IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO
  TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E
         INFORMA...
IMPLEMENTACÍON DE UN PROTOTIPO DE RED WMAN UTILIZANDO
  TOPOLOGÍA MESH PARA EL INTERCAMBIO DE CONTENIDO E
         INFORMA...
AGRADECIMIENTOS


Desde el inicio del proyecto, se han vinculado de manera directa e indirecta una
gran cantidad de person...
en trabajos de montaje y adecuación de nodos, junto con la difícil labor de
evangelización y concientización por parte de ...
CONTENIDO


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INTRODUCCIÓN                             ...
3.5 VARIABLES                                                   39
3.5.1. Variables independientes.                       ...
LISTA DE FIGURAS


                                                                    Pág.


Figura 1. Servidor Icecast  ...
Figura 39 Cambios de estados en los paquetes después de 2 días               113
Figura 40 Paquetes enviados y recibidos p...
LISTA DE TABLAS


                                                                    Pág.


Tabla 1 Canales en 802.11g y ...
LISTA DE ANEXOS


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Anexo A. Programa en PH...
INTRODUCCIÓN



La comunicación ha sido siempre un factor determinante en el crecimiento de la
información y el conocimien...
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


1.1      ANTECEDENTES


La invención de la tecnología inalámbrica revolucionó la comunicac...
Paralelamente las redes ad-hoc, también conocidas como modo IBBS
(Independent Basic Service Set) en la terminología usada ...
espectro, usando diferentes canales de comunicación entre los nodos más
cercanos.

Las redes mesh se subdividen en tres ar...
Estos proyectos han sido la evolución del amateur radio, específicamente packet
radio en conjunto con el crecimiento de la...
EsLaRed es la fundación Escuela Latinoamericana de Redes es una institución sin
fines de lucro dedicada a promover las tec...
1.2     DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA


En Colombia y en la mayor parte de Latinoamérica, la brecha digital es un...
wireless. Este protocolo sufre de problemas de escalabilidad ya que nunca se
diseñó con los retos que una ciudad ofrece. S...
•   Actividades académicas (programas educacionales y culturales, desarrollo
          de nuevas tecnologías, unión de sem...
1.4.2.      Objetivos específicos


•   Analizar los requerimientos técnicos y funcionales de los elementos activos y
    ...
2. MARCO DE REFERENCIA


2.1        MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL


Existen muchos métodos de conectividad inalámbrica, sin e...
serie de condiciones especificadas por el autor (dependiendo de la licencia que se
utilice).

2.1.1. WiFi. WiFi (Wireless ...
Tabla 1 Canales en 802.11g y su asignación en el espectro 18
                         Canal          Frecuencia central (G...
Existen diferentes tipos de arquitecturas:

• Centralizadas

     •   Estrella
     •   Árbol

•    Descentralizadas

    ...
investigación de nuevos protocolos de enrutamiento para este tipo de redes,
apoyándose en la experiencia y conocimiento ad...
Como sistema operativo, GNU/Linux es muy eficiente y tiene un excelente diseño.
Es multitarea, multiusuario, multiplatafor...
2.1.9. Creative commons. Es una organización no gubernamental, sin ánimo
de lucro, que fue fundada y actualmente es presid...
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 ...
transmisión en la que se emite la señal tanto del audio como la del vídeo.
      Gracias a la reducción de la calidad de e...
2.1.16. Servidor FTP. Es un protocolo de transferencia de archivos entre
sistemas conectados a una red TCP basado en la ar...
además es gratis, es por estas razones que se eligió IRC para la comunicación en
la red. 30


Tabla 5 Servidores IRC
     ...
Las características fundamentales del método son:

   •   Desarrollo iterativo e incremental: pequeñas mejoras, unas tras ...
nodos pueden seguir comunicándose entre ellos, directamente o a través de uno o
mas nodos intermediarios. 31

2.1.20. NTK ...
manera jerárquica bajo los requerimientos teóricos de Netsukuku 32 se puede
almacenar toda la información referente a la r...
2.2    MARCO LEGAL O NORMATIVO


De acuerdo con el Plan Nacional de Asignación de Frecuencias, emitido por el
Ministro de ...
un mínimo de 15 canales no sobrepuesto.

• Los sistemas que utilizan técnicas de modulación digital pueden operar en las
b...
banda que contiene el más alto nivel de la potencia deseada, basado en una
medición de RF bien sea conducida o radiada.

•...
3. METODOLOGÍA


3.1    ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN


El enfoque que emplea este proyecto de acuerdo a las políticas de la...
3.4    HIPÓTESIS


El proyecto CogitoWireless permitirá el acceso a la información de manera libre e
inalámbrica mediante ...
Otra de las variables es la decisión sobre el sistema operativo a utilizar en la red y
de éste dependen muchos factores té...
4. DESARROLLO INGENIERIL


Los siguientes ítems hacen referencia a todo el resultado del desarrollo ingenieril
incluyendo ...
Se seleccionó la región de Latinoamérica ya que es la región con uno de los
mayores índices de analfabetización digital en...
anteriormente referidos a dicha metodología. Las diferentes actividades de
desarrollo se realizaron teniendo en cuenta el ...
implementar una estructura de red conveniente para ser utilizada con un algoritmo
de enrutamiento óptimo diseñado para ite...
las condiciones impuestas por la licencia GPL-2 35. Esto permite una reacción más
rápida ante los incidentes encontrados a...
De los datos obtenidos se analizaron un total de 173 redes aledañas al sector. De
las diferentes redes se estimó el porcen...
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  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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% - 46 -

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