Similar a IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E INFORMACIÓN CON EL PROTOCOLO NTK (20)
ADORACIÓN EUCARÍSTICA. invitación a ser un Adorador
IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E INFORMACIÓN CON EL PROTOCOLO NTK
1. IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO
TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E
INFORMACIÓN CON EL PROTOCOLO NTK
HOLLMAN EDUARDO ENCISO ROCHA
RICARDO LANZIANO MENESES
CARLOS ÁLVARO RICO POVEDA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS
BOGOTÁ DC
2008
2. IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO
TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E
INFORMACIÓN CON EL PROTOCOLO NTK
HOLLMAN EDUARDO ENCISO ROCHA
RICARDO LANZIANO MENESES
CARLOS ÁLVARO RICO POVEDA
Trabajo de tesis
Director
Ingeniero Carlos Andrés Lozano Garzón
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS
BOGOTÁ DC
2008
3. AGRADECIMIENTOS
Desde el inicio del proyecto, se han vinculado de manera directa e indirecta una
gran cantidad de personas las cuales han brindado su apoyo al proyecto de
diferentes maneras. A todas esas personas, les agradecemos enormemente su
colaboración para la realización de este proyecto.
Queremos agradecer principalmente la Universidad de San Buenaventura por su
apoyo y facilidad con los respectivos tutores de área y laboratorios capacitados
para poder realizar algunas de las pruebas que el proyecto necesito.
Al profesor Gustavo Quiroga, que en su momento nos brindó su apoyo, tiempo,
dedicación y conocimientos referentes al tema de comunicación inalámbrica y
teoría general de antenas.
A la profesora Claudia Rodríguez, por las tutorías y gran apoyo en las clases de
anteproyecto de grado. Su colaboración referente a los temas legislativos y
regulatorios con referente a las telecomunicaciones nos brindaron un enfoque más
claro con lo referente al ámbito legal Colombiano.
Al ingeniero Carlos Lozano, por sus tutorías y acompañamientos a lo largo de este
ultimo semestre de proyecto de grado. Su colaboración y dedicación fueron pilar
de apoyo a lo largo del desarrollo ingenieril del proyecto.
Un saludo especial a Ferney en los laboratorios del hangar de la Universidad, por
su apoyo, conocimiento y acompañamiento en la construcción de los soportes
para las antenas.
A Mariana en el laboratorio de redes inalámbricas por su acompañamiento y
tiempo que nos dedicó explicándonos y ayudando con las pruebas de equipos
inalámbricos implementados junto con la utilización de los diferentes elementos
del laboratorio.
A todos los integrantes de la comunidad CogitoWireless que han venido
trabajando con nosotros desde los inicios de este proyecto y que han colaborado
iii
4. en trabajos de montaje y adecuación de nodos, junto con la difícil labor de
evangelización y concientización por parte de las diferentes comunidades de
software libre existentes en Colombia.
A la comunidad de Torre Campo por su acogida y fácil acceso a los interiores de
los conjuntos facilitándonos trabajo de campo, igualmente a todos aquellos que
nos acompañaron y nos facilitaron acceso a sus equipos de computo para la
realización de pruebas y usuarios de las mismas.
Deseamos agradecer enormemente a Mariana Barreto, por su apoyo incondicional
y su constante soporte durante los momentos más cruciales del desarrollo de este
proyecto. Queremos expresar lo importante que fue su compañía durante la
realización del mismo, y esperamos contar con su participación en proyectos
futuros.
El equipo de trabajo desea agradecer a Tania Carolina Londoño, por su constante
apoyo moral y su ayuda incondicional con todos los pequeños y grandes detalles
que alguna vez necesitamos.
iv
5. CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 11
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 12
1.1 ANTECEDENTES 12
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 17
1.3 JUSTIFICACIÓN 18
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 19
1.4.1. Objetivo general 19
1.4.2. Objetivos específicos 20
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 20
2. MARCO DE REFERENCIA 21
2.1 MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL 21
2.1.1. WiFi. 22
2.1.2. 802.11. 22
2.1.3. Topología de la red. 23
2.1.4. DTN (Delay Tolerant Networking). 24
2.1.5. Ad-Hoc. 24
2.1.6. Protocolo de enrutamiento. 25
2.1.7. GNU/Linux. 25
2.1.8. Sistemas embebidos. 26
2.1.9. Creative commons. 27
2.1.10. Potencia de Transmisión. 27
2.1.11. Mínimo nivel de señal Recibida. 27
2.1.12. Pérdida en los cables. 27
2.1.13. Pérdida en el espacio libre. 28
2.1.14. Servidor Icecast. 28
2.1.15. Servidor Web. 29
2.1.16. Servidor FTP. 30
2.1.17. Servidor IRC. 30
2.1.18. Extreme Programming. 31
2.1.19. Redes Mesh. 32
2.1.20. NTK (Netsukuku) . 33
2.1.21. WMAN. 34
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO 35
3. METODOLOGÍA 38
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIóN 38
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO
TEMÁTICO DEL PROGRAMA 38
3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 38
3.4 HIPÓTESIS 39
v
6. 3.5 VARIABLES 39
3.5.1. Variables independientes. 39
3.5.2. Variables dependientes. 40
4. DESARROLLO INGENIERIL 41
4.1 METODOLOGÍAS DE DESARROLLO 41
4.1.1. Fases del Proyecto. 41
4.2 PLANEACIÓN 45
4.2.1. Recolección de Información. 45
4.3 DISEÑO 52
4.3.1. Especificación de los servicios de red a implementar. 52
4.3.2. Selección de hardware de la red. 53
4.3.3. Diseño de la topología de red mesh. 63
4.4 IMPLEMENTACIÓN DE LA ARQUITECTURA DE RED 79
4.4.1. Adecuación de equipos. 79
4.4.2. Montaje de los equipos de comunicación. 97
4.5. VALIDACIÓN DE LA RED MESH 107
4.5.1Rendimiento de los nodos. 108
4.5.2Pruebas de disponibilidad de servicio. 110
4.5.3Pruebas de Cambios de Estados. 111
4.5.4Pruebas de Envio y Recibo de Paquetes. 113
4.5.5Pruebas de Tráfico de Servicios Combinados. 115
4.5.6Pruebas de Latencia. 117
4.5.7Pruebas de Entrada y Salida de Bits. 118
4.5.8Calidad de servicio perceptual. 120
5 CONCLUSIONES 121
6 RECOMENDACIONES 122
BIBLIOGRAFÍA 125
WEBLIOGRAFÍA 127
GLOSARIO 129
vi
7. LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Servidor Icecast 28
Figura 2 Modelo FTP 30
Figura 3 Resultados de popularidad de la comunidad en países
latinoamericanos 42
Figura 4 Recorrido realizado por el barrio la Florida 45
Figura 5 Ciudades con mayor actividad en redes Wi-Fi y Wireless 47
Figura 6 Búsqueda sobre redes inalámbricas en toda Colombia. 48
Figura 7 Popularidad según ciudades principales de Latinoamérica 49
Figura 8 Antena Omnidireccional 54
Figura 9 Patrones de radiación antena Omnidireccional 55
Figura 10. Antena Panel 55
Figura 11 Patrones de radiación antena Panel 56
Figura 12 Pigtail 58
Figura 13 Router WRT54GL 59
Figura 14 Placa puertos seriales del Router Linksys WRT54GL 60
Figura 15 Placa JTAG del Router Linksys Wrt54GL 60
Figura 16 Caja Nema 62
Figura 17 Enlaces puntos de acceso 64
Figura 18 Tipos de topologías 70
Figura 19 Diseño lógico de la red propuesta 70
Figura 20. Ejemplo de bnode. 75
Figura 21 Ejemplo de topología jerárquica de NTK 76
Figura 22 Diagrama de negociación por colisión en NTK 77
Figura 23 Diseño de red final 79
Figura 24 Modelo conceptual del sistema en OpenWRT. 80
Figura 25 Actualización del Firmware en la pestaña Administración 88
Figura 26 Firmware Actualizado 88
Figura 27 Instalación de los nodos de la red 100
Figura 28 Confirmación de directorio de acceso a la wiki 102
Figura 29 Selección de servidor web para instalar dokuwiki 102
Figura 30 Control de acceso dokuwiki 103
Figura 31 Confirmación de purga de la base de datos 103
Figura 32 DokuWiki 104
Figura 33 Enlaces realizados para las pruebas de stress 108
Figura 34 Monitoreo de procesadores 109
Figura 35 Utilización de la CPU después de 16 horas 109
Figura 36 Procesadores después de 2 días 110
Figura 37 Cambios de estados en los paquetes después de 4 horas 111
Figura 38 Cambios de estados en los paquetes después de 16 horas 112
vii
8. Figura 39 Cambios de estados en los paquetes después de 2 días 113
Figura 40 Paquetes enviados y recibidos por la interfaz Web después de 4
horas 113
Figura 41 Paquetes enviados y recibidos por la interfaz Web después de 16
horas 114
Figura 42 Paquetes enviados y recibidos por la interfaz Web después de 2
días 115
Figura 43 Tráfico de servicios combinados después de 4 horas 115
Figura 44 Tráfico de servicios combinados después de 16 horas 116
Figura 45 Tráfico de servicios combinados después de 2 días 116
Figura 46 Latencia después de 4 horas 117
Figura 47 Latencia después de 16 horas 118
Figura 48 Entrada y salida de bits después de 4 horas 118
Figura 49 Entrada y salida de bits sobre los servicios después de 16 horas 119
Figura 50 Entrada y salida de bits sobre los servicios después de 2 días 119
viii
9. LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1 Canales en 802.11g y su asignación en el espectro 23
Tabla 2 Licencias de servidores Web 29
Tabla 3 Características de servidores Web 29
Tabla 4 Plataformas operativas soportadas 29
Tabla 5 Servidores IRC 31
Tabla 6 Plataformas operativas 31
Tabla 7 Tecnologías servidores IRC 31
Tabla 8 Análisis pasivo del espectro en la zona piloto 46
Tabla 9 Estimador de ancho de banda necesario según servicios 49
Tabla 10 Ancho de banda disponible según el estándar 802.11 51
Tabla 11 Especificaciones eléctricas antena Omnidireccional 54
Tabla 12 Especificaciones mecánicas antena Omnidireccional 54
Tabla 13 Especificaciones eléctricas de la antena panel Hyperlink 56
Tabla 14 Especificaciones mecánicas de la antena panel Hyperlink 56
Tabla 15 Características técnicas del cable LMR 200 58
Tabla 16 Características eléctricas del cable LMR 200 58
Tabla 17 Puertos Seriales del Router Linksys WRT54GL 59
Tabla 18 JTAG del Router Linksys WRT54GL 60
Tabla 19 Especificaciones técnicas del Router Linksys Wrt54GL 61
Tabla 20 Interfaces del Router Linksys Wrt54GL 61
Tabla 21 Puertos del Router Linksys Wrt54GL 62
Tabla 22 Especificaciones mecánicas del Router Linksys Wrt54GL 62
Tabla 23 Distancia entre nodos 64
Tabla 24 Latitud y longitud de cada nodo 64
Tabla 25 Comparativo de las tecnologías de red inalámbricas 72
Tabla 26 Comparativo entre protocolos 74
Tabla 27 Posibles errores en el servidor FTP 86
Tabla 28 Configuración recomendada 87
Tabla 29 Tabla de direcciones IP asignadas por NTK a los nodos 90
Tabla 30 Tabla de direcciones IP asignadas por NTK a los clientes 96
ix
10. LISTA DE ANEXOS
PÁG.
Anexo A. Programa en PHP para leer archivos XML obtenidos en Kismet 132
Anexo B. Ecuación para obtener pérdida en cable LMR 200 133
Anexo C. Encuenta realizada a los usuarios de la red 134
Anexo D. Reglas de configuración de iptables para abrir los puertos que
necesita NTK 136
Anexo E. Configuración de sysctl para linux en OpenWRT 137
Anexo F. Archivo de configuración del nombre de maquina 138
Anexo G. Configuración básica de OpenWRT en modo ad-hoc utilizando el
driver B43 con MAC802.11 en WRT54GL v1.1 139
Anexo H. Parámetros para compilar e instalar NTK en los nodos 140
Anexo I. Archivo de configuración de variables UCI para NTK 141
Anexo J. Script de inicio y parada del demonio NTK para los nodos 142
x
11. INTRODUCCIÓN
La comunicación ha sido siempre un factor determinante en el crecimiento de la
información y el conocimiento interdisciplinario en la sociedad. El conocimiento no
es una medida estándar, ni mucho menos algo que exista en esta realidad, “es
una función de las organizaciones y sistemas sociales” 1. Sin embargo, el
conocimiento oculto o no difundido, no es siempre un acto en contra de la
comunidad; también es producto de la falta de canales de comunicación.
El conocimiento crece y se expande gracias a la recepción y envío de información,
la capacidad de recibir mensajes y poder reorganizarlos de manera que modifique
o aumente la información del receptor. Sin embargo, a medida que crece el
conocimiento, el individuo se estanca por su limitado acceso a la información y no
logra crecer al mismo ritmo, por lo cual se dice que la brecha digital va
aumentando.
Por los motivos anteriores, se puede ver la necesidad de construir una plataforma
para la creación de una verdadera red comunitaria (WMAN), donde los proyectos
educativos, culturales, políticos y sociales tengan acogida y se puedan difundir de
manera libre por la red, sin restricciones de ningún tipo, pero respetando los
derechos de autor.
El proyecto cogito pretende ser una plataforma de comunicación comunitaria,
expandible (se puede alcanzar hasta 2128 nodos en la red utilizando IPv6) en
usuarios, separada de Internet, sin necesidad de backbones comerciales que
contribuyan a la reducción de la brecha digital del individuo en el barrio la florida
ubicado en la localidad de Engativa en Bogotá, mediante el intercambio de
información y contenido libre.
1
BERTOGLIO, Oscar Johansen. Introducción a la teoría general de sistemas. Editorial Limusa, p.
22, 2002
- 11 -
12. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
La invención de la tecnología inalámbrica revolucionó la comunicación cuando
surgieron las estaciones de radio. Para el año de 1920, muchos operadores de
radio amateur en Estados Unidos instalaban sus propias estaciones de radio para
transmitir música y noticias. Estas estaciones podían ser detectadas dentro de una
distancia de 30/Km. a 50/Km. y las señales podían ser recogidas con cualquier
radio disponible en el mercado, o inclusive ensamblado en casa.
Luego surgieron las LAN inalámbricas (WLAN) y su nacimiento se remonta a la
publicación en 1979 de los resultados de un experimento realizado por ingenieros
de IBM en Suiza. El experimento consistía en utilizar enlaces infrarrojos para crear
una red local en una fábrica. Estos resultados, publicados en el volumen 67 de los
Proceeding del IEEE, pueden considerarse como el punto de partida en la línea
evolutiva de esta tecnología.
Las investigaciones siguieron adelante tanto con infrarrojos como con microondas,
donde se utilizaba el esquema del spread spectrum (espectro ensanchado),
siempre a nivel de laboratorio. En mayo de 1985, y tras cuatro años de estudios, la
FCC (Federal Communications Commission), la agencia federal del Gobierno de
Estados Unidos encargada de regular y administrar en materia de
telecomunicaciones, asignó las bandas IMS 2 902-928 MHz, 2,400-2,4835 GHz,
5,725-5,850 GHz a las redes inalámbricas basadas en spread-spectrum. IMS es
una banda para uso comercial sin licencia: es decir, el FCC asigna la banda y
establece las directrices de utilización, pero no se involucra ni decide sobre quién
debe transmitir en esa banda.
La asignación de una banda de frecuencias propició una mayor actividad en el
seno de la industria: ese respaldo hizo que las WLAN empezaran a dejar ya el
laboratorio para iniciar el camino hacia el mercado. Desde 1985 hasta 1990 se
siguió trabajando más en la fase de desarrollo, hasta que en mayo de 1991 se
publicaron varios trabajos referentes a WLAN operativas que superaban la
velocidad de 1 Mbps, el mínimo establecido por el IEEE 802 para que la red sea
considerada realmente una LAN
2
Industrial, Scientific and Medical. Es la banda libre de dominio público para aplicaciones
industriales, científicas y medicas.
- 12 -
13. Paralelamente las redes ad-hoc, también conocidas como modo IBBS
(Independent Basic Service Set) en la terminología usada en la especificación
802.11, se estaban implementando en todo el mundo. Estas son redes de datos en
donde sus enlaces son inalámbricos y sus nodos deben interactuar entre ellos sin
necesidad de una autoridad centralizada 3. Las redes ad-hoc son redes
inalámbricas multi-salto porque todos los nodos están dispuestos a reenviar datos
a los nodos vecinos y así la determinación de cuales nodos reenvían datos es
hecha dinámicamente basándose en algunas métricas. Esta funcionalidad es
diferente a la de las tecnologías viejas de redes en donde algunos nodos
designados, usualmente con hardware (routers, hubs, switches) y software
especializado (firewalls, filtros Web, etc.), realizan la función de reenvío de datos.
Su mínima configuración y rápida instalación, hacen de las redes ad-hoc una
solución muy confiable para situaciones de emergencia como desastres naturales
o conflictos militares.
Las redes mesh inalámbricas usan el espectro como medio de conectividad y su
topología es en malla. El término mesh es sinónimo de redes ad-hoc multi-punto 4.
Este tipo de redes ha tenido tres generaciones de tecnología, cada una
incorporando mejoras y permitiendo mayor rango, confiabilidad y eficiencia.
En la primera generación de redes mesh inalámbricas (one-radio ad-hoc wireless
mesh), una sola radio proporcionó el servicio (conexión a los dispositivos
individuales del usuario) y el backhaul (enlaces a través de la mesh a la conexión
alámbrica); así, la congestión y la contención inalámbrica ocurrían en cada nodo.
Los usuarios pronto descubrieron que solamente uno o dos saltos de radios eran
posibles entre las conexiones a la red enlazados con el mundo alámbrico. También
se presentaban problemas para el vídeo y los usos de la voz debido a la latencia
excesiva y el retraso a través de la red.
Para resolver estos problemas de congestión y contención, la segunda generación
de redes mesh fue desarrollada colocando dos radios en cada nodo, combinando
los servicios de 802.11b/g con un backhaul 802.11a. Aunque esto ofreció un
incremento en el desempeño en términos de ancho de banda con respecto a la
primera generación, algunos problemas siguieron existiendo. Con una alta
demanda de usuarios, contención y congestión seguían siendo las fallas más
significativas en los enlaces backhaul.
La tercera generación añade múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO,
Multiple Input Multiple Output) a los nodos para poder aprovechar mejor el
3
I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam y E. Caryrci, A survey on sensor networks, IEEE
Commun. Mag., vol. 40, no. 8, p. 102-114, Agosto 2002.
4
SEBASTIAN Büttrich, Capacity Building for Community Wireless Connectivity in Africa, APC,
http://www.apc.com/wireless/, Traducción por parte de TRICALCAR.
- 13 -
14. espectro, usando diferentes canales de comunicación entre los nodos más
cercanos.
Las redes mesh se subdividen en tres arquitecturas de red diferentes:
Redes mesh inalámbricas de infraestructura: enrutadores mesh crean una
infraestructura para los clientes.
Redes mesh inalámbricas de clientes: nodos cliente constituyen la red actual para
desempeñar funcionalidades de enrutamiento y configuración.
Redes mesh inalámbricas híbridas: clientes mesh desempeñan funciones mesh
con otros clientes al igual que acceder a la red a través de enrutadores mesh.
Las redes de tipo mesh se han utilizado desde su invención gracias a su
capacidad de auto regenerarse. La red puede operar de manera óptima aunque
cualquier nodo se desconecte o la conexión sufra de mucha interferencia y como
resultado se forma una red sólida y muy confiable excelente para áreas rurales 5
y/o metropolitanas donde no hay servicios de conectividad (o son muy costosos de
adquirir).
Gracias a la portabilidad, economía 6 y la autonomía de dichas redes, muchos
hobbistas empezaron a diseñar e implementar comunidades de redes
inalámbricas utilizando tecnologías inalámbricas LAN aprovechando la ventaja del
desarrollo de productos baratos y estandarizados (utilizando protocolos IEEE
802.11a/b/g) para construir clusters de redes enlazadas y comunitarias.
La mayoría de proyectos de esta índole empezaron a evolucionar en 1998 con la
masificación de productos 802.11 y lentamente se esparcieron a nivel global. Sin
embargo, a mediados del 2002 muchos de los proyectos seguían en estado
embrionario con grupos pequeños de personas experimentando con la tecnología
y enlazándose unos con otros expandiendo la cobertura.
A mediados del 2005 las comunidades inalámbricas se volvieron un fenómeno
muy popular y muchos proyectos de conectividad fueron surgiendo en diferentes
ciudades a nivel mundial. Estas redes por naturaleza tienen una topología
distribuida, en vez de la clásica topología jerárquica y esta característica hace de
estas redes la mejor alternativa para reemplazar los ya congestionados y
vulnerables backbones de la Internet cableada.
5
Wifi over 500km? Impossible?
http://wiki.whatthehack.org/index.php/Wifi_over_500_km?_Impossible?, Agosto 30, 2007.
6
Is multi-radio Wi-Fi mesh worthwhile? http://www.muniwireless.com/article/articleview/5768/1/2/,
Agosto 30, 2007.
- 14 -
15. Estos proyectos han sido la evolución del amateur radio, específicamente packet
radio en conjunto con el crecimiento de la comunidad del software libre, quien se
retroalimenta también del packet radio y comparte su cultura.
Redes de este tipo se han venido implementando en Europa desde hace ya
algunos años y algunos de esos proyectos han tenido resultados muy
satisfactorios. 7
En Alemania, la agrupación de usuarios sin ánimo de lucro ''freifunk'' tiene como
interés común las comunicaciones informáticas por medios inalámbricos y ha
venido trabajando en su infraestructura física y lógica desde hace ya algunos
años. También han impulsado el desarrollo de OLSR (Optimized Link State
Routing) ya que lo integra un firmware personalizado basado en OpenWRT
(distribución de GNU/Linux para dispositivos embebidos).
En África, diferentes proyectos para enlazar diferentes poblaciones mediante
tecnologías Wireless se han venido desarrollando con la colaboración de los
diferentes gobiernos.
En la provincia de Mpumalanga (África), se implementan este tipo de redes para
enlazar la clínica de la provincia con el fin de descubrir aplicaciones y usos que
funcionen para el staff. La clínica es una organización sin ánimo de lucro
establecida para proveer atención contra las víctimas del SIDA en el área de
Masoyi.
CIUEM (Center of Informatics of Eduardo Mondlane Universit) ha establecido dos
tele-centros en Maputo, la capital de Mozambique, aunque ahora se ha expandido
a ocho tele-centros en todo el país y muchos de ellos ubicados en áreas rurales.
Otros tipos de proyectos de redes inalámbricas se desarrollan en Mozambique
como es el proyecto Schoolnet Mozambique, el cual intenta interconectar cuatro
escuelas con el doctorado provincial de educación en la provincia de Inhambane.
El proyecto Meraka Telehealth busca interconectar las clínicas rurales en el sur de
África ya que el gobierno no puede proveer la infraestructura necesaria para un
sistema de comunicación efectivo. Este proyecto se está desarrollando usando
infraestructura de muy bajo costo.
RedLibre es otra iniciativa para la construcción de redes inalámbricas comunitarias
en España. Trabajan en conjunto con el proyecto guifi.net y tienen alrededor de
2.734 nodos en funcionamiento, 141 nodos en pruebas, 1.109 nodos planeados y
93 nodos en construcción. 8
7
Grupo de usuarios de Freifunk, http://www.freifunk.net/ , Octubre, 2007
8
Página oficial de guifi, http://www.guifi.net, Septiembre 28, 2007.
- 15 -
16. EsLaRed es la fundación Escuela Latinoamericana de Redes es una institución sin
fines de lucro dedicada a promover las tecnologías de información en América
Latina y el Caribe. Los objetivos de EsLaRed son desarrollar, promover y divulgar
en el ámbito de América Latina y el Caribe, actividades de formación de recursos
humanos e investigación en las áreas de telecomunicaciones, computación, redes
de computadores e informática en general y sus aplicaciones.
En Colombia, también existen algunos proyectos de esta índole. Altred es un
proyecto en pro de las redes libres en Colombia y se inició en Medellín a mediados
de diciembre del 2003. Los fundadores de Altred son las mismas personas que
iniciaron el proyecto de MedellinWireless y siguen activos. Otros proyectos
similares empezaron a nacer en diferentes ciudades de Colombia como
BogotaWireless, IbagueWireless, PopayanWireless, SutatenzaSinCables,
Inalámbrica DC, pero muchos de ellos se encuentran inactivos y/o abandonados.
Los proyectos más destacados son MedellinWireless y SutatenzaSinCables ya
que estos tienen algunos nodos enlazados utilizando OLSR como protocolo de
enlace. SutatenzaSinCables hizo sus pruebas de streaming de vídeo
recientemente, sin embargo, no tuvieron éxito en la transmisión.
Inalámbrica D.C. es otro proyecto de redes comunitarias tipo mesh en la ciudad de
Bogotá que tienen algunos nodos enlazados y es liderado por Gabriel Zea (Artista
y profesor de las universidades Jorge Tadeo Lozano y Universidad Nacional de
Colombia) y Camilo Andrés Lizarazo (Estudiante de Ciencias Computacionales 4-5
Semestre).
En la universidad Católica en Bogotá se ha venido trabajando en un proyecto de
grado para el diseño e implementación de una red mesh en zonas rurales para la
difusión libre de contenido mediante servidores Web u otro tipo de tecnologías
libres utilizando OLSR como protocolo de enrutamiento.
Actualmente existen pocos proyectos para la construcción de redes WMAN
utilizando NTK 9. Uno de ellos es Meganetwork, el cual intenta unificar varios
protocolos para redes mesh incluyendo NTK en un firmware personalizado basado
en OpenWRT. La red está planeada para ser construida en la ciudad de Roma,
Italia.
9
Pagina Oficial Netsukuku, http://netsukuku.feaknet.org
- 16 -
17. 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En Colombia y en la mayor parte de Latinoamérica, la brecha digital es un término
que hace referencia a las diferencias socioeconómicas entre las comunidades e
individuos que tienen o no acceso a Internet y a la información. El término no
solamente indica el acceso a Internet, sino también las diferencias de las
comunidades al utilizar las diferentes redes de información y la utilización de otras
TIC’s (Tecnologías de Información y Comunicación) de forma eficaz. También se
utiliza en ocasiones para señalar las diferencias entre aquellos grupos que tienen
acceso a contenidos digitales de calidad y aquellos que no.
Para cerrar la brecha digital es necesario el uso de un medio de comunicaciones
libre, donde el acceso no sea restringido y donde todos los pertenecientes a la red
puedan beneficiarse del contenido de los demás participantes con el uso de
licencias libres.
Sin embargo, el país todavía no ha examinado las diferentes alternativas libres
que existen para la comunicación inalámbrica. Una prueba de esto es el
otorgamiento de licencias para utilizar la banda 3.5GHz para el uso de WiMAX y
su creciente auge por parte de diferentes ISP’s. Se cree que esta solución aunque
es viable técnicamente, es descartable del proyecto por su alto costo y
especialmente por el licenciamiento de su banda. La tecnología ha avanzado
mucho desde que se empezó a regular las telecomunicaciones, en especial el
espectro 10.
Cali es una de las ciudades con más porcentaje de distribución de subscriptores
WiMAX ocupando el 34,27% de la población con acceso a Internet en Colombia.
Bogotá se encuentra en el penúltimo puesto de la lista con un 2,87% de
subscriptores. Esta cifra es muy baja ya que Bogotá tiene el 52% de usuarios de
Internet en Colombia 11.
La mayoría de protocolos para redes ad-hoc no tienen en cuenta muchos factores
inherentes a las características innatas de un enlace inalámbrico, de hecho es
imposible encontrar un protocolo que pueda cubrir y satisfacer todos los posibles
escenarios de un problema 12.
Un caso particular es el de OLSR. Este protocolo está diseñado para redes de tipo
ad-hoc y su funcionamiento es estable. Es utilizado en la mayoría de comunidades
10
“¿Que es el 'Espectro Abierto'?, ”http://www.volweb.cz/horvitz/os-info/whatis-OS-spanish.html,
Septiembre 8, 2007.
11
Informe Sectorial de Telecomunicaciones #9, Pagina 13, Agosto 2007.
12
OZAN K., Gianluigi Ferrari. AD-HOC Wireless Networks: A communication-theoretic perspectiva.,
1 ed., Wiley, 2006.
- 17 -
18. wireless. Este protocolo sufre de problemas de escalabilidad ya que nunca se
diseñó con los retos que una ciudad ofrece. Siendo así, OLSR ha pasado por una
serie de cambios en sus especificaciones y se ha probado que existen
componentes que no son eficientes en la práctica (MPR, Hysterese, etc.). Sin
embargo, dado el crecimiento constante de las redes comunitarias mesh y gracias
al requerimiento inherente de los algoritmos de estado de enlace, de volver a
calcular 13 toda la gráfica de la topología, los límites de este algoritmo se han
convertido en un reto. Volver a calcular toda la gráfica de la topología en una red
mesh con 450 nodos tomará bastantes segundos en una pequeña CPU.
También existen otros protocolos para implementar en la misma plataforma
(OpenWRT) pero se considera que el acercamiento que toma NTK para la filosofía
y topología de la red es la más adecuada, porque estructura la red de manera
jerárquica utilizando recurso mínimos de CPU y memoria en los enrutadores y
ofrece además un auto-control y descentralización de toda la red (Esta incluye
manejo de nombre de domino distribuido, auto-reparación de rutas y
descubrimiento de nuevos enlaces físicos)
Se pretende contribuir al cierre de la brecha digital del individuo en Bogotá
creando una red comunitaria de libre acceso y libre contenido, utilizando
tecnologías y frecuencias de acceso público. Con esta plataforma de
comunicaciones se podrá acercar más a las personas que no tienen recursos para
acceder a la información, brindarles un enlace para que estos accedan a ella y
ayudarlos a informarse y mantenerse en contacto con los diferentes eventos
locales y toda la información que se encuentra en la red.
¿Cómo diseñar e implementar una red comunitaria WMAN utilizando licencias y
tecnologías libres?
1.3 JUSTIFICACIÓN
Las ciudades y sus instituciones cada vez muestran más interés en proyectos que
tengan un impacto social alto y que permitan cerrar cada vez más la brecha digital.
Proyectos de tipo E-government ayudan a que esto se logre y es por eso que
tienen gran acogida dentro de un sistema, como es la ciudad de Bogotá.
El beneficio de una plataforma que permita el intercambio de información y
contenido, es de gran interés para muchos campos sociales, relacionado con:
13
Una tarea bastante retadora para las capacidades limitadas de un enrutador embebido.
Quantitive analysis of the OLSR-NG project, http://global.freifunk.net/node/16015, Noviembre 2,
2007.
- 18 -
19. • Actividades académicas (programas educacionales y culturales, desarrollo
de nuevas tecnologías, unión de semilleros de investigación.)
• Contenido (estaciones de radio, noticias, eventos culturales, televisión,
arte.)
• Información comunitaria (guías de exposiciones, mapas locales.)
• Foros de discusión (políticos, sociales, culturales, científicos.)
Todo esto se logra con el beneficio de licencias y software libres. Gracias a esta
combinación, se ha visto un gran avance en los campos de la ciencia y la
tecnología y muchas personas en el círculo de la academia 14 ven estos
acercamientos de licenciamiento los más viables para asegurar el futuro de la
investigación y el desarrollo.
Sin embargo, los canales donde se transmite esta información son muy limitados y
no son accesibles a toda la comunidad, e inclusive en algunos casos se tiene que
pagar una suma elevada de dinero para poder acceder a la información.
La mayoría de nodos en las redes comunitarias inalámbricas son implementados
usando enrutadores WiFi cuyos recursos de almacenamiento y capacidad de
procesamiento son limitados. Teniendo esto en cuenta, se necesita un protocolo
que no consuma muchos recursos a la hora de tomar decisiones y calcular las
rutas. Los protocolos de enrutamiento comunes utilizan algoritmos clásicos de
grafos, los cuales son capaces de encontrar la mejor ruta para alcanzar un nodo
en un determinado grafo, a cambio de muchos ciclos de procesamiento y mucha
memoria de los equipos.
El proyecto CogitoWireless es la plataforma de comunicación donde la gente
podrá contribuir con contenido libre, ayudando al crecimiento de la red y
disminuyendo así la brecha digital existente. No requerirá de ningún costo de
afiliación y ningún tipo de restricción en cuanto ha contenido; esto es
responsabilidad del dueño del nodo.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. Objetivo general
Implementar un prototipo funcional de una red WMAN utilizando topología mesh
para el intercambio de contenido e información utilizando el protocolo NTK
(Netsukuku).
14
ScienceCommons es un movimiento académico y científico que busca promover el uso de
licencias libres en la ciencia para ayudar a acelerar el desarrollo tecnológico y científico.
- 19 -
20. 1.4.2. Objetivos específicos
• Analizar los requerimientos técnicos y funcionales de los elementos activos y
pasivos necesarios para la red.
• Diseñar la infraestructura de comunicación de la red.
• Configurar y adecuar los nodos para la interconexión entre los mismos.
• Implantar el prototipo de comunicación de la red.
• Realizar pruebas del prototipo de red.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
El proyecto culmina con el montaje del prototipo de red WMAN en una zona de la
ciudad de Bogotá, Colombia.
Se tendrá en cuenta la posibilidad de realizar el enlace a Internet sin ser este un
requerimiento necesario para el prototipo funcional. De igual manera se considera
que no debe ser esta una prioridad ya que se busca difundir contenido libre y
generar nuevos lugares de discusión e información libres y locales. También
existen regulaciones legales con respecto a la prestación de servicio y depende
mucho del tipo de contrato que se tenga con un proveedor de un canal de acceso
a Internet.
El radio de cobertura de la WMAN no se puede estimar ni delimitar ya que a
medida que nuevos nodos entren a la red, mayor va a ser su cobertura y su ancho
de banda y por la naturaleza de la red los nodos son completamente libres de
enlazarse a un nodo vecino.
Una red completamente dinámica requeriría de actualizaciones muy frecuentes de
las rutas, afectando los requerimientos de estabilidad y escalabilidad de NTK
(Netsukuku). Por esa razón se restringe el protocolo al caso donde un nodo no
cambie de ubicación física de manera rápida o frecuente. Esta restricción es
completamente válida, ya que la ubicación de un nodo instalado en la azotea de
un edificio, no cambiará de lugar y los únicos eventos dinámicos son la
asociación/desconexión de la red junto con los cambios en la calidad de los
enlaces.
- 20 -
21. 2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL
Existen muchos métodos de conectividad inalámbrica, sin embargo, la mayor parte
de la tecnología utilizada para dichos enlaces utiliza partes del espectro
electromagnético que requieren de licencia según los diferentes gobiernos
(dependiendo el país donde se implemente). Es por esto que la solución debe ser
de dominio y uso público, sin importar las diferencias técnicas entre las distintas
tecnologías (WiFi vs. WiMAX), ya que la única manera de brindarle a la comunidad
contenido libre es construyendo una infraestructura libre.
Para lograr la conectividad de los nodos en la red utilizando un medio inalámbrico
evitando las colisiones 15 dentro de una zona urbana, donde existe mucha
interferencia por parte de diferentes fuentes tales como teléfonos inalámbricos,
hornos microondas, árboles y edificios, se debe tener en cuenta muchos
conceptos antes de cualquier análisis y diseño. Uno de ellos es WiFi, ya que estas
certificaciones garantizan una interoperabilidad entre los equipos evaluados,
independiente del fabricante.
Así como la certificación de interoperabilidad es de vital importancia, otro de los
factores fundamentales es la plataforma operativa. La plataforma operativa (SO) 16
es la encargada de gestionar el hardware y software de los diferentes nodos de la
red. Por los motivos anteriores, se debe elegir una plataforma operativa abierta y
libre.
Sin embargo, la conectividad física es sólo uno de los factores a tener en cuenta
en la construcción de una plataforma de comunicaciones comunitaria, ya que se
deben utilizar otros mecanismos para descubrir los nodos y enlazarlos
lógicamente y de esto se encarga la topología de la red y el protocolo de
enrutamiento.
Al final, se debe asegurar que el servicio es de la comunidad y para la comunidad
y la única manera de garantizarlo es mediante el uso de licencias y acuerdos
libres. Las licencias libres son una serie de cláusulas legales para poder compartir
contenido de cualquier tipo (imágenes, videos, sonido, texto, software, etc.) para
ser modificado, sin perder los derechos de autor de la obra original y bajo una
15
IEEE Std 802.11g™-2003, Amendment to IEEE Std 802.11TM, 1999 Edition (Reaff 2003)
16
Sistema operativo, de sus siglas en ingles OS “Operating System”
- 21 -
22. serie de condiciones especificadas por el autor (dependiendo de la licencia que se
utilice).
2.1.1. WiFi. WiFi (Wireless Fidelity) es un conjunto de certificaciones 17 de
hardware basadas en las especificaciones IEEE 802.11. Es una marca de WiFi
Alliance y es la entidad comercial que prueba y certifica que los diferentes equipos
de hardware son compatibles con los estándares.
2.1.2. 802.11. Es un estándar de protocolo de comunicaciones de la IEEE que
define el uso de los dos niveles más bajos de la arquitectura OSI (capas física y de
enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN.
La familia 802.11 actualmente incluye seis técnicas de transmisión por modulación
que utilizan todos los mismos protocolos, estos son especificados en las diferentes
enmiendas de los protocolos, i.e: 802.11g usa OFDM (Orthogonal Frequency-
Division Multiplexing) como técnica de multicanalización del espectro.
Como conceptos generales se tienen:
Estaciones o nodos: computadores o dispositivos con interfaz inalámbrica
Medio: se pueden definir dos, la radiofrecuencia y los infrarrojos.
Punto de acceso (AP): tiene las funciones de un puente (conecta dos redes
con niveles de enlace parecido o distinto), y realiza por tanto las
conversiones de trama pertinente.
Sistema de distribución: proporcionan movilidad entre AP, para tramas
entre distintos puntos de acceso o con los terminales.
Conjunto de servicio básico (BSS) grupo de estaciones que se
intercomunican entre ellas. Se define dos tipos: 1) Independientes: cuando
las estaciones, se intercomunican directamente. 2) infraestructura: cuando
se comunican todas a través de un punto de acceso.
Conjunto de servicio extendido (ESS) es la unión de varios BSS.
Área de servicio básico (BSA) es la zona donde se comunican las
estaciones de una misma BSS, se definen dependiendo del medio
Movilidad este es un concepto importante en las redes 802.11, ya que lo
que indica es la capacidad de cambiar la ubicación de los terminales,
variando la BSS. La transición será correcta si se realiza dentro del mismo
ESS en otro caso no se podrá realizar.
Límites de la red los límites de las redes 802.11 son difusos ya que pueden
solaparse diferentes BSS.
17
WiFi Alliance website, http://wi-fi.org/, Octubre 11, 2007.
- 22 -
23. Tabla 1 Canales en 802.11g y su asignación en el espectro 18
Canal Frecuencia central (GHz)
1 2,412 GHz
2 2,417 GHz
3 2,422 GHz
4 2,427 GHz
5 2,432 GHz
6 2,437 GHz
7 2,442 GHz
8 2,447 GHz
9 2,452 GHz
10 2,457 GHz
11 2,462 GHz
12 2,467 GHz
13 2,472 GHz
14 2,484 GHz
2.1.3. Topología de la red. La topología de red es la constitución física de los
nodos en la red y como se interconectan entre ellos. Para construir la topología es
necesario trabajar con protocolos y estándares que reúnan las características
necesarias para armar toda la estructura de conectividad física. La topología
define las reglas que deben seguir todos los nodos que hagan parte de la red,
junto con una serie de casos en los cuales se establece cómo se debe interactuar
con los componentes. En una topología de red se deben tener en cuenta los
siguientes elementos:
• Hardware
• Software
• Operabilidad
• Escenarios
• Interconexión
• Compatibilidad
• Análisis y diseño
18
AICHELE, Corinna., FLICKENGEN, Rob., FORSTER, Jim. Redes inalámbricas en los países en
desarrollo, 2 ed., Limehouse book sprint team, 2007 p. 331.
- 23 -
24. Existen diferentes tipos de arquitecturas:
• Centralizadas
• Estrella
• Árbol
• Descentralizadas
• Malla
• Híbridas
2.1.4. DTN (Delay Tolerant Networking). DTN es un paradigma o aproximación
a las arquitecturas de redes de computadores que busca solucionar los problemas
técnicos en ambientes de conectividad móvil y extremos, que no poseen una
conectividad de red constante 19. En un esquema DTN, mensajes de longitud
variable asíncronos son enrutados de manera store-and-forward (guardar y
reenviar) entre los nodos participantes sobre diferentes tecnologías de transporte
de red (sea IP u cualquier otro mecanismo). Por estas razones, esta arquitectura
funciona como una red overlay 20.
DTN nació del esfuerzo de investigación realizado para solucionar problemas en
enlaces de Internet interplanetarios 21, pero se ha ido adecuando para redes
móviles terrestres. Actualmente se prefiere el término Distruption-Tolerant
Networking, ya que este último aplica en muchos más casos gracias a que la
interrupción del servicio puede ocurrir por los límites del alcance de radio del nodo
o, fuente de energía o, distribución de nodos o, ruido, etc.
2.1.5. Ad-Hoc. Una red ad-hoc es definida como una red multi-salto donde sus
nodos son capaces de interactuar entre sí sin necesidad de alguna autoridad
centralizada. Las restricciones implícitas de las redes ad-hoc tales como el mismo
nivel de jerarquía de los nodos y su energía finita hacen del diseño de este tipo de
redes una tarea bastante complicada.
En la literatura se ha prestado mucha atención al campo de las redes ad-hoc
desde hace unos años 22 gracias a los nuevos escenarios de comunicación tales
como las redes de sensores. A la par se ha venido trabajando en el campo de
19
IPN RESEARCH GROUP. Delay-Tolerant Network Architecture: The Evolving Planetary Internet.
Agosto 2002. http://www.ipnsig.org/reports/draft-irtf-ipnrg-arch-01.txt
20
BURLEIGH, Scott, HOOKE, Adrian, FALL, Kevin. Vint Cerf. Delay-Tolerant Networking: An
Approach to Interplanetary Internet. EEE Communications Magazine, Junio 2003.
21
InterPlanetary Internet website, http://www.ipnsig.org/
22
C. Schurgers, V. Tsiatsis, S. Ganeriwal y M. Srivastava, Topology management for sensors
networks: exploiting latency and density, Lausanne, Suecia, Junio 2002
- 24 -
25. investigación de nuevos protocolos de enrutamiento para este tipo de redes,
apoyándose en la experiencia y conocimiento adquirido de las redes cableadas,
donde los enlaces de comunicación entre nodos eran bastante confiables y el
enrutamiento podía ser estudiado y diseñado independiente de las características
del medio físico.
En las redes ad-hoc inalámbricas se tienen otro tipo de consideraciones los cuales
no se han definido por completo en la actualidad, sin embargo, la necesidad de
conexión en cualquier lugar bajo cualquier condición ha impulsado el desarrollo y
la investigación en estas áreas.
Una de estas consideraciones es la movilidad; sin embargo, esta variable no es
actualmente un factor crítico definitivo en el impacto de las redes WiFi, ya que la
movilidad voluntaria de un nodo junto con su antena es nula, disminuyendo el
número de escenarios a considerar en el diseño de los protocolos de enrutamiento
y de enlace de datos.
2.1.6. Protocolo de enrutamiento. Un protocolo de enrutamiento especifica
cómo encontrar la mejor ruta entre los nodos, dadas unas métricas y condiciones
determinadas. Existen dos tipos de enrutamiento; el estático y el dinámico.
El enrutamiento estático es utilizado cuando la tabla del nodo tiene que ser
configurada de manera manual, es decir, no aprende por sí mismo la mejor ruta,
simplemente reenvía el tráfico al vecino cercano configurado en la tabla de
enrutamiento. Este acercamiento es válido en las redes cableadas, donde se
asume que los enlaces físicos no son dinámicos y que por la confiabilidad de las
transmisiones cableadas, donde no hay preocupaciones por el estado de los
enlaces.
El otro acercamiento es el del enrutamiento dinámico, el cual es usado por los
nodos para transmitir información a otros nodos para que estos puedan calcular la
distancia más corta o más óptima (depende del tipo de protocolo). La gran ventaja
del enrutamiento dinámico es que la red es consciente de sus cambios y se
adapta a las nuevas condiciones.
2.1.7. GNU/Linux. Existen muchas definiciones de GNU/Linux, sin embargo
considerando que esta definición es la más simple, aunque es un poco vieja. Fue
extraída de la página de GRULIC (Grupo de Usuarios de Software Libre en
Córdoba, http://www.grulic.org.ar).
“Es una implementación de libre distribución UNIX para computadores personales
(PC), servidores y estaciones de trabajo. Fue desarrollado para el i386 y ahora es
el sistema operativo más portable del mundo.
- 25 -
26. Como sistema operativo, GNU/Linux es muy eficiente y tiene un excelente diseño.
Es multitarea, multiusuario, multiplataforma y multiprocesador; en las plataformas
Intel corre en modo protegido; protege la memoria para que un programa no
pueda hacer caer al resto del sistema; carga sólo las partes de un programa que
se usan; comparte la memoria entre programas aumentando la velocidad y
disminuyendo el uso de memoria; usa un sistema de memoria virtual por páginas;
utiliza toda la memoria libre para cache; permite usar bibliotecas enlazadas tanto
estática como dinámicamente; se distribuye con código fuente; usa hasta 64
consolas virtuales; tiene un sistema de archivos avanzado pero puede usar los de
los otros sistemas; y soporta redes tanto en TCP/IP como en otros protocolos.”
2.1.8. Sistemas embebidos. Los sistemas embebidos o empotrados son
sistemas de uso específico construidos sobre un dispositivo mayor. Generalmente
los dispositivos embebidos tienen finalidades muy diferentes a los computadores
personales. Las principales características que lo diferencian de los demás
sistemas son el precio y el consumo, ya que los dispositivos embebidos se pueden
producir en masa, teniendo siempre en cuenta la manera de disminuir costos sin
parar la producción de hardware. Estos dispositivos por lo general tienen
requerimientos de hardware muy específicos, como un procesador lo
suficientemente pequeño y memoria limitada para disminuir costos. Los primeros
dispositivos embebidos se desarrollaron en 1980 en los laboratorios de IBM y han
venido evolucionando para poder combatir el problema del procesamiento en
tiempo real.
El corazón principal de un sistema embebido es su microprocesador, que es una
implementación en forma de circuito integrado (IC) de la Unidad Central de
Proceso CPU de un computador. Frecuentemente se hace referencia a un
microprocesador como simplemente “CPU” y la parte de un sistema que contiene
al microprocesador se denomina subsistema de CPU. Los microprocesadores
varían en consumo de potencia, complejidad y costo.
Los hay de unos pocos miles de transistores y con costo inferior a $6.000 pesos
(en producción masiva) hasta de más de cinco millones de transistores que
cuestan más de $1’700.000 de pesos.
Estos sistemas tienen varias ventajas sobre las soluciones industriales
tradicionales entre las más representativas se encuentran:
• Reducción en el precio de los componentes hardware y software debido a la
gran cantidad de PC’s en el mundo.
• Al utilizar dichos sistemas operativos se pueden encontrar fácilmente
herramientas de desarrollo software potentes así como numerosos
programadores que las dominan, dada la extensión mundial de las
aplicaciones para PC’s compatibles.
- 26 -
27. 2.1.9. Creative commons. Es una organización no gubernamental, sin ánimo
de lucro, que fue fundada y actualmente es presidida por Lawrence Lessig
(Profesor de derecho de la Universidad de Standford, especialista en
ciberderechos). Esta organización desarrolla planes para ayudar a reducir las
barreras legales de la creatividad por medio de nueva legislación y de las nuevas
tecnologías.
Creative Commons está inspirada en la licencia GPL (General Public License) de
la Free Software Foundation (Sin embargo no es un tipo de licenciamiento de
software libre).
La idea principal es posibilitar un modelo legal y ayudado de herramientas para
facilitar la distribución y uso de contenidos para el dominio público. Ofrece una
serie de licencias, cada una con diferentes configuraciones o principios como el
derecho del autor original, a dar libertad para citar su obra, reproducirla, crear
obras derivadas, ofrecerlo públicamente y con diferentes restricciones como no
permitir el uso comercial o respetar la autoría original.
Una de las licencias ofrecidas por Creative Commons es la licencia que lleva por
nombre "Developing Nations" (Naciones en Desarrollo). Esta licencia permite que
los derechos de autor y regalías por las obras, se cobren solo en los países
desarrollados del primer mundo, mientras que las mismas se ofrecen de forma
abierta en los países en vías de desarrollo.
Las licencias han sido traducidas al castellano, portugués y catalán a través del
proyecto Creative Commons International. Existen varios países que están
involucrados en el proceso: Brasil, España, Chile, Argentina, México, Perú y
Colombia, que ya tienen las licencias traducidas y en funcionamiento. Entre tanto,
Venezuela y Puerto Rico (entre otros) se encuentran en proceso de traducción e
implementación de las mismas.
2.1.10. Potencia de Transmisión. Se expresa en mili-vatios o en dBm. La
potencia de transmisión tiene rango de 30mW a 200mW o más. La potencia TX a
menudo depende de la tasa de transmisión 23.
2.1.11. Mínimo nivel de señal Recibida. En otras palabras es la sensibilidad del
dispositivo receptor es siempre expresado como dBm negativos y es el nivel mas
bajo de señal que la red inalámbrica puede distinguir 24.
2.1.12. Pérdida en los cables. Parte de la energía de la señal se pierde en los
cables, conectores y otros dispositivos, la perdida depende del tipo de cable
23
AICHELE, Corinna., FLICKENGEN, Rob., FORSTER, Jim. Redes inalámbricas en los países en
desarrollo, 2 ed., Limehouse book sprint team, 2007. p. 55
24
Ibid., p. 56
- 27 -
28. utilizado y de su longitud. La perdida de señal para cables coaxiales lmr200 que
son los que se utilizaron es de 2 a 3 dB 25.
2.1.13. Pérdida en el espacio libre. Cuanto más lejanos los radios más pequeña
será la señal recibida por el otro radio, este tipo de perdida se da ya que la energía
de la señal se expande en función de la distancia del transmisor 26.
2.1.14. Servidor Icecast. Es un sistema de difusión de audio en Internet basado
en la tecnología de flujo MPEG. Permite enviar sonido a todos los oyentes que
soporten este formato universal.
El servidor Icecast en un servidor de archivos de medios que soporta los formatos
de compresión de audio Ogg Vorbis y MP3. Icecast puede ser usado para crear
una estación de radio o televisión por Internet. Es muy versátil en cuanto a su
capacidad para adicionar soporte a nuevos formatos, también soporta estándares
abiertos de comunicación e interacción; Icecast es también multiplataforma, la
versión 2.3 soporta plataformas UNIX: Linux, FreeBSD, OpenBSD y Solaris.
Icecast es distribuido bajo licencia GNU GPL, se puede usar sin restricciones
mientras se respeten los términos y condiciones de licencia 27.
Figura 1. Servidor Icecast
Fuente: http://www.apertus.es/productos/icecast.html
Gracias a este servicio se tendrá disponibilidad de una cantidad limitada de
usuarios, gracias a ello se podrían producir cuellos de botella debido a el ancho de
banda. Para solucionar esto se cuenta con diferentes soluciones:
• Reducción de la calidad de emisión: Icecast permite variar la calidad de
25
Ibid., p. 56
26
Ibid., p. 56
27
http: //www.icecast.org, Abril 2008
- 28 -
29. transmisión en la que se emite la señal tanto del audio como la del vídeo.
Gracias a la reducción de la calidad de emisión se podrá aumentar la cantidad
de oyentes, esto sucede porque se reduce el ancho de banda consumido en el
canal por cada oyente.
• Límite en el número de oyentes: Es posible configurar en el servidor Icecast
la cantidad máxima de clientes asociados a la emisora, de esta manera se
podrá garantizar la calidad del servicio a costo de un número limitado de
clientes.
2.1.15. Servidor Web. Es un programa que implementa el protocolo HTTP
(hypertext transfer protocol). Este programa se ejecuta continuamente en un
computador, manteniéndose a la espera de peticiones por parte de un cliente (un
navegador de Internet) y que responde a estas peticiones adecuadamente,
mediante una página Web que se exhibirá en el navegador o mostrando el
respectivo mensaje si se detectó algún error 28.
Tabla 2 Licencias de servidores Web
Servidor Licencia
AOLServer AOLserver Public License
Apache HTTP Server Licencia Apache
Cherokee HTTP Server GPL
Tabla 3 Características de servidores Web
Acceso básico Recopilación de
Servidor de acceso de Https CGI
autenticación autenticación
AOL Server SI NO SI SI
Apache HTTP SI SI SI SI
Server
Cherokee SI SI SI SI
HTTP Server
Tabla 4 Plataformas operativas soportadas
Servidor Windows Mac OS X Linux BSD Solaris
AOLServer SI SI SI SI SI
Apache http SI SI SI SI SI
Cherokee SI SI SI SI SI
28
http://es.wikipedia.org/wiki/Servidor_web, Abril , 2008
- 29 -
30. 2.1.16. Servidor FTP. Es un protocolo de transferencia de archivos entre
sistemas conectados a una red TCP basado en la arquitectura cliente-servidor, de
manera que desde un equipo cliente se puede conectar a un servidor para
descargar archivos desde él o para enviar archivos independientemente del
sistema operativo utilizado en cada equipo. 29
Figura 2 Modelo FTP
Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Modelo_ftp.jpg
Las aplicaciones más comunes de los servidores FTP suelen ser el alojamiento
Web, en el que sus clientes utilizan el servicio para subir sus páginas Web y sus
archivos correspondientes; o como servidor de backup (copia de seguridad) de los
archivos importantes que pueda tener una empresa.
2.1.17. Servidor IRC. Es un protocolo de comunicación en tiempo real basado en
texto, que permite debates en grupo o entre dos personas y que está clasificado
dentro de la mensajería instantánea. Las conversaciones se desarrollan en los
canales de IRC, designados por nombres que habitualmente comienzan con el
carácter #.
Los usuarios del IRC utilizan una aplicación cliente para conectarse con un
servidor, en el que funciona una aplicación IRCd (IRC Daemon) el cual es el
servidor de IRC, que gestiona los canales y las conversaciones.
Un cliente IRC es una aplicación informática programada para acceder a redes de
comunicación en tiempo real mediante el protocolo IRC.
El IRC es popularmente utilizado para hablar y reunir grupos de gente con los
mismos gustos, para ello cualquier persona puede iniciar el canal específico
29
http://es.wikipedia.org/wiki/Ftp Abril , 2008
- 30 -
31. además es gratis, es por estas razones que se eligió IRC para la comunicación en
la red. 30
Tabla 5 Servidores IRC
Lenguaje de Primera
Servidor IRC Licencia
programación Publicación
Bahamut C 1999 GPL
IRCD-Hybrid C 2002 GPL
Ircu C 1991 GPL
Tabla 6 Plataformas operativas
Servidor IRC Windows Mac OS X Lunix BSD Solaris
Bahamut NO SI SI SI SI
IRCD-Hybrid SI SI SI SI SI
Ircu NO SI SI SI SI
Tabla 7 Tecnologías servidores IRC
Servidor Remoto Cliente SSL ZIP
Modularidad IPv6
IRC Incluido SSL Linking Linking
Bahamut NO NO NO NO NO SI
IRCD- SI SI SI SI SI SI
Hybrid
Ircu NO NO SI NO NO NO
2.1.18. Extreme Programming. o Programación extrema es un enfoque de la
ingeniería de software. La programación extrema se diferencia de las
metodologías tradicionales principalmente en que pone más énfasis en la
adaptabilidad que en la previsibilidad. Se puede adaptar a los cambios de
requisitos en cualquier punto de la vida del proyecto es una aproximación mejor y
más realista que intentar definir todos los requisitos al comienzo del proyecto e
invertir esfuerzos después en controlar los cambios en los requisitos.
Se puede considerar la programación extrema como la adopción de las mejores
metodologías de desarrollo de acuerdo a lo que se pretende llevar a cabo con el
proyecto, y aplicarlo de manera dinámica durante el ciclo de vida.
30
http://es.wikipedia.org/wiki/Irc Abril , 2008
- 31 -
32. Las características fundamentales del método son:
• Desarrollo iterativo e incremental: pequeñas mejoras, unas tras otras.
• Pruebas unitarias continuas, frecuentemente repetidas y automatizadas,
incluyendo pruebas de regresión. Se aconseja escribir el código de la
prueba antes de la codificación.
• Programación en parejas: se recomienda que las tareas de desarrollo se
lleven a cabo por dos personas en un mismo puesto, para una mayor
calidad del código escrito, de esta manera, el código es revisado y
discutido mientras se escribe.
• Frecuente integración del equipo de programación con el cliente o
usuario. Se recomienda que un representante del cliente trabaje junto
al equipo de desarrollo.
• Corrección de todos los errores antes de añadir nueva funcionalidad.
Hacer entregas frecuentes.
• Refactorización del código, es decir, reescribir ciertas partes del
código para aumentar su legibilidad y mantenibilidad pero sin
modificar su comportamiento. Las pruebas han de garantizar que en la
refactorización no se ha introducido ningún fallo.
• Propiedad del código compartida: en vez de dividir la responsabilidad
en el desarrollo de cada módulo en grupos de trabajo distintos, este
método promueve el que todo el personal pueda corregir y extender
cualquier parte del proyecto. Las frecuentes pruebas de regresión
garantizan que los posibles errores serán detectados.
• Simplicidad en el código: es la mejor manera de que las cosas
funcionen. Cuando todo funcione se podrá añadir funcionalidad si es
necesario. La programación extrema apuesta que es más sencillo hacer
algo simple y tener un poco de trabajo extra para cambiarlo si se
requiere, que realizar algo complicado y quizás nunca utilizarlo.
2.1.19. Redes Mesh. Es una red de comunicaciones hecha con nodos de radio
organizados en una topología malla. El área de cobertura de los nodos de radio
que trabaja como una red sencilla es llamada algunas veces una nube mesh. El
acceso a esta nube mesh depende del radio de trabajo en armonía entre los
nodos para crear una red. Cuando un nodo no puede operar mas, el resto de
- 32 -
33. nodos pueden seguir comunicándose entre ellos, directamente o a través de uno o
mas nodos intermediarios. 31
2.1.20. NTK (Netsukuku) . Es una red punto a punto, o red mallada, construida
utilizando su propio protocolo de enrutamiento dinámico. Existen otro tipo de
protocolos de enrutamiento dinámico y topologías de red, sin embargo, ninguna de
estas es capaz de organizar y mantener un número de redes de tamaños
significativos. Los protocolos de enrutamiento comunes como OSPF, RIP y BGP
utilizan algoritmos clásicos diseñados para encontrar la mejor ruta para alcanzar a
un nodo en una imagen de red dada. Estos protocolos requieren de un consumo
masivo de recursos computacionales para poder funcionar de manera optima en
una red de la misma escala que la Internet, y es por esta razón que deben ser
operados en maquinas especiales dedicadas.
El protocolo de Netsukuku estructura la red en diferentes capas de jerarquías
compactadas. El algoritmo de QSPN, diseñado para esta situación en particular,
es usado para determinar las rutas. Ya que la topología se caracteriza por un alto
grado de similaridad, solo un patrón básico debe ser almacenado. Este nivel de
compresión garantiza la habilidad de almacenar la red entera en un mapa de unos
cuantos kilobytes (dependiendo del número de niveles, que son a su ves
determinados por la versión IP a utilizar)
Por otro lado, el algoritmo de QSPN debe ser ejecutado por la misma red, al
contrario de los acercamientos clásicos en donde solo las maquinas
especializadas y dedicadas podían ofrecer la función de enrutamiento hacia las
demás redes.
La meta principal de Netsukuku es ser una red mesh escalable, completamente
distribuida y descentralizada, en donde sus participantes actúan de manera
anónima y autónoma. Este protocolo corre en cada uno de los nodos que hacen
parte de la red, utilizando recursos mínimos de CPU y memoria gracias a las
particularidades de su topología jerárquica, haciendo posible la adecuación de
maquinas con muy bajos recursos (enrutadores inalámbricos, dispositivos
embebidos) para así construir una red global, anónima y no controlada, separada
de la Internet sin el soporte de ningún prestador de servicios de
telecomunicaciones o autoridades de control y regulación.
La topología de Netsukuku tiene requerimientos especiales. Una topología simple
(plana), en donde no se imponga ninguna estructura en la red, puede ser
memorizada en un solo mapa. Este mapa debe contener toda la información
referente a los nodos que hacen parte de la red, excediendo los límites físicos de
los enrutadores inalámbricos disponibles en el mercado. Al organizar la red de
31
HowStuffWorks: http://communication.howstuffworks.com/how-wireless-mesh-networks-work.htm
Noviembre , 2008
- 33 -
34. manera jerárquica bajo los requerimientos teóricos de Netsukuku 32 se puede
almacenar toda la información referente a la red y sus nodos utilizando un mínimo
de recursos de hardware, ideal para la adecuación de dispositivos embebidos de
bajos recursos y la utilización de los mismos para la construcción de una
plataforma de comunicaciones inalámbrica.
El algoritmo utilizado para determinar las rutas se conoce como QSPN. Este
algoritmo cumple con los mismos requerimientos que la topología (utilización
mínima de recursos) y esta diseñado para operar entre los diferentes niveles que
existan según la versión de IP a utilizar. QSPN se divide en varios componentes
híbridos y un solo concepto universal; el Tracer Packet. El TP (Tracer Packet) es
la unidad de información básica en QSPN ya que contiene toda la información
necesaria para determinar las rutas que componen la red mesh. El TP es un
paquete que lleva en su cuerpo el ID de los nodos por donde este atraviesa,
dando a conocer a todos los nodos de la red quienes son los nodos que
componen la mesh y sus vecinos. Existen variaciones del TP, que añaden algunas
características ampliadas para operar en diferentes circunstancias especiales, por
ejemplo, la sincronización constante de las tablas de enrutamiento, el
descubrimiento de nuevas rutas y la reparación de enlaces rotos y redundantes
2.1.21. WMAN. Una WMAN hace referencia a las redes inalámbricas de área
metropolitana, que también se conocen como bucle local inalámbrico (WLL,
Wireless Local Loop). Las WMAN se basan en el estándar IEEE 802.16.en
implementaciones masivas metropolitanas, sin embargo, su concepto también
aplica para las diferentes arquitecturas de red que alcancen a dar cobertura de
conectividad al rededor del perímetro urbano.
Los bucles locales inalámbricos ofrecen una velocidad total efectiva de 1 a 10
Mbps, con un alcance de 4 a 10 kilómetros, algo muy útil para compañías de
telecomunicaciones.
Las tecnologías utilizadas para la creación de WMANs actualmente se limitan a
WiMAX y a otro tipo de tecnologías propietarias, que por cuestiones de
licenciamiento de espectro y costo de los equipos necesarios no son viables en la
implementación del proyecto
32
Netsukuku Topology, http://netsukuku.freaknet.org/doc/main_doc/topology.pdf, Noviembre, 2008
- 34 -
35. 2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO
De acuerdo con el Plan Nacional de Asignación de Frecuencias, emitido por el
Ministro de Comunicaciones de la República de Colombia, actualizado a Enero de
2007 emitido en el 2004, comunican que: De acuerdo con la Resolución 000689
de 21 de abril de 2004, se atribuyen dentro del territorio nacional, a título
secundario, para operación sobre una base de no-interferencia y no protección de
interferencia, los siguientes rangos de frecuencias radioeléctricas (2400-2483,5
MHz; 5150-5250 MHz; 5250-5350 MHz; 5470-5725 MHz; 5725-5850 MHz), para
su libre utilización por sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de
área local, en las siguientes condiciones operativas:23)
• Los sistemas de salto de frecuencia tendrán frecuencias portadoras por canal
de inter-calamiento separadas como mínimo por el mayor valor entre 25 Khz. y el
ancho de banda del canal a 20 dB.
• El sistema saltará a los canales de frecuencias que son seleccionados, a la rata
de salto del sistema, de una lista de frecuencias de salto ordenada
pseudoaleatoriamente. Cada frecuencia se debe utilizar igualmente en promedio,
por cada transmisor. Los receptores del sistema harán coincidir sus anchos de
banda de entrada con los anchos de banda del canal de salto de sus transmisores
correspondientes y cambiarán frecuencias en sincronización con las señales
transmitidas.
• Los sistemas de salto de frecuencia que operan en la banda de 5725-5850
MHz, deben usar por lo menos 75 frecuencias de inter-calamiento. El ancho de
banda máximo permitido a 20 dB. del canal de inter-calamiento corresponde a 1
MHz.
• El tiempo promedio de ocupación de cualquier frecuencia no deberá ser mayor
que 0.4 segundos dentro de un período de 30 segundos.
• Los sistemas de salto de frecuencia en la banda de 2400-2483,5 MHz deberán
utilizar al menos 15 canales no sobrepuesto.
• El tiempo promedio de ocupación de cualquier canal no deberá ser mayor a 0.4
segundos dentro de un período de 0.4 segundos multiplicado por el número de
canales de salto empleados.
• Los sistemas de salto de frecuencia que utilicen menos de 75 frecuencias de
salto pueden emplear técnicas inteligentes de salto para evitar interferencias a
otras transmisiones. Los sistemas de salto de frecuencia pueden evitar o suprimir
transmisiones en una frecuencia particular de salto siempre y cuando se emplee
- 35 -
36. un mínimo de 15 canales no sobrepuesto.
• Los sistemas que utilizan técnicas de modulación digital pueden operar en las
bandas de 2400-2483,5 MHz y de 5725-5850 MHz. El ancho de banda mínimo a 6
dB. debe ser de por lo menos 500 kHz.
• En la banda de 2400-2483,5 MHz la potencia de salida máxima del transmisor
no excederá 1 vatio, para los sistemas que empleen al menos 75 canales de salto
(tanto para los que usen salto de frecuencia como los que utilicen modulación
digital). Para los demás sistemas de salto de frecuencia en esta banda la potencia
máxima será de 0.125 Vatios.
• En la banda 5725-5850 MHz la potencia de salida máxima del transmisor no
excederá 1 vatio (tanto para los que usen salto de frecuencia como los que utilicen
modulación digital).
• Para antenas de transmisión de ganancia direccional mayor a 6 dBi, la potencia
pico de salida de un transmisor debe ser reducida por debajo de los valores
establecidos por la cantidad en dB. que la ganancia direccional de la antena
exceda los 6 dBi.
• Los sistemas que operen en la banda de 2.400 a 2.483,5 MHz que sean
utilizados exclusivamente para operaciones fijas punto a punto, pueden emplear
antenas de transmisión con ganancia direccional mayor a 6 dBi siempre y cuando
la máxima potencia pico de salida del transmisor sea reducida en un 1 dB. por
cada 3 dB. que la ganancia direccional de la antena exceda los 6 dBi.
• Los sistemas que operen en la banda de 5 725 a 5850 MHz que sean utilizados
exclusivamente para operaciones fijas punto a punto, pueden emplear antenas de
transmisión con ganancia direccional mayor a 6 dBi sin la correspondiente
reducción en la potencia pico de salida del transmisor.
• La operación fija punto a punto, excluye el uso de sistemas punto a multipunto,
aplicaciones omnidireccionales y emisores ubicados transmitiendo la misma
información.
• Los sistemas deben ser operados de tal forma que aseguren que el público no
sea expuesto a niveles de energía de radiofrecuencia que exceda las normas que
expida el organismo estatal pertinente.
• En cualquier ancho de banda de 100 Khz. fuera de la banda de frecuencias en
la cual está operando el transmisor de espectro ensanchado o de modulación
digital, la potencia de radiofrecuencia que es producida por el transmisor deberá
ser al menos 20 dB. menor que en los 100 Khz. de ancho de banda dentro de la
- 36 -
37. banda que contiene el más alto nivel de la potencia deseada, basado en una
medición de RF bien sea conducida o radiada.
• Para sistemas modulados digitalmente, la densidad espectral de potencia
conducida desde el transmisor a la antena no debe ser mayor a 8 dBm en
cualquier segmento de 3 Khz. durante cualquier intervalo de tiempo de transmisión
continua.
• En sistemas híbridos (emplean una combinación de técnicas de salto de
frecuencia y de modulación digital), deberá tener un tiempo promedio de
ocupación de cualquier frecuencia que no exceda 0.4 segundos dentro de un
período de tiempo en segundos igual al número de frecuencias de salto
empleadas multiplicado por 0.4.
• Debe cumplir con los requisitos de densidad de potencia.
• Los sistemas del espectro ensanchado por saltos de frecuencia no necesitan
emplear todos los canales disponibles durante cada transmisión. Sin embargo, el
sistema debe diseñarse conforme las normas de la actual resolución si el
transmisor se presenta como una corriente continúa de datos o información.
Además, un sistema que emplee cortas ráfagas de transmisión, debe cumplir con
la definición de un sistema de saltos de frecuencia y debe distribuir sus
transmisión es sobre el número mínimo de canales de salto especificado en esta
resolución.
• Es permitida la incorporación de inteligencia dentro de un sistema de espectro
ensanchado por saltos de frecuencia que posibilite al sistema reconocer a otros
usuarios dentro de la banda del espectro, de modo que elija y adapte individual e
independientemente sus puntos de salto para evitar caer en los canales ocupados.
La coordinación de sistemas de salto de frecuencia de cualquier otra forma, con el
propósito expreso de evitar que múltiples transmisores ocupen simultáneamente
frecuencias individuales de salto, no es permitida.
• A los sistemas que utilicen tecnologías de espectro ensanchado por secuencia
directa les serán aplicadas las disposiciones y condiciones operativas establecidas
para los sistemas de modulación digital.
- 37 -
38. 3. METODOLOGÍA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
El enfoque que emplea este proyecto de acuerdo a las políticas de la Universidad
es el empírico-analítico, por su interés técnico y su confrontación entre teoría y
práctica mediante la investigación experimental e ingenieril.
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD /
CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
Línea de investigación tecnologías actuales y sociedad
Sub-línea Sistemas de información y comunicaciones
Campo temático Redes de comunicación
3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
Se realizaron varias prácticas de recolección de información tanto al inicio del
proyecto como al momento de culminar el piloto de la red.
Una de las prácticas que se realizaron para recolectar información se basó en el
análisis pasivo del espectro electromagnético sobre las bandas de 2.400 – 2.484
MHz, dando importancia al análisis de utilización de los diferentes canales (14
canales disponibles técnicamente).
Se realizaron además encuestas en el sector donde se implementó el piloto de la
red, el cual sirvió para identificar los servicios que actualmente los usuarios
demandan en una red como es Internet, considerándolas para ser implementarlas
en lo posible dentro de la red mesh. Igualmente se realizaron encuestas al finalizar
la implementación de la red piloto para poder evaluar la estabilidad y calidad de
servicio de la misma.
- 38 -
39. 3.4 HIPÓTESIS
El proyecto CogitoWireless permitirá el acceso a la información de manera libre e
inalámbrica mediante un prototipo funcional, para ayudar así a disminuir la brecha
digital del individuo en cierta zona de la ciudad de Bogotá mediante el uso de
tecnologías y licencias libres y con ellas poder crear de todo tipo de
contenido(Literatura, Música, Video, Fotografía y Software) local de interés
comunitario para acercar a la gente con los mismos intereses de la comunidad, los
cuales probablemente eran desconocidos por la falta de comunicación igualitaria
entre personas.
Con la infraestructura en línea, las personas podrán construir contenido y hacerlo
publico y libre en la red, para que todos los demás puedan aprovechar estos
recursos, construyendo así nuevos contenidos enriqueciendo cada vez mas la
red.
3.5 VARIABLES
3.5.1. Variables independientes. En el análisis realizado se ha encontrado que
para poder realizar este tipo de infraestructura se debe tener en cuenta la
utilización de canales disponibles para 802.11g en Bogotá. Para poder medir el
uso de este rango de frecuencias es necesario escuchar el área geográfica
metropolitana de Bogotá y decodificar las tramas 802.11 para luego analizar los
datos y determinar los canales más utilizados en las zonas recorridas.
Otra variable independiente que se debe tener muy en cuenta es el factor climático
de la ciudad. Hoy en día es muy difícil poder modelar un sistema tan complejo
como el clima, más aún cuando las condiciones climáticas están siendo
constantemente alteradas por la contaminación ambiental y el calentamiento
global; sin embargo, estos cambios no afectan por completo la conectividad de los
nodos y en caso tal de alguna pérdida de un enlace por condiciones climáticas
severas, nuevas rutas pueden reemplazar los enlaces rotos reparando así la red
mesh.
También los dispositivos electrónicos son variables independientes ya que existen
muchas alternativas baratas en el mercado y todas soportan los estándares IEEE
802.11 facilitando su implantación dentro de la red mesh. La diferencia de
implementación en hardware es la potencia de transmisión de su dispositivo WiFi
la cual determina junto con otros factores el alcance en el rango de conectividad
inalámbrica.
- 39 -
40. Otra de las variables es la decisión sobre el sistema operativo a utilizar en la red y
de éste dependen muchos factores técnicos y legales (con respecto al
licenciamiento del software) en la implementación de los nodos.
3.5.2. Variables dependientes. El protocolo de enrutamiento es considerado
como una variable dependiente dentro de la red WMAN ya que este toma la
decisión y le da forma a la red para combatir mejor el problema a solucionar. No
existe un protocolo que cubra todos los posibles escenarios de solución y existen
diferentes acercamientos para atacar un problema.
El protocolo de acceso al medio también es un factor importante para la
implementación del prototipo, ya que determina cómo los nodos van a competir
por el espectro y cómo van a conectarse físicamente unos con otros. En la
solución propuesta el protocolo de enlace físico y de enlace de datos es IEEE
802.11g.
- 40 -
41. 4. DESARROLLO INGENIERIL
Los siguientes ítems hacen referencia a todo el resultado del desarrollo ingenieril
incluyendo sus fases y subfases, junto con la metodología empleada para la
implementación del prototipo de red WMAN en el barrio la Florida ubicado en la
localidad de Engativa.
4.1 METODOLOGÍAS DE DESARROLLO
A continuación se mostrara las diferentes fases en las que se divide la
metodología de desarrollo de este proyecto. Se comenzará explicando las
actividades realizadas en cada una de las fases y los resultados obtenidos.
4.1.1. Fases del Proyecto. A lo largo de las diferentes fases, y adaptando las
mejores prácticas de la metodología de desarrollo XP, se implementó un modelo
de desarrollo iterativo e incremental para el desarrollo del proyecto, ya que se
considera que los cambios de requisitos sobre el transcurso del mismo es un
aspecto natural, inevitable e incluso deseable en todas las fases que componen el
proyecto. La metodología de desarrollo XP ha sido concebida específicamente
para el desarrollo de proyectos de software, sin embargo ofrece una serie de
parámetros y guías base junto con algunas recomendaciones para la realización
de proyectos cuyos requerimientos son muy cambiantes.
La recolección de información tuvo tres enfoques principales; el desarrollo de las
personalizaciones de software e implementación del protocolo, la adecuación de
los dispositivos embebidos para suplir las necesidades y los requerimientos del
diseño de red y el grado de penetración de los diferentes tópicos sociales que se
intentan solventar.
El levantamiento de información referente al impacto social de las tecnologías
utilizadas se realizó comparando algunos patrones de búsquedas realizadas en el
país y sus diferentes regiones utilizando palabras clave referentes al ámbito global
del uso de las TICs y su relación con el software libre y las redes inalámbricas
comunitarias, correlacionando los resultados para así poder determinar el estado
actual de las tecnologías utilizadas y su acogida en el sector colombiano utilizando
como métrica la popularidad de búsqueda de información y publicación de
artículos en línea.
- 41 -
42. Se seleccionó la región de Latinoamérica ya que es la región con uno de los
mayores índices de analfabetización digital en el mundo, ya que la brecha digital
está muy marcada en todo su territorio. A continuación se muestra la relación
entre los diferentes temas relacionados con la libre cultura y redes inalámbricas en
los países latinoamericanos.
Figura 3 Resultados de popularidad de los temas relacionados con software libre y redes
inalámbricas en países latinoamericanos.
Análisis según el país
Siguiendo con el levantamiento de información, dado que los dispositivos
embebidos son un elemento de vital importancia durante el desarrollo del proyecto
por ser los elementos que toman las decisiones durante la operación lógica y física
del sistema a implementar, esta actividad fue revisada de manera constante
durante el desarrollo del proyecto. La solución final en dispositivos embebidos fue
sesgada por algunos factores que a su vez eran requerimientos funcionales del
mismo sistema. Gracias a esto, la selección en dispositivos embebidos fue la
gama media de los enrutadores Linksys WRT54GL 33 ya que no solo satisfacía los
requerimientos funcionales, también estaba disponible en el mercado local lo cual
reducía los costos de implementación de la prueba piloto.
Dada la naturaleza del desarrollo del sistema a implementar y las aplicaciones que
se debían integrar, la solución que se presenta no esta limitada a la familia de
dispositivos Linksys WRT54GL y es de fácil implementación en otras arquitecturas
de procesadores incluyendo x86, MIPS, ATMEL, AR91, ARM, entre otros, y un
amplio rango 34 de hardware de producción, dispositivos embebidos de desarrollo
y enrutadores inalámbricos.
El desarrollo de las aplicaciones y las modificaciones de los diferentes
componentes se realizó utilizando los mismos parámetros recomendados en las
metodologías de XP ya que esto brinda los mismos beneficios mencionados
33
http://wiki.openwrt.org/TableOfHardware Abril , 2008
34
http://wiki.openwrt.org/TableOfHardware Abril , 2008
- 42 -
43. anteriormente referidos a dicha metodología. Las diferentes actividades de
desarrollo se realizaron teniendo en cuenta el estado actual de implementaciones
con algunas características a fines a lo largo del desarrollo del proyecto. Esto
impactó en los requerimientos descubiertos a lo largo de las diferentes iteraciones
del proyecto y facilito la realización del mismo en su totalidad.
Durante el desarrollo e implementación del proyecto se trabajo en las siguientes
etapas:
Planeación. Las historias de los usuarios fueron escritas por los mismos
diseñadores del sistema y presentan todas las necesidades que se deben cumplir
para un acoplamiento exitoso de los diferentes componentes que hacen parte del
núcleo del diseño propuesto. Esto permitió un desarrollo a la medida que
satisfacía las soluciones del proyecto. La implantación se baso estrictamente en la
aplicabilidad de la teoría de NTK y su integración con las distribuciones actuales
de GNU/Linux para dispositivos embebidos junto con las personalizaciones
recomendadas por el equipo de ingeniería. También se tuvo en cuenta el estado
actual de las posibles mejoras en los dispositivos que se utilizaran en el prototipo
funcional, como lo son las antenas disponibles en el mercado local, equipo de
protección de hardware para exteriores, nuevas tecnologías de alimentación
eléctrica de fácil implementación y bajo costo, y diferentes alternativas de
enrutamiento para redes mesh.
Diseño. El diseño de red propuesto intenta solventar algunos de los problemas
que se considera de mayor importancia en la construcción de una red inalámbrica
administrada por una comunidad, en donde el concepto principal es la autogestión
y auto reparación de la infraestructura de comunicaciones que brindará la base
para la construcción y montaje de servicios de diferentes características, todos
ellos con el fin de hacer de la información un recurso de fácil acceso.
Estos requerimientos son difíciles de conseguir porque proporcionan un desafío en
cuanto a diseños de red basados en el direccionamiento IP y la construcción de la
red WLAN. No se puede garantizar la anonimidad en la red ya que el
direccionamiento sigue un patrón reconstruible en su diseño. La autogestión es
otra característica de suma importancia en la construcción de una red inalámbrica,
ya que el enlace con nuevos nodos debe ser una operación trivial y automática, en
donde no exista necesidad de la intervención de un tercero no autómata que
pudiera tener la oportunidad de sesgar la información de manera extenuante,
degradando el servicio por el posible aumento de nuevas rutas en las tablas de
enrutamiento de cada uno de los nodos que componen la red.
NTK resuelve los problemas anteriormente mencionados estructurando la red en
una topología jerárquica cuya implementación lógica es similar a los principios
conceptuales de un fractal, en donde un patrón geométrico itera de manera casi
infinita dentro de ella misma. Este concepto se utiliza de manera similar para
- 43 -
44. implementar una estructura de red conveniente para ser utilizada con un algoritmo
de enrutamiento óptimo diseñado para iterar en este tipo de estructuras.
El diseño propuesto toma en cuenta las consideraciones de este protocolo y
plantea una situación real en la cual se intenta combatir el problema de la
autogestión mediante escenarios de prueba limitados a un número pequeño de
nodos.
Codificación. La integración de las aplicaciones en el sistema embebido se debe
realizar al mismo tiempo que se ejecutan las pruebas de diseño ya que esta es la
mejor manera de resolver los conflictos y errores de empaquetado de software
mediante la retro alimentación entre versiones candidatas e iteración en la
generación de la imagen de firmware. La generación de reglas de empaquetado
sigue un patrón similar, aunque con una complejidad un poco mayor que permite
la integración de diferentes subsistemas de manera eficaz y con un margen muy
pequeño de errores. El desarrollo de la imagen de firmware utilizado para la
implementación de la prueba piloto involucro la programación, la personalización y
las pruebas de funcionamiento de dispositivos embebidos.
Las herramientas que se integraron y los scripts de automatización de
empaquetado para el firmware desarrollado se convirtieron en uno de los
esfuerzos más significativos durante el desarrollo del proyecto, y ahora reside
activo bajo la tutela de la comunidad de CogitoWireless, quienes contribuyeron al
levantamiento de información y al desarrollo de las pruebas piloto.
Pruebas. Tanto la implementación física como lógica de la red mesh deben estar
en constante monitoreo y evaluación para poder identificar los puntos débiles en
las diferentes rutas de interconexión y los posibles cuellos de botella ocasionados
por el medio físico o los errores de filtrado y enrutamiento de paquetes. Se hizo un
seguimiento detallado de los aspectos fundamentales en la estructura de red,
como lo son el ancho de banda disponible, las capacidades físicas de los
dispositivos embebidos, la estabilidad de los drivers y dispositivos de radio
utilizados para la conexión vía 802.11g.
También es fundamental determinar la estabilidad del protocolo y su
comportamiento bajo condiciones de estrés y variables desconocidas. Por eso es
necesario llevar un control directo referente NTK con los desarrolladores del
protocolo y así llegar a solucionar los posibles problemas de una manera mucho
más rápida.
Gracias a los requerimientos del proyecto, la licencia del protocolo de
enrutamiento permite modificar el comportamiento total del mismo sin ningún
inconveniente ni problemas legales de ningún tipo, siempre y cuando se cumplan
- 44 -
45. las condiciones impuestas por la licencia GPL-2 35. Esto permite una reacción más
rápida ante los incidentes encontrados al integrar la suite de protocolos a los
dispositivos embebidos mediante el firmware personalizado.
4.2 PLANEACIÓN
En esta fase se analizarán los requerimientos funcionales de los servicios a
implementar para la red piloto, junto con las características que debe tener el
canal de comunicaciones para soportar el ancho de banda que requieren dichos
servicios. Los servicios que se implementarán obedecen a la popularidad de
dichos servicios en Internet y en las demás comunidades de redes inalámbricas
que se encuentran en estado activo.
4.2.1. Recolección de Información. La recolección de la información se realizó
mediante un recorrido alrededor de la zona piloto utilizando la herramienta de
análisis de radio 802.11 llamada kismet. De los datos obtenidos se hizo una
recopilación de información mediante un programa escrito en PHP con el fin de
obtener algunos datos sobre la cantidad de puntos de acceso inalámbricos con
sus respectivos canales y el porcentaje de utilización de cada uno de ellos y de
esta manera poder identificar los posibles canales de interferencia aledaños.
En el siguiente gráfico se observa el recorrido que se realizó por el barrio la Florida
en la localidad de Engativa. El barrido de frecuencias en búsqueda de redes
inalámbricas activas se realizo una vez por todo el barro la Florida. A continuación
se muestra el recorrido realizado el 18 de Mayo del 2008.
Figura 4 Recorrido realizado por el barrio la Florida
35
http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html, Noviembre 04, 2008
- 45 -
46. De los datos obtenidos se analizaron un total de 173 redes aledañas al sector. De
las diferentes redes se estimó el porcentaje de utilización de los canales según las
redes que los utilizan. Los resultados se muestran a continuación.
Tabla 8 Análisis pasivo del espectro en la zona piloto
Canal Elementos Porcentaje
0 26 14.2076502732%
1 33 18.0327868852%
2 1 0.546448087432%
3 0 0%
4 0 0%
5 0 0%
6 70 38.2513661202%
7 12 6.55737704918%
8 2 0.945355191357
9 3 1.6393442623%
10 2 1.09289617486%
11 26 14.2076502732%
12 0 0%
13 0 0%
14 0 0%
Total 173 100%
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