estables de banda ancha. Muchas iniciativas de conectividad comunitaria aprovecharon adecuadamente la disponibilidad de la tecnología basada en el IEEE 802.11 para ofrecer acceso a servicios de telecomunicaciones en zonas donde los operadores tradicionales no llegan.

1.- Introducción.- La mayor dificultad para acceder a servicios de telecomunicaciones de banda ancha en el área rural y peri-urbana es la baja cobertura de la infraestructura de telecomunicaciones que existe en los países en desarrollo. La familia de estándares IEEE 802.11, popularmente conocida como wifi, fue concebida como extensión inalámbrica de redes de área local cableadas para entornos indoor y con coberturas de no más de 250m en exteriores. Sin embargo, la alta disponibilidad de equipos inalámbricos wifi, los costos cada vez menores y la creciente demanda de contar con servicios de telecomunicación a permitido adoptar y adaptar rápidamente los estándares IEEE 802.11 para el despliegue de redes inalámbricas de larga distancia a pesar de las limitaciones intrínsecas a este tipo de tecnología en estos escenarios .

2.- Modificaciones al estándar IEEE 802.11 para radioenlaces de larga distancia.- La familia de estándares IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ce, etc), más conocida como WiFi, tiene asignadas, para su operación, las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) 902-928 MHz, 2.400-2.4835 GHz, 5.725-5.850 GHz basadas en espectro ensanchado con el objeto de lograr redes de área local inalámbricas (Wireless Local Area Network, WLAN). WiFi comparte la mayoría de su funcionamiento interno con Ethernet, sin embargo difiere en la especificación de la capa

física (PHY) utilizando señales radio en lugar cable y en su capa de control de acceso al medio (MAC), ya que para controlar el acceso al medio Ethernet usa CSMA/CD, mientras que WiFi usa CSMA/CA. El gran ancho de banda (entre 1 y 11 Mbps para 802.11b y hasta 54Mbps para 802.11a/g) a un precio reducido, lo presenta como una de las mejores opciones para la transmisión de datos y redes de telefonía empleando VoIP(voz sobre IP). [1]

La sola utilización de radios de mayor potencia y mejor sensibilidad, antenas de mayor ganancia y amplificadores no garantiza un mejor desempeño radioenlaces de larga distancia, pues el problema no radica solamente en el nivel de señal, sino en la forma de implementación de la capa MAC. Parámetros tales como el slottime, ACK time-out y CTS time-out están definidos para un mayor rendimiento en interiores y para distancias muy cortas [2]. Si se quiere lograr una buena calidad en la transmisión de datos a larga distancia será necesario modificar esos parámetros.

Actualmente, muchos fabricantes de equipos inalámbricos que soportan el estándar 802.11, han optado por ofrecer modificaciones propietarias en la implementación de la capa MAC, dejando de lado CSMA/CA y optando por protocolos basados en TDMA (Time División Multiple Access). En esta línea están Mikrotik (http://www.mikrotik.com) y Ubiquiti (http://www.ubnt.com), el primero con un

protocolo denominado NV2 [3] y el segundo con AirMax [4].

3.- Despliegue de radioenlaces de larga distancia.- El éxito de un radioenlace de larga distancia depende en gran medida de la capacidad de planificación y logística en cada una de las fases: planificación, diseño, infraestructura de soporte, selección adecuada de equipos, instalación, soporte y mantenimiento [5].

La planificación incluye hacer un análisis de los requerimientos de conectividad en el sitio remoto y la disponibilidad de servicios de telecomunicaciones en el sitio de origen del radioenlace. En esta fase será necesario hacer una prospección de terreno (site survey) que permita recabar toda la información necesaria para el diseño, la implementación y operación posterior del radioenlace.

El diseño del radioenlace requerirá los datos de prospección del sitio, coordenadas geográficas, tipo de terreno, temperatura, humedad, velocidad del viento y otros datos relevantes. Si bien muchos de los fabricantes de equipos inálambricos tienen disponible software para definir la viabilidad del radioenlace, tal el caso de Ubiquiti y Canopy, la mayoría de los emprendimientos comunitarios utilizan el software gratuito RadioMobile.

Radio Mobile es un programa de simulación de radiopropagación gratuito desarrollado por Roger Coudé, trabaja en el rango de 20MHZ a 20 GHZ, y utiliza el modelo de propagación en terreno irregular (ITM, Irregular Terrain Model o modelo Longley-Rice) para predecir el comportamiento de sistemas radio, simular radioenlaces y representar el área de cobertura de una red de radiocomunicaciones [6].

La infraestructura de soporte consiste en la torrería y los brazos de montaje para las antenas. En general, junto con la protección eléctrica, absorven los mayores costos del proyecto de conectividad. El diseño del radioenlace definirá la altura mínima requerida para la viabilidad del radioenlace. Algunas iniciativas de conectividad comunitaria optan por compartir infraestructura de soporte con otros operadores de telecomunicaciones comunitarios o privados como radios de FM; en estos casos deben tomarse las previsiones necesarias para evitar interferencia y ruido en los cables de RF y de datos.

La selección adecuada de equipos deberá hacerse en base a los resultados de la simulación del radioenlace en cuanto a potencia tx de la radio, ganancia de las antenas y longitud de los cables RF. Deberá considerarse el marco regulatorio en

cuanto se refiere al uso del espacio radioelectrico, máxima potencia irradiada y equipos homologados en el país si es que fuera el caso. Otro aspecto a considerar es las características específicas del sistema operativo de los enrutadores inalámbricos.

Para una correcta instalación será necesario considerar algunos estándares en cuanto se refiere a provisión de energía, aterramiento y alineación de las antenas. La correcta documentación en esta fase permitirá un correcto soporte y mantenimiento.

En la fase de planificación debería considerarse los aspectos que garanticen la correcta operatividad de la conectividad. El soporte y mantenimiento de los equipos es el que lleva más tiempo ya en la operación del radioenlace.

4.- Servicios de Internet Compartido en una Red de servicios Ampliada del Usuario (RSAU).-

Normalmente los Proveedores de Servicio de Internet (ISP) en Bolivia no cubren servicios hacia el usuario final rural y periurbano. En general, los servicios están concentrados en zonas urbanas donde tienen despliegue de redes ADSL, Dial-Up, Wifi, Wimax, 3G y otras.

Los costos de servicios de Internet On Line (IOL) y Satelital pueden ser muy elevados para ser cubiertos por un solo usuario del área rural, con excepción de entidades financieras y Organismos Internacionales.

Esta situación ha obligado a que asociaciones de usuarios e iniciativas de conectividad comunitaria se planteen la posibilidad de extender el área de servicios de un determinado proveedor, mediante redes inalámbricas en las bandas ISM de 2.4GHZ y 5.8GHZ. Estas iniciativas contratan el servicio a un proveedor determinado y mediante una infraestructura de comunicación propia comparten el servicio [7]. En otros casos, algo más desafiantes para iniciativas comunitarias de conectividad, se transporta el servicio desde una zona donde el proveedor ofrece servicios ADSL o Wimax de menor costo, hasta la zona donde se encuentran los usuarios que compartirán el servicio [7]. La figura 1 muestra esquemáticamente este tipo de soluciones:

Figura 1. Red de Servicio Ampliada por los Usuarios, se contrata algún servicio disponible y se lo comparte mediante

infraestructura de telecomunicaciones propia.

A diferencia de una solución del proveedor (ISP) hasta el usuario final, existe infraestructura de red que depende de los usuarios y debe ser gestionada por ellos. Si bien este tipo de iniciativas disminuyen el costo por usuario hasta niveles sostenibles, requiere de gestión de red y financiera local. Es decir se debe contar con la organización necesaria y la capacidad técnica suficiente para llevarla adelante [7].

En Bolivia existen muchas de estas iniciativas impulsadas por ONGs que trabajan con Telecentros Educativos y/o Comunitarios. En los últimos años han crecido el número de estas iniciativas impulsadas por microempresas u otros actores privados, que a la par de introducir tecnología de telecomunicaciones en el área rural, van generando nuevas fuentes de ingreso y empleo. Lastimosamente, hasta la fecha no se ha logrado articular estos dos tipos de iniciativas, comunitarias y privadas, de forma que sean las primeras que asuman costos de inversión y las segundas costos de gestión y mantenimiento. Pues no siempre se logra que una iniciativa de conectividad comunitaria tenga la capacidad técnica de soporte del servicio y la iniciativa privada las utilidades suficientes [7].

5.- Conclusiones.-

La gran variedad de iniciativas de conectividad comunitaria utilizando equipos con tecnología wifi, muestra la viabilidad técnica y económica de soluciones de telecomunicaciones basadas en radioenlaces de larga distancia utilizando modificaciones comerciales al estándar de la IEEE 802.11. Si bien el estándar IEEE 802.11, en sus distintas revisiones, como extensión inalámbrica para redes de área local (LAN), no ofrece garantía de calidad de servicio para radioenlaces de larga distancia, desde sus inicios se constituyó en una alternativa por demás interesante para extender servicios de telecomunicaciones especialmente en

zonas rurales y con las modificaciones en la capa de acceso al medio (MAC) se logran prestaciones de gran calidad y desempeño.

Además, este tipo de despliegues inalámbricos interpela a la forma como hemos entendido la provisión de servicios de telecomunicación pues propone pensar en un nuevo paradigma de desarrollo de las telecomunicaciones rurales, que anteponga el interés colectivo y las necesidades de comunicación locales al lucro. Asimismo que ofrezca oportunidades económicas locales a las comunidades que se conecten al mundo mediante servicios de telecomunicación de calidad y a costos razonables. En fin, un paradigma que considere a los usuarios como actores y que permita la gestión local de servicios de telecomunicación. [8]

Referencias

[1] Camacho, L.., Quispe, R., et al. WiLD WiFi Based Long Distance. Primera Edición, Lima, GTR-PUCP, 2009.

[2] Netkrom . Tuning Access Points for Long-Distance Applications. Netkrom Whitepapers, 2005.

[3] Mikrotik Manual:Nv2, 14 December 2011 at 09:42 <http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:Nv2>.

[4] Ubiquiti Networks Introduces Revolutionary AirMax Broadband Wireless Technology. Reuter. Mon Aug 17, 2009 7:45pm EDT <http://www.reuters.com/article/idUS224132+17-Aug-2009+BW20090817>

[5] Flickenger, R., Pietrosemoli, E., et al. Wireless Training Kit, Materials for training tomorrow’s wireless trainers. ICTP-UNESCO and Radiopropagation Lab of the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP-ARPL), 2011.

[6] Grupo de Radiocomunicación, Departamento SSR, ETSIT- UPM. Tutorial de Radio Mobile. Madrid, Febrero de 2007.

[7] Bohorquez, F. Estudios de Conectividad para las localidades de Cala Cala (Uncía) y Jesús de Machaca. Comisión Episcopal de Educación (CEE), La Paz, 2010.

[8] Bohorquez, F. Informe Narrativo Final Proyecto: Comunicación para el Desarrollo Local de San Ignacio de Moxos, Beni-Bolivia. Centro de Investigación y Promoción del Campesinado (CIPCA), La Paz, 2007.