modelo de optimizaciÓn de rendimiento en redes …

MODELO DE OPTIMIZACIÓN DE RENDIMIENTO EN REDES 802.11ac UTILIZANDO

PROGRAMACIÓN MULTI – OBJETIVO

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MODELO DE OPTIMIZACIÓN DE RENDIMIENTO EN

REDES 802.11ac UTILIZANDO PROGRAMACIÓN

MULTI – OBJETIVO

Héctor Manuel Herrera Herrera

Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones

Énfasis en Teleinformática

Bogotá, Colombia noviembre de 2018



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MODELO DE OPTIMIZACIÓN DE RENDIMIENTO EN

REDES 802.11ac UTILIZANDO PROGRAMACIÓN

MULTI – OBJETIVO

Tesis para optar el título de Magister en Ciencias de la Información y las

Comunicaciones

Héctor Manuel Herrera Herrera

Director

Octavio José Salcedo Parra. PhD. Ingeniería, PhD en Estudios Políticos.

Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones

Énfasis en Teleinformática

Bogotá, Colombia noviembre de 2018



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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ......................................................................................................................... 6

PALABRAS CLAVE ........................................................................................................... 6

ABSTRACT ....................................................................................................................... 7

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... 8

LISTA DE TABLAS .......................................................................................................... 12

GLOSARIO ...................................................................................................................... 13

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 16

1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 17

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 17

1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 18

1.2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 18

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 18

1.3 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 19

1.4 RESULTADOS ESPERADOS ........................................................................... 20

2. MARCO REFERENCIAL .......................................................................................... 21

2.1 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 21

2.1.1 REDES INALAMBRICAS ................................................................................. 21

2.1.1.1 REDES INALAMBRICAS DE AREA LOCAL (WLAN) 802.11 ........................ 23

2.1.1.2 DEFINICIÓN ESTANDAR IEEE 802.11 Y EVOLUCIÓN ............................... 25

2.1.4 REDES INALAMBRICAS (WLAN) ESTÁNDAR IEEE 802.11ac ....................... 29

2.1.4.1 MEJORAS EN LA CAPA FISICA REDES 802.11ac ...................................... 31

2.1.5 PROGRAMACIÓN MATEMATICA MULTI-OBJETIVO ..................................... 36

2.1.5.1 OPTIMIZACIÓN MULTI OBJETIVO .............................................................. 37



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2.2 MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 38

2.2.1 RENDIMIENTO EN REDES DE TELECOMUNICACIONES 802.11................. 38

2.2.2 INVESTIGACIÓN EFICIENCIA EN LAS REDES WLAN 802.11ac ................... 40

2.2.3 INVESTIGACIÓN CONFIABILIDAD REDES WLAN 802.11ac ......................... 44

2.2.4 INVESTIGACIÓN PREVIA MODELOS DE RENDIMIENTO EN REDES WLAN

802.11ac CADENAS DE MARKOV........................................................................... 46

2.2.5 INVESTIGACIÓN PREVIA MODELO DE RENDIMIENTO EN REDES WLAN

802.11ac ALGORITMO DE HORMIGA ..................................................................... 52

2.3 ESTADO DEL ARTE .............................................................................................. 53

3. PROPUESTA MODELO DE OPTIMIZACIÓN DE LA RED WLAN 802.11AC ........... 56

3.1 MODELAMIENTO DE EFICIENCIA DE LA RED 802.11ac..................................... 56

3.1.1 CARACTERISTICAS A CONSIDERAR ........................................................... 57

3.1.2 MODELO MATEMATICO ................................................................................. 60

3.2 MODELAMIENTO CONFIABILIDAD DE LA RED 802.11ac ................................... 64

3.2.1 CARACTERISTICAS A CONSIDERAR ........................................................... 64

3.2.2 MODELO MATEMATICO ................................................................................. 65

3.3 MODELAMIENTO OPTIMIZACIÓN de rendimiento LA RED 802.11ac .............. 67

3.3.1 CARACTERISTICAS A CONSIDERAR ...................................................... 67

3.3.2 MODELO MATEMATICO ........................................................................... 68

4. HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN ........................................................................ 69

4.1 GNS3 ..................................................................................................................... 69

4.2 MATLAB ................................................................................................................. 70

5. DESARROLLO SIMULACIÓN DE LA RED WLAN 802.11ac PROPUESTA ............. 71

5.1 TOPOLOGIA DE RED ............................................................................................ 71

5.2 SIMULACIÓN DE LA TOPOLOGIA DE RED EN EL SOFTWARE DE SIMULACIÓN

GNS3 ........................................................................................................................... 72



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5.3 ANALISIS SIMULACIÓN DE CONFIABILIDAD ...................................................... 73

5.4 ANALISIS SIMULACIÓN DE COBERTURA (AP) ................................................... 76

6. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ........................................................... 78

6.1 EFICIENCIA DE LA RED WLAN 802.11ac ............................................................. 78

6.2 CONFIABILIDAD DE LA RED WLAN 802.11ac...................................................... 84

6.3 ANALISIS DEL MODELO PROPUESTO PARA REDES WLAN 802.11ac ............. 90

7. CONCLUSIONES, TRABAJOS FUTUROS Y APORTES DE LA INVESTIGACIÓN . 92

7.1 CONCLUSIONES ................................................................................................... 92

7.2 TRABAJOS FUTUROS .......................................................................................... 94

7.3 APORTES A LA INVESTIGACIÓN ......................................................................... 95

8. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 97



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RESUMEN

Se propone desarrollar un modelo que permita encontrar una mejor forma de evaluar la

calidad de servicio en las redes inalámbricas 802.11ac, usando Programación matemática

Multi–Objetivo. Con esto los ingenieros que trabajan en diseño o administrando redes

inalámbricas, podrán tener una herramienta para verificar la eficiencia y confiabilidad de la

de las redes WLAN que trabajen con tecnología 802.11ac.

Durante el desarrollo del modelo propuesto para análisis del rendimiento de las redes

inalámbricas, se observaran las principales características y parámetros en las redes que

utilizan la tecnología 802.11ac, obteniendo dos funciones objetivos con sus respectivas

restricciones como lo son: la eficiencia y confiabilidad que nos brinda la mejora de esta

tecnología inalámbrica.

El modelo se validará con modelos teóricos investigados anteriormente para la avaluación

de la calidad de servicio suministrada en redes inalámbricas con tecnología 802.11ac,

donde se podrá verificar la mejora del estándar 802.11ac frente a su antecesor (802.11n),

además de tener un modelo que nos permite optimizar estos recursos (eficiencia y

confiabilidad), logrando analizar el rendimiento de las redes inalámbricas antes, durante y

después del diseño.

PALABRAS CLAVE

Programación matemática multi – objetivo, modelos de optimización, redes inalámbricas,

programación matemática, eficiencia y confiabilidad.



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ABSTRACT

It is proposed to develop a method to find a better way to evaluate the Quality of service in

802.11ac wireless networks using Multi - Objective Mathematical Programming. With this,

engineers working in network design, may have a tool to verify the efficiency and reliability

of the 802.11ac protocol in their designs.

During the development of the proposed model for analysis of the performance of wireless

networks, we will observe the main characteristics and parameters in the 802.11ac

networks, where we will focus on two objective functions with their respective restrictions as

they are: the efficiency and reliability that gives us the improvement of this wireless

technology.

The model will be validated with previously obtained models for the evaluation of the quality

of service provided in wireless networks with 802.11n and 802.11ac technology, where the

improvement of the 802.11ac standard can be verified against its predecessor (802.11n),

besides having a Model that allows us to optimize these resources (efficiency and reliability)

thanks to the analysis of the performance of wireless networks that we can perform before,

during and after the design.

keywords: Multi - objective optimization, wireless networks, mathematical programming

efficiency and performance.



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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Arquitectura básica de una red WPAN Fuente:

https://sites.google.com/site/redesinalambricas3/tipos-de-redes-inalambricas/bluetooth . 21

Figura 2 Arquitectura básica de una red WLAN 802.11 Fuente:

http://www.accoladewireless.com/solutions/wireless-networking/wireless-lan-wifi-wlan/ .. 22

Figura 3 Arquitectura básica de una red WMAN Fuente:

https://tododeredesinalambricas.wordpress.com/wireless-metropolitan-area-network-

wman/ .............................................................................................................................. 23

Figura 4 Arquitectura básica de una red Fuente:

http://redesaradillas.blogspot.com.co/2015/08/ ................................................................ 23

Figura 5 Arquitectura de una WLAN 802.11 (a) Red inalámbrica con un AP (b) Red ad hoc

Fuente: Libro Redes de computadoras de tanenbaum 4ta edición español ..................... 24

Figura 6 Arquitectura redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente: Libro Redes de

computadoras de tanenbaum 4ta edición español ........................................................... 25

Figura 7 Arquitectura capa física redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente:

https://es.slideshare.net/h_gonzalezc/red-de-comunicaciones-12657813 ........................ 25

Figura 8 Grafica codificación con salto en frecuencia Fuente:

https://radiosyculturalibre.com.ar/biblioteca/REDES/WIRELESS/curso%20wlan/Tutoriales/

manual_redes_inalambricas.pdf ...................................................................................... 26

Figura 9 Método de codificación del canal por DSSS Fuente:

https://es.wikipedia.org/wiki/Acceso_m%C3%BAltiple_por_divisi%C3%B3n_de_c%C3%B3

digo#/media/File:Generation_of_CDMA.jpg ..................................................................... 28

Figura 10 Arquitectura capa enlace de datos redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente:

https://es.slideshare.net/h_gonzalezc/red-de-comunicaciones-12657813 ........................ 28

Figura 11 Pila de protocolos 802.11 Fuente: Libro Redes de computadoras de tanenbaum

4ta edición español .......................................................................................................... 31

Figura 12 Diseño de canales redes WLAN 802.11 Fuente: Estudio de las técnicas de

Beamforming en el estándar 802.11ac ............................................................................ 32

Figura 13 Comparación de modulaciones 64-QAM y 256-QAM Fuente: Estudio de las

técnicas de Beamforming en el estándar 802.11ac .......................................................... 33



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Figura 14 Trama 802.11ac Fuente: Estudio de las técnicas de Beamforming en el estándar

802.11ac .......................................................................................................................... 34

Figura 15 Técnica Beamforming en redes 802.11ac Fuente: Estudio de las técnicas de

Beamforming en el estándar 802.11ac ............................................................................ 36

Figura 16 Comparación de la capacidad del sistema normalizada por el ancho de banda de

160 MHz (TXOP = 3mg, número de flujos = 8, índice VTH-MCS = 8) Fuente: Efficient Multi-

User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs ................................. 41

Figura 18 Uso de recursos de frecuencia con MU (Multi-Usuario)-MC (Multi-Canal) Fuente:

Efficient Multi-User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs ........... 42

Figura 19 Modelo propuesto técnica MU (Multi Usuario)-MC (Multi Canal) en el estándar

802.11ac Fuente: Efficient Multi-User Transmission Technique with Frequency Division for

WLANs ............................................................................................................................ 42

Figura 20 Mejora la eficiencia espectral en las redes 802.11ac Fuente: Multi-hop Multi-AP

Multi-channel Cooperation for High Efficiency WLAN ....................................................... 43

Figura 21 Metodo propuesto por (Yinghong Ma, 2016) utilizar tecnica MU-MC Fuente:

Efficient Multi-User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs ........... 43

Figura 22 Ejemplo de funcionamiento con ancho de banda dinámico Fuente: Efficient Multi-

User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs ................................. 45

Figura 23 Definición política de bloques ACK (BA) la cual permite transmisión de varias

tramas de datos antes de devolver un ACK Fuente: MASTaR: MAC Protocol for Access

Points in Simultaneous Transmit and Receive Mode ....................................................... 45

Figura 24 Ejemplo función Multi-interfaces protocolo SCTP Fuente: Performance Evaluation

of Stream Control Transport Protocol over IEEE 802.11ac Networks ............................... 46

Figura 25. Modelo propuesto Cadenas de Markov para el estándar 802.11ac con una AP y

protocolo TXOP Fuente: Performance analysis of the txop sharing mechanism in the vht

ieee 802.11ac wlans ........................................................................................................ 50

Figura 26 Variación del rendimiento según la probabilidad de compartir CA, obtenidos en el

análisis del paper Fuente: Performance analysis of the txop sharing mechanism in the vht

ieee 802.11ac wlans ........................................................................................................ 51

Figura 27. Ruta más óptima modelo propuesto en Fuente: IEEE 802.11e EDCA Networks:

Modeling Differentiation and Optimization ........................................................................ 52



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Figura 28 Plano red inalámbrica propuesta con tecnología 802.11ac, Edificio Suarez copete

de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas ....................................................... 61

Figura 29 Interpolación AP1 y AP3 .................................................................................. 62



Figura 32 Arquitectura de una red inalámbrica en GNS3 Fuente:

https://iloo.wordpress.com/2009/07/28/gns3-simulador-grafico-de-redes/ tomada el

04/08/2017 ....................................................................................................................... 70

Figura 33 Entorno grafico de Matlab Fuente:

https://en.wikipedia.org/wiki/MATLAB#/media/File:MATLAB_R2013a_Win8_screenshot.pn

g ...................................................................................................................................... 71

Figura 34 Topología de red WLAN (802.11) Fuente: Autor ............................................ 71

Figura 35 Edificio Suarez Copete Universidad Distrital, donde se evaluará el modelo por

medio de simuladores Fuente: Autor ............................................................................... 72

Figura 36 Configuración protocolo de información de encaminamiento (RIP) y prueba de

conexión de extremo a extremo en GNS3 protocolo 8002.11 .......................................... 72

Figura 37 Análisis del protocolo RIP e ICMP en Wiresshark Fuente: Autor ...................... 73

Figura 38 Configuración y análisis Método de encolamiento FIFO configurado en GNS3

Fuente: Autor ................................................................................................................... 74

Figura 39 Configuración y análisis Método de encolamiento PQ Fuente: Autor .............. 75

Figura 40 Cobertura de la red WLAN utilizando tecnología 802.11ac Fuente: Autor ........ 77

Figura 41 Ubicación de los puntos de acceso propuesto en el estudio de cobertura para el

edificio Suarez Copete de la universidad Distrital Fuente: Autor ...................................... 80

Figura 42 Interpolación de los Access point (APs), Restricciones para poder evaluar el

modelo en la red inalámbrica propuesta que trabaja con tecnología 802.11ac en el edificio

Suarez copete.................................................................................................................. 80

Figura 43 Modelo de optimización propuesto de eficiencia (Cobertura) validado por el

software LINGO Fuente: Autor ......................................................................................... 81

Figura 44 Restricciones de ubicación de los puntos de acceso (APs) para su óptima

cobertura Fuente: Autor ................................................................................................... 82

Figura 45 Solución obtenida del modelo propuesto en el software matemático LINGO, del

área de cobertura del edificio Suarez Copete de la Universidad Distrital Fuente: Autor ... 82



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Figura 46 Zonas donde se deben ubicar los puntos de acceso (APs) que utilizan tecnología

802.11ac, para garantizar una óptima cobertura en las tres zonas del edificio Suarez Copete

de la Universidad Distrital Fuente: Autor .......................................................................... 83

Figura 47 Resultado de optimización utilizando el modelo propuesto para la eficiencia

(Cobertura) Fuente: Autor ................................................................................................ 83

Figura 48. Tasas de transferencia redes WLAN 802.11ac, tomadas desde portátil core I3

con Windows 10. Fuente: Autor ....................................................................................... 86

Figura 49 Validación modelo propuesto confiabilidad Fuente: Autor ................................ 87

Figura 50 Solución obtenida con el software LINGO Fuente: Autor ................................. 88

Figura 51 Valores obtenidos en el modelo propuesto Fuente: 802.11ac .......................... 89

Figura 52 Comparación de rendimiento tecnologías 802.11n y 802.11ac Fuente: Autor .. 94



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LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Tabla rango de frecuencias centrales empleadas en FHSS Fuente:

https://radiosyculturalibre.com.ar/biblioteca/REDES/WIRELESS/curso%20wlan/Tutoriales/

manual_redes_inalambricas.pdf 27

Tabla 2 Evolución del Estándar IEEE 802.11 Fuente:

http://tavoberry.com/osi/estndares_wifi.html 29

Tabla 3 Especificaciones estándar 802.11ac y diferencias entre los protocolos 802.11n y

802.11ac Fuente: Autor 30

Tabla 4 Comparación de distintas velocidades obtenidas con estándares WLAN Fuente:

Estudio de las técnicas de Beamforming en el estándar 802.11ac 35

Tabla 5 Parámetros del modelo analítico redes inalámbricas 802.11ac Fuente: Performance

analysis of the txop sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans 48

Tabla 6 Características redes inalámbrica 802.11ac PHY y MAC (parámetros utilizados en

la resolución numérica y la simulación propuesta en (Mohand Yazid, 2014)) Fuente:

Performance analysis of the txop sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans 51

Tabla 7 Descripción del modelo de cobertura propuesto Fuente: Autor 61

Tabla 8 Descripción del modelo de confiabilidad propuesto Fuente: Autor 67

Tabla 9 Ventajas y Desventajas Métodos de encolamiento FIFO y PQ Fuente: Autor 76

Tabla 10 Ubicación de los puntos de acceso propuesto en el estudio de cobertura para el

edificio Suarez Copete de la universidad Distrital, restricciones de las zonas que puede

cubrir cada Access Point (APs) Fuente: Autor 80

Tabla 11 Resultado de optimización utilizando el modelo propuesto para la eficiencia

(Cobertura) Fuente: Autor 84

Tabla 12 Capacidad de los puntos de acceso Fuente: Autor 87

Tabla 13 Descarga teórica de un terminal móvil utilizando tecnología 802.11ac Fuente:

Autor 87

Tabla 14 Resultado de comparación trabajos relacionados con el modelo propuesto Fuente:

Autor 93

Tabla 15 Comparación de rendimiento tecnologías 802.11n y 802.11ac Fuente: Autor 94



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GLOSARIO

Ancho de banda: La capacidad de transportar datos de una red, usado como un indicador

de velocidad. Por ejemplo, un enlace Ethernet es capaz de mover 10 millones de bits de

datos por segundo. Un enlace Fast Ethernet puede mover 100 millones de bits de datos por

segundo, o sea, 10 veces más ancho de banda.

Backbone: Parte de una red que actúa como el camino primario para mover el tráfico entre

redes, en vez de dentro de una red.

Cliente: Un terminal (Celular, computador, Tablet entre otros) en red que comparte

“servicios” con otros terminales. Estos servicios están guardados dentro o administrados

por un servidor.

Ethernet: Una tecnología de LAN popular que usa CSMA/CD -detección de colisión- para

mover paquetes entre estaciones de trabajo y corre sobre una variedad de tipos de cable a

10 Mbps. También, llamada 10BaseT.

Fast Ethernet: Usa el mismo método de transmisión que la Ethernet de 10 Mbps -detección

de colisión- pero opera a 100 Mbps -10 veces más rápido-. Fast Ethernet provee una mejora

en la trayectoria mejorando el rendimiento en redes Ethernet congestionadas, por que usa

el mismo cableado, aplicaciones y herramientas de administración de red. Algunas

variaciones incluyen 100Base-FX, 100Base- T4 y 100Base-TX.

Hub: Un dispositivo que provee una conexión cliente y servidores, repitiendo y/o

amplificando la señal entre los dos. Los hubs actúan como concentradores de cableado en

redes basadas en topología estrella.

IEEE: -Institute of Electrical and Electronics Engineers: Instituto de Ingenieros Eléctricos y

Electrónicos. Es una asociación profesional técnica, no lucrativa con más de 400,000

miembros individuales en 150 países. Es la autoridad principal en áreas técnicas abarcando



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desde ingeniería de computadoras, tecnología biomédica y telecomunicaciones, hasta

energía eléctrica, aeroespacial, entre otros.

IEEE 802.X: Conjunto de especificaciones para las redes LAN dictadas por el Instituto de

Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). La mayoría de las redes cableadas cumplen

con la norma 802.3, especificación para las redes Ethernet basadas en CSMA/CD. El

comité 802.11 completó en 1997 un estándar para redes inalámbricas de 1 y 2 Mbps que

tiene una única capa MAC para las siguientes tecnologías de capa física: FHSS, DSSS e

infrarrojo.

Internet: Una red global masiva, interconectando decenas de miles de computadoras y

redes alrededor del mundo y accesible desde cualquier computadora con una conexión por

modem o router.

LAN -Local Area Network- Red de Área Local: Típicamente, una red o grupo de segmentos

de red en un área delimitada conectada por medios de transmisión fisicos.

Micro-celda: Un espacio físico en el que un número de dispositivos inalámbricos puede

comunicarse. Puesto que es posible tener celdas solapadas, así como celdas aisladas, los

límites de una celda están establecidos por alguna regla o convención.

Modem: Dispositivo que permite a un terminal móvil (computador, Tablet, celular)

conectarse a otros terminales móviles y redes usando líneas de teléfono ordinarias. Los

modems “modulan” la señal digital de una computadora en señal análoga para la

transmisión, luego “desmodulan” esa señal análoga de nuevo al lenguaje digital que la

computadora en el otro extremo pueda entender.

Multidifusión: La variación de señal causada cuando las señales de radio toman múltiples

caminos desde el transmisor al receptor.

Paquete: Un bloque de datos con un encabezado, puede indicar el contenido del paquete

y hacia dónde se dirige.



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Punto de Acceso (Access Point): Dispositivo que transporta datos entre una red

inalámbrica y una red alámbrica.

Red Independiente: Una red que provee, normalmente, temporalmente, conectividad

punto a punto sin depender de una infraestructura completa de red.

Infraestructura de Red: Una red inalámbrica centrada alrededor de un punto de acceso.

En este entorno, los puntos de acceso no solamente proporcionan comunicación con la red

cableada, sino que también, median con el tráfico de red con el punto de acceso al que

estén cerca.

Calidad de Servicio (QoS): Es el rendimiento promedio de una red de telefonía,

particularmente el rendimiento visto por los usuarios de la red. Las características que se

tienen en cuanta para medir la calidad de servicio que provee los operadores son:

rendimiento, eficiencia, ancho de banda, retrasos en la transmisión, pérdida de información,

disponibilidad, etc.



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INTRODUCCIÓN

La optimización en el diseño de las redes inalámbricas es una cuestión fundamental en

diversos campos del conocimiento en las comunicaciones, dentro de los cuales se puede

incluir las matemáticas aplicadas, la informática, la ingeniería de tele tráfico, la investigación

y optimización de operaciones (actividades, asignación de recursos, etc). Estos modelos de

red proporcionan una manera útil para resolver diversos problemas del mundo real y son

ampliamente utilizados en diferentes campos como por ejemplo: Telecomunicaciones,

mecatrónica, electrónica, electricidad y mecánica entro otras áreas.

El uso de nuevos enfoques en los análisis de redes es también importante para

investigadores, administradores y diseñadores de redes inalámbricas (WLAN), aplicando

en el área de las telecomunicaciones la intersección común de las matemáticas y la

informática teórica que se ocupa del análisis de algoritmos. Los recientes avances en los

algoritmos evolutivos se centran en la forma de resolver estos problemas prácticos de la

optimización de las redes siguiendo algoritmos estocásticos cuya estrategia de solución se

basa en la búsqueda de modelos, utilizando fenómenos evolutivos naturales como la

herencia genética (Ejemplo: Algoritmo de Hormigas). En este sentido, nos encontramos con

la integración de la teoría de grafos y la optimización combinatoria. En efecto, una gran

cantidad de problemas de optimización en el diseño de redes surgió directamente de la

práctica diaria en la ingeniería y una buena operación, la determinación del camino más

corto (Algoritmo de Dijkstra) en las redes de tráfico en las telecomunicaciones, los flujos

máximos, perdida de paquetes y los problemas de planeación de ruta de determinado

tráfico (paquete de datos) y la planificación de las conexiones en las redes de tráfico.

Por esto se propone el desarrollo de un modelo matemático multi-objetivo para poder

evaluar las redes 802.11ac, donde los administradores de redes van a tener una

herramienta más flexible y confiable para tener una respuesta del comportamiento del

protocolo de comunicación, donde se podrá verificar la calidad de servicio (Qos), que ofrece

cada uno de los proveedores de redes inalámbricas, y se cumplan las características

mínimas del servicio de calidad ofrecido, analizando y evaluando la eficiencia y confiabilidad

en los diseños de redes inalámbricas con el estándar 802.11ac.

https://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Dijkstra



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Por tal motivo se presenta esta investigación donde se mostrara un enfoque diferente para

poder evaluar las redes inalámbricas utilizando el protocolo de comunicación 802.11ac, una

herramienta fácil de utilizar, que cualquier ingeniero en comunicaciones o áreas afines sea

capaz de analizar (interpretar) y poder tomar decisiones sobre una red inalámbrica

802.11ac, a la cual desee verificar u optimizar el rendimiento. Para ello en el modelo

propuesto se integran dos parámetros significativos al momento de verificar el rendimiento

de las redes inalámbricas, los cuales son: eficiencia y confiabilidad utilizando programación

matemática multi-objetivo, la cual ha sido muy utilizada en aplicaciones de ingeniería de

teletráfico para predecir, evaluar y optimizar redes inalámbricas desde hace más de una

década.

1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El uso de las redes inalámbricas se ha aumentado y actualmente al menos se podrá

encontrar una red instalada en parques, centros comerciales, supermercados, empresas y

en nuestros hogares. Esto se debe principalmente aspectos como la fácil instalación,

movilidad, valor económico atractivo a todo público y a transmisiones en bandas de

frecuencias libres. Sin embargo, comienza a hacerse evidente por parte del usuario la mala

calidad del servicio (Qos). Por esta razón se plantea obtener un modelo de optimización

para evaluar el rendimiento de las redes inalámbricas, como metodología de análisis de las

redes 802.11ac. En donde se analizarán los parámetros más importantes para nuestra

investigación sobre las redes inalámbricas 802.11ac y así poder optimizarlas, tales

aspectos como: la confiabilidad y eficiencia (eficiencia: optimizar el recurso el cual es el

AP (punto de acceso) donde se debe ubicar para tener mayor cobertura, confiabilidad: no

halla perdida de información (menores retardos) son parámetros importantes en la

evaluación, análisis y optimización de rendimiento en las redes inalámbricas.



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Por lo tanto, el presente proyecto consiste en desarrollar un modelamiento de optimización

del rendimiento en redes 802.11ac usando programación multi–objetivo, para brindar un

análisis del comportamiento de las redes inalámbricas teniendo como parámetros de

entrada más de una función objetivo de selección como los son: eficiencia y confiabilidad.

En consecuencia, la pregunta de investigación que se intentará resolver en el contexto de

las redes inalámbricas es la siguiente:

¿En cuánto puede mejorar la programación multi-objetivo la evaluación del desempeño de

las redes inalámbricas 802.11ac, para obtener un modelo de optimización del desempeño

de estas redes inalámbricas?

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL

Desarrollar un modelo que permita Optimizar el Rendimiento de las Redes 802.11ac

utilizando Programación Matemática Multi – Objetivo.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

➢ Evaluar la información pertinente a eficiencia y confiabilidad, aspectos que son

determinantes en el rendimiento de las Redes Wi-Fi (en este momento usando

tecnología 802.11ac).

➢ Plantear el Modelo de Rendimiento para las redes 802.11ac, que considera la

eficiencia y confiabilidad, entendida como la eficiencia de la red inalámbrica para

transmitir la información de forma correcta.

▪ Eficiencia: Analizará función objetivo cobertura, se analizará la localización

de los AP (puntos de acceso) para optimizar el recurso al máximo.



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▪ Confiabilidad: Analizara función objetivo enrutamiento, análisis protocolos

que soporta 802.11ac

➢ Validar (Desarrollo de modelos existentes) el conjunto de medidas de eficiencia y

confiabilidad mediante herramientas de simulación Lingo, GNS3, Matlab y

escenarios empíricos.

1.3 JUSTIFICACIÓN

Con la creciente demanda de internet inalámbrico en los últimos años, vemos la importancia

de la calidad de servicio (QoS) ofrecida en la actualidad, para tener un control como usuario

del servicio que nos brindan cada uno de los proveedores de internet móvil, ya que a

medida que crece la demanda, observamos como la eficiencia, confiabilidad y manejo de

tráfico se ven afectados, brindando un mal servicio al usuario final, como lo es, la perdida

de información en el envío y recepción, retardos muy largos en la recepción de paquetes

de información y hasta perdida de la red inalámbrica a la cual se encuentre conectado el

usuario (eficiencia).

Se va a investigar en profundidad las redes LAN inalámbricas, específicamente con la

tecnología 802.11ac, En donde se analizaran los parámetros más importantes dentro de la

investigación sobre las redes inalámbricas y así poder optimizarlas, tales aspectos son: la

confiabilidad y eficiencia (eficiencia: optimizar el recurso el cual es el AP (punto de acceso)

donde se debe ubicar para tener mayor cobertura, confiabilidad: no halla perdida de

información (menores retardos) siendo parámetros importantes en la evaluación, análisis y

optimización de rendimiento en las redes inalámbricas.

Utilizando programación matemática multi-Objetivo, se planteará un modelo de

optimización del rendimiento en las redes inalámbricas 802.11ac, teniendo como funciones

objetivos definidas: la función objetivo eficiencia y la función objetivo confiabilidad, para

nuestro desarrollo del modelo y validación del mismo.



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Por esta razón se ve la importancia de desarrollar un nuevo método más eficiente que nos

permita encontrar una mejor forma de evaluar, analizar y optimizar el rendimiento de las

redes inalámbricas utilizando la tecnología 802.11ac, para ello usando programación

matemática multi-objetivo.

1.4 RESULTADOS ESPERADOS

Se entregará en el proyecto de investigación, un modelo de optimización del rendimiento

en las redes inalámbricas 802.11ac, el cual tendrá un impacto a nivel distrital, nacional e

internacional, ya que se pretende hacer una contribución a mejorar los métodos de cómo

se puede evaluar, analizar y optimizar las redes inalámbricas y tener un mejor criterio en el

diseño, implementación u optimización utilizando el protocolo de comunicación 802.11ac.

Además del fortalecimiento en investigación del grupo Internet Inteligente de la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas enfocado a la investigación.

En cuanto a los resultados esperados durante el proceso de desarrollo:

➢ Un documento de revisión del estado del arte que evidencia los principales modelos

desarrollados por otros investigadores, validando el modelo planteado en la

investigación con redes inalámbricas 802.11ac y considerando las posibles mejoras

que se podrán obtener con respecto a los modelos comparados en nuestro estado

del arte.

➢ Un modelo de optimización del rendimiento en las redes inalámbricas utilizando el

protocolo de comunicación 802.11ac, para evaluar, analizar y optimizar las redes de

telecomunicaciones que utilicen esta tecnología en sus diseños, mejorando la

eficiencia y confiabilidad de sus redes inalámbricas.

➢ Una validación del modelo de optimización desarrollado por medio de datos

experimentales y simulaciones por medio de herramientas de software para el

análisis de redes inalámbricas utilizando el protocolo 802.11ac.



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2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO CONCEPTUAL

2.1.1 REDES INALAMBRICAS

Una red inalámbrica es un sistema de comunicación de datos que proporciona una conexión

sin cables entre equipos situados dentro de una misma área de cobertura. Las redes

inalámbricas transmiten (Tx) y reciben (Rx) paquetes de datos a través de ondas

electromagnéticas usando el aire como medio de transmisión, permitiendo tener al usuario

final movilidad en el uso del internet. (Pablo Jara Werchau, 2009), (Peralta, 2014).

Existen diferentes tipos de redes inalámbricas, a continuación, se explicarán:

➢ WPAN (Wireless Personal Area Network, en español Redes de Área Personal

Inalámbricas): Es una red inalámbrica de comunicación de datos entre distintos

dispositivos (móviles, computadoras, impresoras, dispositivos de audio,

electrodomésticos) cercanos al AP (Punto de acceso a internet). Cubren un área del

tamaño de una habitación y permiten la comunicación entre dos dispositivos a baja

velocidad y a una distancia muy corta (pocos metros 2- 5m aproximado). Una de las

soluciones de esta tecnología se conoce con el nombre de Bluetooh, y sirve para

transferencia de datos de poca capacidad y bajas velocidades (Peralta, 2014).

Como se ilustra en la figura 1.

Figura 1 Arquitectura básica de una red WPAN Fuente: https://sites.google.com/site/redesinalambricas3/tipos-

de-redes-inalambricas/bluetooth



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WLAN (Wireless Local Area Network, en español Redes de Área Local Inalámbricas): Es

una red inalámbrica que cubre un área equivalente a la red local de una empresa, con un

alcance aproximado de cien metros. Permite que las terminales (móviles, computadoras,

impresoras, dispositivos de audio, electrodomésticos) que se encuentran dentro del

área de cobertura puedan conectarse entre sí. Una de las tecnologías más utilizadas en la

actualidad por las prestaciones que ofrece frente a sus competidores es WIFI (802.11),

ofreciendo una velocidad de descarga máxima de 54Mbps, con un alcance aproximado de

100 metros. Permite que las terminales que se encuentran dentro del área de cobertura

puedan conectarse entre sí. (Pablo Jara Werchau, 2009) . Como se ilustra en la figura

2.

Figura 2 Arquitectura básica de una red WLAN 802.11 Fuente: http://www.accoladewireless.com/solutions/wireless-networking/wireless-lan-wifi-wlan/

➢ WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, en español Redes de Área

Metropolitana Inalámbrica): Permite que las terminales (móviles, computadoras,

impresoras, dispositivos de audio, electrodomésticos) que se encuentran dentro del

área de cobertura puedan conectarse entre sí. Una de las tecnologías de largo

alcance que se ofrece en la actualidad por las prestaciones que ofrece frente a sus

competidores es WIMAX (802.16), ofreciendo una velocidad de descarga máxima

de 75Mbps, con un alcance mayor a las redes WLAN aproximado de 2 a 5km (Pablo

Jara Werchau, 2009) . Como se ilustra en la figura 3.



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Figura 3 Arquitectura básica de una red WMAN Fuente:

https://tododeredesinalambricas.wordpress.com/wireless-metropolitan-area-network-wman/

La mayoría de las redes inalámbricas se enlazan a la red cableada en algún punto para

proporcionar acceso a archivos, bases de datos e Internet (Tanenbaum, 2003).

➢ WWAN (Wireless Wide Area Network, en español Red Inalámbrica de Área

Extensa,): Es una red de computadoras que abarca varias ubicaciones físicas,

dando servicio a una zona, un país e incluso varios continentes. Es cualquier red

que une varias redes locales, WLAN, por lo que sus miembros no están todos en

una misma ubicación física. Las tecnologías más destacadas son GPRS, GSM, LTE

y UMTS (Jaramillo, 2015). Como se observa en la figura 4.

Figura 4 Arquitectura básica de una red Fuente: http://redesaradillas.blogspot.com.co/2015/08/

2.1.1.1 REDES INALAMBRICAS DE AREA LOCAL (WLAN) 802.11

Casi al mismo tiempo que aparecieron las computadoras portátiles, muchas personas

tuvieron el sueño de andar por la oficina y tener movilidad en la conexión a internet de su

computadora. En consecuencia, varios grupos empezaron a trabajar para cumplir con esta

meta. El método más práctico es equipar las computadoras de la oficina y las portátiles con

transmisores y receptores de radio de onda corta que les permitan comunicarse. Este



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trabajo condujo rápidamente a que varias empresas empezaran a comercializar las LANs

inalámbricas. El problema es que no había compatibilidad entre ninguna de ellas. Esta

proliferación de estándares implicaba que una computadora equipada con un radio

(Transmisor (Tx) y Receptor (Rx)) de marca X no funcionara en un cuarto equipado con una

estación de base de marca Y. Finalmente, la industria decidió que un estándar de LAN

inalámbrica sería una buena idea, por lo que al comité del IEEE que estandarizó las LANs

alámbricas se le encargó la tarea de diseñar un estándar para LANs inalámbricas. El

estándar resultante se llamó IEEE 802.11. En la jerga común se le conoce como WiFi que

es el nombre comercial. Es un estándar importante, así que lo llamaremos por su nombre

propio, 802.11 (Tanenbaum, Redes WLAN 802.11, 2003). El estándar propuesto tenía que

trabajar en dos modos:

➢ En presencia de una estación base: Toda la comunicación se hace a través de la

estación base, conocida como AP (Punto de Acceso, del inglés Access Point).

➢ En ausencia de una estación base: Las computadoras pueden enviarse mensajes

entre si directamente. Este modo se llama red ad hoc

En el primer caso, toda la comunicación se hacía a través de la estación base, que en la

terminología del 802.11 se conoce como punto de acceso. En el segundo caso, las

computadoras podrían enviarse mensajes entre sí directamente. Este modo se llama como

red ad hoc. Un ejemplo típico es el de dos o más personas que se encuentran juntas en un

cuarto no equipado con una LAN inalámbrica y cuyas computadoras se comunican entre sí

de manera directa (Tanenbaum, Redes WLAN 802.11, 2003). Los dos modos se ilustran en

la figura 5.

Figura 5 Arquitectura de una WLAN 802.11 (a) Red inalámbrica con un AP (b) Red ad hoc Fuente: Libro

Redes de computadoras de tanenbaum 4ta edición español



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2.1.1.2 DEFINICIÓN ESTANDAR IEEE 802.11 Y EVOLUCIÓN

El estándar IEEE 802.11 es el que define el uso de las dos capas inferiores de la

arquitectura OSI (Física y Enlace de Datos), especificando sus normas de funcionamiento

en una WLAN (Peralta, 2014). Como se ilustra en la figura 6.

Figura 6 Arquitectura redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente: Libro Redes de computadoras de tanenbaum 4ta edición español

Capa física: Medio por el cual se va realizar la comunicación, puede ser un medio alámbrico

o inalámbrico como en el caso de las redes WLAN 802.11 (FHSS y DSSS), en la cual se

profundizará en el trascurso de este documento (Tecnología 802.11ac). En esta capa se

escogen los APs (Puntos de acceso), dependiendo el tipo de tecnología que se desee

implementar en un diseño de redes inalámbricas, brindándonos mejores capacidades de

transmisión y recepción de datos, confiabilidad, eficiencia y mayor cobertura dependiendo

de la tecnología inalámbrica a utilizar. En el caso de la investigación que se va a realizar se

utilizara la tecnología 802.11ac. A continuación, se ilustra la arquitectura de las redes WLAN

802.11 respecto al modelo OSI, ver figura 7.

Figura 7 Arquitectura capa física redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente: https://es.slideshare.net/h_gonzalezc/red-de-comunicaciones-12657813



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➢ FHSS (Espectro ensanchado por salto de frecuencia, en inglés Frequency Hopping

Spread Spectrum): Consiste en transmitir una parte de la información en una

determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada dwell time e inferior

a 400 ms. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisión y se sigue

transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va

transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo

(Enrique de miguel ponce, 2000), como se observa en la figura 8.

Figura 8 Grafica codificación con salto en frecuencia Fuente: https://radiosyculturalibre.com.ar/biblioteca/REDES/WIRELESS/curso%20wlan/Tutoriales/manual_redes_inala

mbricas.pdf

El orden en los saltos en frecuencia se determina según una secuencia pseudoaleatoria

almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el receptor deben conocer. Si se

mantiene la sincronización en los saltos de frecuencias se consigue que, aunque en el

tiempo se cambie de canal físico, a nivel lógico se mantiene un solo canal por el que se

realiza la comunicación. Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza

en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno, (Enrique de miguel ponce, 2000).

El estándar IEEE 802.11 define la modulación aplicable en este caso. Se utiliza la

modulación en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying), con una velocidad de 1Mbps

ampliable a 2Mbps. En la revisión del estándar, la 802.11b, esta velocidad también ha

aumentado a 11Mbps (Enrique de miguel ponce, 2000). En la siguiente tabla se observa el

rango de frecuencias centrales empleadas en FHSS, tabla 1.



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Tabla 1 Tabla rango de frecuencias centrales empleadas en FHSS Fuente: https://radiosyculturalibre.com.ar/biblioteca/REDES/WIRELESS/curso%20wlan/Tutoriales/manual_redes_inalambricas.pdf

Una transmisión en espectro ensanchado ofrece 3 ventajas principales:

1. Las señales en espectro ensanchado son altamente resistentes al ruido y a

la interferencia.

2. Las señales en espectro ensanchado son difíciles de interceptar. Una transmisión

de este tipo suena como un ruido de corta duración, o como un incremento en el

ruido en cualquier receptor, excepto para el que esté usando la secuencia que fue

usada por el transmisor.

3. Transmisiones en espectro ensanchado pueden compartir una banda de frecuencia

con muchos tipos de transmisiones convencionales con mínima interferencia.

➢ DSSS (Espectro ensanchado por secuencia directa, en inglés Direct sequence

spread spectrum): También conocido en comunicaciones móviles como DS-

CDMA (acceso múltiple por división de código en secuencia directa) ver figura

8, es uno de los métodos de codificación de canal (previa a la modulación)

en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas

radioeléctricas que más se utilizan. Tanto DSSS como FHSS están definidos por

el IEEE en el estándar 802.11 para redes de área local inalámbricas WLAN. Este

esquema de transmisión se emplea, con alguna variación, en

sistemas CDMA asíncronos (como por ejemplo UMTS) (Enrique de miguel ponce,

2000).



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Figura 9 Método de codificación del canal por DSSS Fuente:

https://es.wikipedia.org/wiki/Acceso_m%C3%BAltiple_por_divisi%C3%B3n_de_c%C3%B3digo#/media/File:Generation_of_CDMA.jpg

Capa de enlace: El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información fluya,

libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado

a la conexión). Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información

(llamados trama en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección

MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del “control de flujo” entre

equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento). Además está

compuesta por dos subcapas, las cuales son, ver figura 10:

Figura 10 Arquitectura capa enlace de datos redes WLAN 802.11 modelo OSI Fuente:

https://es.slideshare.net/h_gonzalezc/red-de-comunicaciones-12657813

➢ MAC (Control de Acceso al Medio): Se encarga de ver cómo conseguir el medio

para poder transmitir los datos (Peralta, 2014).

➢ LLC (Control Lógico de Enlace): Brinda el servicio a la Capa de Red como si fuera

la Capa de Enlace de Datos tradicional (Modelo OSI) (Peralta, 2014).

A continuación, se mostrará una tabla resumida de la evolución que ha tenido durante los

últimos años el estándar IEEE 802.11. Ver tabla 2.



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EVOLUCIÓN DEL ESTANDAR IEEE 802.11

IEEE 802.11a Opera en la banda de frecuencia de 5 GHz y proporciona velocidades

de hasta 54 Mb/s. Posee un área de cobertura menor y es menos

efectivo al penetrar estructuras edilicias ya que opera en frecuencias

superiores. Los dispositivos que funcionan conforme a este estándar

no son interoperables con los estándares 802.11b y 802.11g que se

describen a continuación.

IEEE 802.11b Opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz y proporciona

velocidades de hasta 11 Mb/s. Los dispositivos que implementan este

estándar tienen un mayor alcance y pueden penetrar mejor las

estructuras edilicias que los dispositivos basados en 802.11a.

IEEE 802.11g Opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz y proporciona

velocidades de hasta 54 Mbps. Por lo tanto, los dispositivos que

implementan este estándar operan en la misma radiofrecuencia y

tienen un alcance de hasta 802.11b pero con un ancho de banda de

802.11a.

IEEE 802.11n Opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz. Las velocidades

de datos típicas esperadas van de 150 Mb/s a 600 Mb/s, con un

alcance de hasta 70 m. Es compatible con dispositivos 802.11a, b y g

anteriores.

IEEE 802.11ac opera en la banda de 5 GHz y proporciona velocidades de datos que

van de 450 Mb/s a 1,3 Gb/s (1300 Mb/s); es compatible con

dispositivos 802.11a/n.

IEEE 802.11ad También conocido como “WiGig”. Utiliza una solución de Wi-Fi de

triple banda con 2,4 GHz, 5 GHz y 60 GHz, y ofrece velocidades

teóricas de hasta 7 Gb/s.

Tabla 2 Evolución del Estándar IEEE 802.11 Fuente: http://tavoberry.com/osi/estndares_wifi.html

2.1.4 REDES INALAMBRICAS (WLAN) ESTÁNDAR IEEE 802.11ac

El estándar 802.11ac surge como una evolución del estándar 802.11n. A diferencia del

estándar 802.11n, que desarrolló nuevas técnicas para aumentar el rendimiento, el



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estándar 802.11ac utiliza y mejora técnicas ya existentes. Por ejemplo, en lugar de utilizar

MIMO como se venía utilizando anteriormente, para enviar datos a un único usuario,

aparece el concepto de MIMO multiusuario, que permite al AP (Access Point) enviar datos

a múltiples usuarios al mismo tiempo (Jaramillo, 2015). En la Tabla 3 se muestran las

diferencias entre ambos estándares.

802.11n 802.11ac

ANCHO DE BANDA 20 y 40 MHz 20, 40, 80 y 160MHz

FRECUENCIA DE

OPERACIÓN

2.4 GHz o 5GHz 5GHz

BEAMFORMING

No estándar Estándar

CANALES SIN

SOLAPAMIENTO

3 19

FLUJOS ESPECIALES

MIMO

1 HASTA 4 1 HASTA 8 (HASTA 4 POR

USUARIO)

MU-MIMO - 4 CLIENTES MU-MIMO

MODULACIÓN BPSK, QPSK, 16-QAM 64 QAM

64 QAM Y 256 QAM

VELOCIDAD MAXIMA 1

FLUJO (1*1)

150Mbps 433Mbps

VELOCIDAD MAXIMA 1

FLUJO (3*3)

450Mbps 1.3Gbps

Tabla 3 Especificaciones estándar 802.11ac y diferencias entre los protocolos 802.11n y 802.11ac Fuente: Autor

Todos los protocolos 802, incluyendo 802.11 y 802.3 (Ethernet) tienen ciertas similitudes

en su estructura. De hecho, se hizo que 802.11 fuera compatible con Ethernet sobre la capa

de enlace de datos, (Peralta, 2014). Ver figura 11.



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Figura 11 Pila de protocolos 802.11 Fuente: Libro Redes de computadoras de tanenbaum 4ta edición español

La pila de protocolos es la misma para los clientes y APs (Access Point). La capa física

corresponde muy bien con la capa física OSI. La subcapa MAC determina la forma en que

se asigna el canal; es decir, a quien le toca transmitir a continuación. Arriba de dicha

subcapa se encuentra la subcapa LLC, cuya función es ocultar las diferencias entre las

variantes 802 con el fin de que sean imperceptibles en lo que respecta a la capa de red,

pero actualmente lo que hace es identificar el protocolo que se transporta dentro de una

trama 802.11 (por ejemplo, protocolo IP) (Peralta, 2014).

2.1.4.1 MEJORAS EN LA CAPA FISICA REDES 802.11ac El aumento de velocidad en la capa física se produce gracias a 3 factores:

➢ Mayor cantidad de flujos espaciales.

➢ Canales más anchos.

➢ Modulación más eficiente incluyendo más bits en cada unidad de tiempo.

El aumento de los flujos espaciales de 4 a 8 multiplica también por dos el rendimiento del

sistema con respecto a un sistema 802.11n. El número de flujos espaciales no puede ser

mayor que el número de elementos en el array de antena. Si el número de elementos en el



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array fuera mayor que el número de flujos espaciales, se obtendría una ganancia de

procesado beneficiosa para el sistema debido a que aumenta la SNR en el beamforming

(Jaramillo, 2015).

➢ RADIOCANALES EN EL ESTÁNDAR 802.11AC

Como se ha visto anteriormente, este estándar aporta dos tamaños nuevos de canales, 80

y 160 MHz. Este estándar divide al canal en múltiples subportadoras OFDM, cada una con

un ancho de banda de 312,5 kHz. Se utiliza una subportadora distinta para cada

transmisión. Algunas de estas subportadoras son subportadoras piloto y no se utilizan para

transmitir datos de usuarios, sino que se utilizan para medir el canal.

Todos los dispositivos 802.11ac deben soportar canales de 80 MHz. Adicionalmente,

pueden tener o no la capacidad de soportar canales de 160 MHz o en un único bloque de

160 MHz o en dos bloques de 80 MHz. A continuación, en la Figura 12 se observa el diseño

de los canales en el estándar 802.11ac y las portadoras pilotos que se añaden en la

transmisión. En cada una de las líneas horizontales se presenta el diseño de las

subportadoras OFDM en un tipo de canal (Jaramillo, 2015).

Figura 12 Diseño de canales redes WLAN 802.11 Fuente: Estudio de las técnicas de Beamforming en el

estándar 802.11ac



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Las portadoras pilotos representan una sobrecarga para el canal debido a que son

portadoras que no se pueden utilizar para transmitir datos. Esta pérdida de eficiencia se

hace menos notable a medida que aumenta el ancho del canal.

➢ MODULACIÓN 256-QAM

Con el estándar 802.11ac aparece una nueva modulación, la 256-QAM. Esta modulación

consta de 16 cambios de fase y 16 niveles de amplitud (en lugar de 8 y 8 que presentaba

la modulación 64-QAM). En la Figura 13 se pueden observar ambas modulaciones. Las dos

tienen una apariencia similar pero la 256-QAM tiene muchos más puntos en la constelación.

El aumento de puntos de la constelación sirve para mejorar considerablemente la velocidad

del sistema. En lugar de transmitir 6 bits por cada subportadora, una modulación 256-QAM

transmite 8 bits. Esta modificación aumenta la velocidad en un 30 % con respecto al

estándar 802.11n (Jaramillo, 2015).

Figura 13 Comparación de modulaciones 64-QAM y 256-QAM Fuente: Estudio de las técnicas de

Beamforming en el estándar 802.11ac

➢ TRAMA REDES 802.11ac

Las tramas del nuevo estándar deben ser compatibles con los estándares anteriores,

debido a que un dispositivo 802.11a o 802.11n debe ser capaz de conocer la longitud de la

trama para no transmitir a la vez en ese intervalo de tiempo. La trama en sí es muy similar



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a la del estándar 802.11n, con la diferencia de que en el preámbulo se incluye un campo

para permitir MIMO multiusuario que debe incluir el número de flujos espaciales utilizados

y los múltiples receptores a los que va dirigida la trama (Jaramillo, 2015), como se observa

en la figura 14.

Figura 14 Trama 802.11ac Fuente: Estudio de las técnicas de Beamforming en el estándar 802.11ac

Cada uno de los campos tiene las siguientes funciones:

• L-STF (Non-HT Short Training Field) y L-LTF (Non-HT Long Training Field): Son

una secuencia de 12 símbolos OFDM que sirven para sincronizar los

temporizadores, seleccionar la antena de transmisión, anunciar que va a comenzar

la transmisión.

• L-SIG (Non-HT Signal Field): Es un campo que utilizan los receptores para calcular

el tiempo de transmisión de la trama.

• VHT-SIG-A (VHT Signal A Field) y VHT-SIG-B (VHT Signal B Field): Ambos campos

incluyen atributos de la trama, si es una trama multiusuario, la modulación,

codificación, anchura del canal.

• VHT-STF (VHT Short Training Field): Ayuda al receptor para establecer la ganancia

de recepción y para detectar parámetros repetidos.

• VHT-LTF (VHT Long Training Field): Consiste en una secuencia de símbolos que

configuran la demodulación del resto de la trama, empezando por el campo VHT

Signal B Field. Consta de 1, 2, 4, 6 u 8 símbolos dependiendo del número de flujos

de transmisión. El número de símbolos requeridos se redondea al valor par

inmediatamente superior al número de flujos. Por ejemplo, si se tuvieran 5 flujos se

utilizarían 6 símbolos. También se utiliza para el beamforming.

• Data Field (Este campo contiene los datos a transmitir): En el caso de que este

campo esté vacío, se trata de un paquete NDP, que se utilizará para beamforming.



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➢ VELOCIDAD DE LOS DATOS EN REDES 802.11ac

La velocidad de los datos viene determinada por el ancho de banda del canal, la modulación

elegida, el número de flujos espaciales y el intervalo de guarda.

A continuación, se presenta una tabla comparativa de las distintas velocidades alcanzadas

en los distintos estándares.

TECNOLOGIA 20MHz 40MHz 80MHz 160MHz 802.11b 11Mbps - - -

802.11a/g 54 Mbps - - -

802.11n (1 Flujo espacial)

72 Mbps 150 Mbps - -

802.11ac (1 Flujo espacial)

87 Mbps 200 Mbps 433 Mbps 867 Mbps


144 Mbps 300 Mbps - -


173 Mbps 400 Mbps 867 Mbps 1.7 Gbps


216 Mbps 450 Mbps - -


289 Mbps 600 Mbps 1.3 Gbps 2.3 Gbps


289 Mbps 600 Mbps - -


347 Mbps 800 Mbps 1.7 Gbps 3.5 Gbps


693 Mbps 1.6 Gbps 3.4 Gbps 6.9 Gbps

Tabla 4 Comparación de distintas velocidades obtenidas con estándares WLAN Fuente: Estudio de las técnicas de Beamforming en el estándar 802.11ac

➢ BEAMFORMING EN REDES 802.11ac

Otra tecnología de 802.11ac es Beamforming, en lugar de emitir la señal inalámbrica de

forma uniforme alrededor suyo, se dirige directamente al lugar donde se encuentran los

dispositivos conectados. Las mejoras son evidentes en cobertura, rendimiento y fiabilidad,

(Jaramillo, 2015) ver figura 15.



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Figura 15 Técnica Beamforming en redes 802.11ac Fuente: Estudio de las técnicas de Beamforming en el

estándar 802.11ac

2.1.5 PROGRAMACIÓN MATEMATICA MULTI-OBJETIVO

La programación matemática es utilizada para la optimización de un determinado sistema

(Telecomunicaciones, electrónica, control etc.) el cual se refiere a encontrar una o más

soluciones factibles, las cuales corresponden a valores extremos de uno o más objetivos

(Programación matemática). Estos valores extremos de cada función objetivo corresponden

a los valores máximos y/o mínimos que se requieren en un diseño así: calcular el mínimo

costo de fabricación, calcular el máximo índice de confiabilidad, calcular el mínimo valor en

la entrada de un amplificador, calcular la máxima deflexión de un material, etc. Sin embargo,

los problemas de ingeniería han sido considerados asumiendo modelos que no muy

exactos, por lo tanto, en muchos años, la ingeniería ha considerado problemas Mono-

objetivo (GUANCHA, 2010).

Por lo anterior, en los problemas Multio-objetivo, se presenta una característica en la que

se refleja el hecho de que no existe una única solución ya sea minimizada o maximizada,

sino que existe un conjunto de soluciones que son mejores que las demás, este conjunto

de soluciones son soluciones no dominadas o soluciones que pertenecen al frente de

Pareto o Pareto óptimas. La escogencia de una solución dentro de este conjunto depende

de las características propias del problema a resolver u optimizar un determinado proceso.

Actualmente existen diversidad de métodos de optimización que tratan con múltiples

objetivos y que han sido estudiados y desarrollados por varios autores (GUANCHA, 2010).



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En el caso de la Optimización, en donde se encuentran metodologías propias como lo es la

Programación Lineal (LP), Programación No Lineal (NLP), Programación Entera (EP),

Programación Dinámica (DP), Programación Multiobjetivo (MP), Flujos de Redes,

Simulación, Teoría de Colas, Teoría de la Decisión y de Juegos (Medina, 2014). La

Optimización consiste en la selección de una alternativa mejor, que las demás alternativas

posibles. Los problemas de Optimización se componen de tres elementos (Medina,

Wireless Network Optimization: Design of a Mathematical Model using Multi – Objective

Programming, 2014), (Medina, 2012):

➢ Función Objetivo

Es la medida cuantitativa del funcionamiento del sistema que se desea optimizar (maximizar

ó minimizar). Como ejemplo llevado al sector de las telecomunicaciones se podría citar,

maximizar el ancho de banda de un canal, maximizar la potencia de un transmisor,

minimizar los costos asociados a un enlace (Medina, 2012).

➢ Variables

Representan las decisiones que se pueden tomar para afectar el valor de la función objetivo.

Desde un punto de vista funcional se pueden clasificar en variables independientes o de

control y variables dependientes o de estado, aunque matemáticamente todas son iguales

(Medina, 2012).

➢ Restricciones

Representan el conjunto de relaciones (expresadas mediante ecuaciones e inecuaciones)

que ciertas variables están forzadas a satisfacer. En este contexto, cuando se resuelve un

problema de optimización lo que se busca es encontrar el valor que deben tomar las

variables de tal forma que satisfaga las restricciones y optimice (maximice o minimice) la

función objetivo (Medina, 2012).

2.1.5.1 OPTIMIZACIÓN MULTI OBJETIVO

El problema de optimización evolutiva Multio-bjetivo puede expresarse formalmente como:

Encontrar el vector:

X = [𝑥1𝑥2, … … . . 𝑥𝑛]



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Que satisfaga las m restricciones de desigualdad:

𝑔𝑖(𝑥) ≤ 0 𝑖 = 1,2,3, … … … 𝑚

Para las p restricciones de igualdad:

ℎ𝑖(𝑥) ≤ 0 𝑖 = 1,2,3, … … … 𝑝

Y optimice la función vectorial:

F(X) = [𝑓1(𝑥), 𝑓2(𝑥), … … . , 𝑓𝑘]𝑇

Para poder determinar qué tan “buena” es una cierta solución, es necesario contar con

algún criterio para evaluarla. Estos criterios se expresan como funciones computables de

las variables de decisión a las que se denomina funciones objetivo.

➢ Tipos de Problemas Multi-objetivo

Existen tres tipos de situaciones que pueden presentarse en un problema multi-objetivo:

➢ Minimizar todas las funciones objetivo

➢ Maximizar todas las funciones objetivo

➢ Minimizar algunas funciones y maximizar otras.

Por cuestiones de simplicidad, normalmente todas las funciones se convierten ya sea a un

problema de maximización o a uno de minimización. Se puede usar la siguiente identidad

para convertir todas las funciones a maximizarse (Medina, 2012) de manera que

correspondan a un problema de minimización:

max 𝑓𝑖(𝑥) = min (−𝑓𝑖(𝑥))

2.2 MARCO TEÓRICO

2.2.1 RENDIMIENTO EN REDES DE TELECOMUNICACIONES 802.11

El Rendimiento de las Redes Telemáticas se puede definir como la cantidad de información

que es transmitida desde un emisor a un receptor sin pérdida por unidad de tiempo



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(Quintana, 2001)(E. Casilari, 2003) y el rendimiento (troughput) (Agustín Gordillo Yllán,

2008) (DELGADILLO A, GUZMAN V, & MULLER G, 2005) (Medina, 2012) se puede

calcular a partir de una expresión matemática que permite obtener resultados teóricos en

función de valores establecidos y situaciones propuestas para determinar una aproximación

de qué resultados se pueden obtener. El cálculo más sencillo es tener un escenario ideal

en el que se comunica un terminal móvil (TM) y un Access point (AP), no existen

interferencias, el canal está libre de errores y además sólo hay un AP activo. Teniendo en

cuenta lo anterior, el rendimiento podría obtener en la siguiente relación:

𝑇=𝐿𝑝𝐿𝑝𝑅𝑑+ 𝑇𝑐𝑐𝑟𝑡𝑠

Dónde:

𝐿𝑝=𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑅𝑑=𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑑 𝑖𝑛𝑎𝑙á𝑚𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎.

𝑇𝑐𝑐𝑟𝑡𝑠=𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑅𝑇𝑆.

El Tiempo de control con RTS está dado por:

𝑇𝑐𝑐𝑟𝑡= 𝐶𝑊𝑚𝑖𝑛

2+4𝑇𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎+4𝑇𝑝𝑙𝑐𝑝𝑙+

𝐴𝐶𝐾+𝐶𝑇𝑆+𝑅𝑇𝑆

𝑅𝑑

Y que depende de los parámetros relacionados en la WLAN que se esté trabajando para la

transferencia de información, tales como:

▪ ACK = Trama MAC de conformación con valor de 14 bytes.

▪ 𝐶𝑊𝑚𝑖𝑛 = Ventana de contienda mínima con un valor de 1213 μs.

▪ CTS = Datos en una trama MAC con un valor de 14 bytes que indican el envío de

información al estar listo.

▪ 𝑇𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎= Tiempo de transmisión, recepción y procesamiento con valor de 1μ.

▪ 𝑇𝑝𝑙𝑐𝑝𝑙 = Opción por defecto para transmisión con valor de 192 μs.

▪ RTS = Datos en una trama MAC para petición de envío con valor de 20 bytes.



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El tamaño del paquete seleccionado corresponde al máximo tamaño que puede tomar un

paquete IP en una red Ethernet. En (José L. Alvarez-Flores, 2006), se realiza el mismo

análisis para obtener la cota superior del rendimiento en redes 802.11, obteniendo:

𝑇=𝑃𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝐼𝑃

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑥 𝑒𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠𝑎+𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠+𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑜𝑐𝑖𝑜𝑠𝑜

Para obtener la cota superior se obvian las colisiones, lo cual presenta la ventaja de pasar

de análisis probabilístico a uno determinístico, con esto la anterior ecuación se reduce a:

𝑇=𝑃𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝐼𝑃

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑥 𝑒𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠𝑎+𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑜𝑐𝑖𝑜𝑠𝑜

Esto permite un análisis para un sin número de situaciones en las redes inalámbricas de

área local. Este será el punto de partida del proyecto, en donde se analizará el

comportamiento del rendimiento de la red Inalámbrica (WLAN) desde diferentes variables,

las cuales permitirán realizar una propuesta del modelo multi-objetivo para analizar el

comportamiento de las redes WLAN que utilizan tecnología 802.11ac.

2.2.2 INVESTIGACIÓN EFICIENCIA EN LAS REDES WLAN 802.11ac

Las redes LAN inalámbricas que utilizan el estándar IEEE 802.11ac extienden el ancho de

banda del canal de 20 o 40 MHz (usado por el estándar 802.11n) a 80 o 160 MHz para

aumentar la eficiencia (espectro radioeléctrico) y así poder tener mayores velocidades en

la transmisión de datos. En consecuencia, podría haber estaciones que soportan diferentes

anchos de banda de canal en un área. En el estándar 802.11ac, todas las estaciones que

son miembros del mismo conjunto de servicios básicos (BSS) tienen que operar en el canal

primario, que es un sub-canal común de 20 MHz para propósitos de retro-compatibilidad.

Por otra parte, los canales secundarios, que comprenden anchos de banda de: 40, 80 o

160 MHz junto con el canal primario, se utilizan para Transmitir señales de alto rendimiento

o de muy alto rendimiento a las estaciones (Shoko Shinohara, 2014), ver figura 18.



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Figura 16 Comparación de la capacidad del sistema normalizada por el ancho de banda de 160 MHz (TXOP =

3mg, número de flujos = 8, índice VTH-MCS = 8) Fuente: Efficient Multi-User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs

Puesto que habrá estaciones que soportan ancho de banda de canal diferente en el mismo

BSS (Estación de servicios básicos), alguna parte de los recursos de frecuencia pueden

permanecer sin usarse cuando se transmiten señales a estaciones que soportan anchos de

banda estrechos. Por ejemplo, una transmisión de 20 MHz en una BSS (Estación de

servicios básicos) de 80 MHz hace que los recursos de frecuencia de 60 MHz se

desperdicien durante la transmisión lo que degrada la capacidad del sistema. Otro problema

con la expansión en el ancho de banda del canal es que causa más OBSSs (conjuntos de

servicios básicos superpuestos) porque el ancho de banda de frecuencia total disponible

para WLAN es limitado (Shoko Shinohara, 2014). Si algunos APs no utilizan canales de

manera muy efectiva y el número de OBSSs aumenta, el rendimiento del sistema en un

área también se degradará (Yinghong Ma, 2016).

Por esta razón proponen una técnica de transmisión Multi-Usuario Multi-Canal (MU-MC)

para mejorar la eficiencia de las transmisiones de enlace descendente. Esta técnica

permite que un AP transmita tramas a diferentes destinos en diferentes sub-canales (ver

Figura 19). En sistemas WLAN, la multiplexación ortogonal por división de frecuencia

(OFDM) es una técnica de transmisión básica para 802.11a / n / ac, y MU-MC hace uso

flexible de sub-canales para mejorar la eficiencia del espectro (Shoko Shinohara, 2014). El

MU-MC es similar al acceso múltiple de división de frecuencia ortogonal (OFDMA) definido

para LTE y WiMAX que programa destinos para cada bloque de recursos. En WiMAX y

LTE, varias sub-portadoras están agrupadas y consideradas como un bloque de recursos.

Nuestro esquema MU-MC asume el canal convencional de WLAN de 20 MHz como una



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unidad de recursos de frecuencia para mantener la compatibilidad con sistemas heredados

(Shoko Shinohara, 2014), (Yinghong Ma, 2016).

Figura 17 Uso de recursos de frecuencia con MU (Multi-Usuario)-MC (Multi-Canal) Fuente: Efficient Multi-User

Transmission Technique with Frequency Division for WLANs

Cuando se transmiten cuadros de datos simultáneamente usando la técnica MU (Multi

Usuario)-MC (Multi Canal), debe impedirse la interferencia entre los cuadros de datos. En

el esquema MU (Multi Usuario)-MC (Multi Canal), se asume un canal convencional de 20

MHz definido en el estándar 802.11a como base para un sub-canal de frecuencia. Cuando

se transmiten más de una trama de datos, se asigna una banda de protección de 20 MHz

entre estos dos sub-canales para evitar la interferencia (Yinghong Ma, 2016), ver Figura 20

(b).

Figura 18 Modelo propuesto técnica MU (Multi Usuario)-MC (Multi Canal) en el estándar 802.11ac Fuente: Efficient Multi-User Transmission Technique with Frequency Division for WLANs



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Usando la técnica MU (Multi Usuario)-MC (Multi Canal) permite un uso flexible del canal y

mejora la eficiencia del espectro (Ver figura 21), no sólo mediante el uso de canales

secundarios, sino también mediante la reducción de la sobrecarga del control de acceso

basado en contención. En las WLAN convencionales, una trama de datos se transmite a un

destino a la vez utilizando el protocolo CSMA / CA (portadora de acceso múltiple de

detección con prevención de colisión). Bajo el protocolo CSMA / CA, un terminal transmisor

debe detectar el canal durante un período especificado para confirmar que no hay

transmisión en curso y esperar un tiempo de retroceso aleatorio antes de iniciar la

transmisión (Yinghong Ma, 2016), ver figura 22. El terminal transmisor necesita repetir el

mismo procedimiento cada vez que inicia la transmisión. Por el contrario, el MU-MC permite

enviar tramas de datos a más de un destino al mismo tiempo y la sobrecarga del control de

acceso puede reducirse.

Figura 19 Mejora la eficiencia espectral en las redes 802.11ac Fuente: Multi-hop Multi-AP Multi-channel

Cooperation for High Efficiency WLAN

Figura 20 Metodo propuesto por (Yinghong Ma, 2016) utilizar tecnica MU-MC Fuente: Efficient Multi-User

Transmission Technique with Frequency Division for WLANs



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2.2.3 INVESTIGACIÓN CONFIABILIDAD REDES WLAN 802.11ac

La confiabilidad en la transmisión de tramas de datos por MU (Multi-Usuario)-MC (Multi-

Canal) en redes inalámbricas utilizando el estándar 802.11ac, se puede observar gracias a

las nuevas técnicas y protocolos que el AP (Access Point) debe ser capaz reconocer en

cualquier instante, siendo las principales:

➢ Adquirir información de canal disponible en cada estación

➢ Proporcionan protección para la secuencia de trama utilizando el intercambio RTS /

CTS (Solicitar Enviar / Borrar para Enviar)

El 802.11n definió un mecanismo llamado transmisión no duplicada (no-HT), que replica

transmisiones usando una máscara de espectro de 20 MHz en sub-canales adyacentes,

para proteger estaciones heredadas que soportan sólo anchos de banda de 20 MHz y

40MHz. El 802.11ac extendió la transmisión no duplicada HT para soportar canales de 80

y 160 MHz. Suponemos que la transmisión MU(Multi-Usuario)-MC(Multi-Canal) también

tiene capacidad de transmisión no duplicada (no-HT), lo que permite adquisición de

información de canal disponible usando RTS / CTS intercambiando información. Por

ejemplo, cuando un AP (Access Point) transmite una trama de datos a un ancho de banda

de canal de 80 MHz, se transmite una trama RTS en un formato de trama no-HT que se

duplica en cuatro sub-canales adyacentes de 20 MHz y la trama CTS se devuelve sólo

desde sub-canales que recibieron la trama RTS con éxito (operación de ancho de banda

dinámico, ver Figura 23). De esta manera, el AP (Access Point) puede adquirir información

de sub-canal disponible con el vector de asignación de red (NAV). Si hay más de un destino,

el intercambio RTS / CTS se repite para cada destino con un intervalo corto entre espacios

de trama (SIFS) (Shoko Shinohara, 2014).



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Figura 21 Ejemplo de funcionamiento con ancho de banda dinámico Fuente: Efficient Multi-User Transmission

Technique with Frequency Division for WLANs

Bloque explícito ACK

En la política ACK IEEE 802.11 de línea de base, cada trama unicast debe ser reconocida

individualmente. IEEE 802.11e define la política de bloque ACK (BA) que permite que se

transmitan varias tramas de datos antes de que se devuelva un ACK. Con la política BA

explícita, después de enviar un bloque de datos, un originador envía un bloque de solicitud

de ACK (BAR), como se muestra en la Figura 24. El destinatario responde entonces al

cuadro BAR con un marco BA, que indica si cada trama de datos individual se ha recibido

correctamente o no. De esta manera, la política BA explícita hace posible que el transmisor

controle cuando el receptor debe enviar ACK después de recibir los marcos de datos

(Seongwon Kimy, 2016).

Figura 22 Definición política de bloques ACK (BA) la cual permite transmisión de varias tramas de datos antes de devolver un ACK Fuente: MASTaR: MAC Protocol for Access Points in Simultaneous Transmit and Receive

Mode



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Protocolo de transmisión de control de flujo

El protocolo TCP proporciona un rendimiento de transmisión de datos confiable, pero a

menudo resultan retrasos de transmisión de paquetes debido al problema HOL. Además,

el TCP sufre largos retrasos en el restablecimiento del trayecto de transmisión después de

las desconexiones del enlace. SCTP supera algunas de las desventajas de TCP y UDP a

través de la prestación de nuevas funciones, tales como el apoyo a multi-Interfaces. Más

específicamente, SCTP cambia sin interrupciones la interfaz de red utilizada por el extremo

de comunicación a otra red disponible si detecta que la calidad de red actual es baja. Puede

asegurar que no hay desconexión al cambiar de redes y mantener la calidad de servicio de

la comunicación en red (Cheng, 2015), ver figura 25.

Figura 23 Ejemplo función Multi-interfaces protocolo SCTP Fuente: Performance Evaluation of Stream Control Transport Protocol over IEEE 802.11ac Networks

2.2.4 INVESTIGACIÓN PREVIA MODELOS DE RENDIMIENTO EN REDES

WLAN 802.11ac CADENAS DE MARKOV

La teoría de tráfico consiste en la aplicación de modelos matemáticos para explicar la

relación que existe entre la capacidad de una red de comunicaciones, la demanda de

servicio que los usuarios desean y el nivel de desempeño que la red puede alcanzar (Peña,

2011). Como dicha demanda es netamente estadística, se suele representar mediante

algún proceso estocástico adecuado, con lo que se constituyen diferentes Modelos para

poder evaluar el Tráfico en una red inalámbrica (WLAN), por ejemplo del estándar IEEE

802.11. Dado un modelo de tráfico particular, el desempeño de la red se podría predecir,

en principio, aplicando herramientas adecuadas proporcionadas principalmente por la

Teoría de Procesos Estocásticos (Peña, 2011). Los resultados de dicho análisis de

evaluación de rendimiento en las redes son los puntos de partida para el diseño de

mecanismos de control de la red en aspectos tan variados como el control de admisión, el



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control de flujo y el control de congestión entro otros, para mejorar la calidad de servicio

(Qos) que se le brinda al usuario.

Las cadenas de Markov tienen múltiples aplicaciones en el área de las telecomunicaciones,

ya que a partir de un proceso estocástico se podrá evaluar, optimizar y mejorar la calidad

de servicio (Qos) en la transmisión de datos de una red inalámbrica de área local (WLAN).

Así por medio de modelos se busca mejorar la eficiencia y confiabilidad para este trabajo

con la tecnología 802.11ac.

Proponen en (Mohand Yazid, 2014) un modelo de cadenas de Markov de tiempo discreto

(CMDT), en donde se modela un AP (Access point) el cual trabaja con el protocolo de

comunicación 802.11ac.

➢ Una breve definición matemática de cadenas de Markov:

Si para cada n y 𝑥𝑖, 𝑗 = 0, … … . . , 𝑛 + 1, 𝑠𝑒 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎:

𝑃(𝑋𝑛+1 = 𝑥𝑛+1 | 𝑋𝑛 = 𝑥𝑛, … … , 𝑋0 = 𝑥0) = 𝑃(𝑋𝑛+1 = 𝑥𝑛+1 | 𝑋𝑛 = 𝑥𝑛)

➢ Donde se entiende que la probabilidad de predecir el tráfico futuro de una red

inalámbrica (WLAN), se puede analizar y evaluar al conocer el estado actual de la

red por medio de un proceso estocástico, como el ejemplo matemático en la

formula.

Las redes inalámbricas 802.11ac permiten obtener un mayor rendimiento al utilizar el

protocolo TXOP (Oportunidad de transmisión) ya que facilita estimar la probabilidad de

transmisión T[h] para cada una de sus AC[h] (categoría de acceso dada).

Antes de detallar el modelo analítico propuesto en (Mohand Yazid, 2014), comenzamos

presentando una lista de supuestos considerados en el desarrollo de este trabajo. La lista

de parámetros más importantes que tienen en cuenta se especifica en la Tabla 5.

Teniendo en cuenta que Pb [h] es la probabilidad de encontrar el canal ocupado para una

AC [h], y Psh es la probabilidad de compartir un TXOP entre las ACs.



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1. Se supone que la cola de transmisión de cada AC [h], debe estar siempre en estado

no vacío (condiciones de saturación) para alcanzar el rendimiento máximo

alcanzable de una AC [h].

2. La probabilidad de colisión Pc [h] de una AC [h] es constante e independiente del

número de retransmisiones. Eso Es la aproximación clave en el modelo de Bianchi

que verifica la propiedad de Markov en la cadena propuesta.

Parámetros Descripción m[h] Etapa máxima de retroceso de la AC[h]

Wo[h] Ventana de contención mínima de la AC [h]

Wm[h] Ventana de contención maxima de la AC [h]

Wi[h] Tamaño de la ventana de contención en la etapa de retroceso i

TL[h] Numero de AMPDUs en la AC[h] en los XTOP[h]

AMPDU Longitud AMPDU

𝑇𝐴𝑀𝑃𝐷𝑈 Tiempo de transmisión AMPDU

𝑇𝑃𝐻𝑌 Tiempo de la cabecera PHY

𝑇𝐵𝐴 Tiempo de transmisión de un acuse de recibo de bloque

AIFS Tiempo de un espacio entre tramas de arbitraje

SIFS Tiempo de un espacio entre tramas corto

α Tiempo de la señal de propagación Tabla 5 Parámetros del modelo analítico redes inalámbricas 802.11ac Fuente: Performance analysis of the

txop sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans

➢ Probabilidad de transmisión (τ [h]) modelo propuesto

1. Sea 𝑆ℎ(𝑡) el proceso estocástico que representa la etapa de retroceso i (donde i =

0, 1, ..., 𝑚(ℎ)) de la 𝐴𝐶(ℎ) en el tiempo t.

2. Sea 𝐵ℎ(𝑡) el proceso estocástico que representa el contador de tiempo de retroceso

k (donde k = 0, 1, ..., hasta 𝑊𝑖(ℎ)), o el 𝑘𝑡ℎ AMPDU transmitido (k = 0, -1 ,. .., 𝑇𝐿(ℎ)+

1) de la 𝐴𝐶(ℎ) en el tiempo t.

Donde, el 𝑊𝑖(ℎ) y 𝑇𝐿(ℎ) se dan como sigue:

𝑊𝑖(ℎ) = min(𝑊𝑚(ℎ), 2𝑖 ∗ 𝑊0(ℎ))



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𝑇𝐿(ℎ) =𝑇𝑋𝑂𝑃(ℎ)

𝑇𝑃𝐻𝑌 + 𝑇𝐴𝑀𝑃𝐷𝑈 + 2 ∗ 𝑆𝐼𝐹𝑆 + 𝑇𝐵𝐴 + 2𝛿

En la tabla 5 se describe los parámetros de cada una de las variables que se utilizan en las

ecuaciones propuestas para el modelo de markov propuesto en (Mohand Yazid, 2014).

Una vez que la aproximación clave en el modelo de Bianchi se supone, es posible modelar

el proceso bidimensional [𝑆ℎ(𝑡), 𝐵ℎ(𝑡)] se representa en la cadena de Markov en la Figura

26 (Mohand Yazid, 2014). Una 𝐴𝐶(ℎ) puede estar en estados de retroceso (i, k), o en

transmisión Estados (i, -k). Con la probabilidad (1 - 𝑃𝑏(ℎ)), cuando 𝐴𝐶(ℎ) Decrece su

contador de retroceso también, con la probabilidad 𝑃𝑏(ℎ) (1 - 𝑃𝑠ℎ), el 𝐴𝐶(ℎ) congela su

temporizador de retroceso, y con la probabilidad 𝑃𝑏(ℎ)𝑃𝑠ℎ, el 𝐴𝐶(ℎ) entra inmediatamente

a los estados de transmisión, El canal es compartido. De lo contrario, el 𝐴𝐶(ℎ) debe

decrementar su último temporizador de retroceso antes de acceder a los estados de

transmisión (Mohand Yazid, 2014). Finalmente, con la probabilidad (1 - Pc [h]), la primera

AMPDU se transmite con éxito y el canal está reservado para las otras AMPDU.



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Figura 24. Modelo propuesto Cadenas de Markov para el estándar 802.11ac con una AP y protocolo TXOP

Fuente: Performance analysis of the txop sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans

Se concluye que en esta investigación presentaron un modelo analítico basado en una

cadena de Markov para analizar y evaluar la eficiencia de la transmisión de paquetes,

optimizar el uso del escaso ancho de banda inalámbrico y aumentar la equidad que tienen

los móviles a los canales entre los diferentes CA (Canales de acceso). Utilizando el

mecanismo TXOP incluido en las especificaciones 802.11ac para permitir la transmisión DL

MU-MIMO a nivel MAC. En las gráficas (Ver figura 27) obtenidas en el modelo propuesto

en (Mohand Yazid, 2014) muestran claramente el beneficio de usar el protocolo TXOP

analizar y evaluar las redes inalámbricas 802.11ac, y a partir de este modelo propuesto

mejorar la eficiencia, confiabilidad y rendimiento de las redes WLAN. La Tabla 6 denota la



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las características de las redes inalámbricas 802.11ac PHY y MAC (parámetros utilizados

en la resolución numérica y la simulación propuesta en (Mohand Yazid, 2014)).

Tabla 6 Características redes inalámbrica 802.11ac PHY y MAC (parámetros utilizados en la resolución numérica y la simulación propuesta en (Mohand Yazid, 2014)) Fuente: Performance analysis of the txop

sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans

Figura 25 Variación del rendimiento según la probabilidad de compartir CA, obtenidos en el análisis del paper

Fuente: Performance analysis of the txop sharing mechanism in the vht ieee 802.11ac wlans



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2.2.5 INVESTIGACIÓN PREVIA MODELO DE RENDIMIENTO EN REDES WLAN

802.11ac ALGORITMO DE HORMIGA

El primer modelo que nos plantean para mejorar, optimizar y evaluar el rendimiento de las

redes LAN inalámbricas utilizando el protocolo de comunicación 802.11ac, es el método de

cadenas de markov de dos dimensiones (Yayu Gao, 2014), ya que se caracteriza por el

comportamiento de retardo de paquetes en cada uno de los nodos que se encuentran

saturados. Suponiendo que cada nodo tiene la misma probabilidad de transmitir en un

tiempo (T) y de tener una colisión (C), la red se encontraría en estado estacionario, en el

cual su funcionamiento se puede obtener resolviendo numéricamente dos ecuaciones no

lineales dependiendo de las variables (T) y (C). Se compara con modelos que utilizan

algoritmos de enrutamiento basado en hormigas, el cual consiste: por donde mayor

cantidad de hormigas transiten dejan una feremona la cual indica la ruta optima que deben

seguir cada uno de los paquetes, esto nos da como resultado, que la probabilidad de que

un paquete se transmita por un nodo que no se encuentre saturado es P(h) = ρ (Yayu Gao,

2014) , ya que después de enviar varios paquetes por cada una de las rutas, estos van

dejando en cada nodo una feremona (Indicador de la capacidad y saturación de los nodos),

y así los demás paquetes sigan la feremona, que menos congestión tuvo para la

transmisión, con esto se logra transmitir, con un buen control de tráfico y con retrasos

mínimos en el envío de la información, obteniendo la ruta optima por medio de este

algoritmo (Aguilar, 20007), ver figura 28.

Con estos dos modelos propuestos en (Aguilar, 20007) y (Zhiqun Hu, 2015), podemos

observar la optimización y mejora en el rendimiento de las redes LAN inalámbricas

utilizando el protocolo de comunicación 802.11ac, logrando mejorar el rendimiento en la

capacidad de transmisión, control y enrutamiento de cada uno de los paquetes transmitidos

por la red.

Figura 26. Ruta más óptima modelo propuesto en Fuente: IEEE 802.11e EDCA Networks: Modeling

Differentiation and Optimization



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2.3 ESTADO DEL ARTE

Con el aumento del uso de las redes inalámbricas (WLAN) estándar 802.11, han surgido

algunos problemas en el análisis y evaluación, para garantizar que se preste una buena

calidad de servicio (Qos) a los usuarios, como lo son: rendimiento, eficiencia y confiabilidad

en la transmisión de datos debido a la alta demanda que existe en el uso de la

infraestructura de las redes 802.11, por esta razón se ve la necesidad de optimizar los

recursos que tenemos limitados en las redes inalámbricas (Ancho de banda, infraestructura,

espectro radioeléctrico), logrando realizar diseños más eficientes en dichas redes. Los

problemas en las redes WLAN se relacionan a continuación: conectividad (Instante de

tiempo en el que el usuario desee estar conectado), cobertura y estabilidad de la red. La

solución de estos problemas resulta crucial para el rendimiento de la red que se desee

optimizar. Es así como en los últimos años se ha usado la Programación Matemática para

el diseño de redes inalámbricas especialmente en el área de redes de sensores, se tiene el

caso de como en (D. Manjarres, 2013), donde para el diseño de la red inalámbrica se

combinan dos parámetros, los cuales son: distancia y conectividad con algoritmos de

búsquedas armónicas (harmony search) y procedimientos de búsquedas locales, dando

como resultado exactitudes considerables que han superado estudios de estrategias de

evolución y procesos estocásticos utilizado en la optimización de redes. También se ha

trabajado con redes inalámbricas de área local (WLAN) en las cuales se han realizado

estudios para mejorar la calidad de servicio de llamadas multimedia (M. Z. Chowdhury,

2013), donde los servicios de calidad de servicio son más difíciles de controlar. En este

caso se han trabajado simultáneamente dos funciones que eran necesario minimizar por

medio de programación matemática aplicadas en redes: La probabilidad de caída de una

llamada y la probabilidad de una nueva llamada de bloqueo. Los resultados permitieron

obtener un modelo que era capaz de reducir la probabilidad de caída de una llamada junto

con el aumento de la eficiencia en la utilización del ancho de banda.

El modelamiento de las Redes Inalámbricas se propone en (N. Katsuhiro, 2001) un modelo

analítico para TCP en redes inalámbricas teniendo en cuenta aspectos como: la ventana

emergente y retardos en la transmisión de paquetes, aspectos que se relacionan

únicamente con el protocolo que se esté usando, obteniendo como resultado que el diseño



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de la red inalámbrica (WLAN) depende de las características de implementación, con lo

cual se puede deducir que debieron haber tomado aspectos de la infraestructura para

mejorar su rendimiento. En (NAKANO, 2009) se hace un análisis del tiempo promedio de

espera en la entrega de un mensaje M entre un transmisor T y un Receptor R, realizan un

estudio en términos de conectividad, el cual es un aspecto de la función objetivo: eficiencia

en las redes móviles, los cuales se realizaron por medio de datos simulados. En (A. Barolli,

2011) se realiza un análisis en relación a conectividad, cobertura y estabilidad, donde se

propone un modelo de optimización para redes Mesh, planteando que al trabajar con estas

funciones objetivo se puede lograr optimizar el rendimiento, encontrando que dicha solución

no es del orden polinómico al ser problemas de optimización tipo No-Hard en consecuencia

se utilizan métodos de tipo heurístico en donde la programación Multi-objetivo cobra gran

importancia en la optimización de redes. En este mismo sentido en (A. Farsi, 2012) se

realiza una investigación sobre la planificación de las redes inalámbricas teniendo en cuenta

dos funciones objetivos como lo son: Los puntos de acceso (APs) y la asignación de

canales, nuevamente se ve el uso de la programación Multi–objetivo para el análisis y

evaluación del rendimiento en las redes WLAN.

La combinación de los conceptos de programación matemática y métodos heurísticos

actualmente han permitido dar soluciones a problemas de optimización en redes de

telecomunicaciones, logrando obtener soluciones para mejorar el rendimiento de las redes

inalámbricas de área local. Una buena descripción de algunos tipos de soluciones con

métodos heurísticos se puede ver en (A. Barolli, 2011) en donde se presentan algunos

problemas de optimización en las redes mesh en donde se les da solución utilizando

diferentes métodos heurísticos como: búsqueda local, algoritmos genéticos y Tabu Search,

en lo que se denomina un óptimo apropiado en redes. Por otra parte en (Aixia, 2012) se

utiliza la programación matemática como mecanismos para crear un modelo que permita la

optimización de la construcción de una red vehicular permitiendo optimizar los parámetros

de capacidad máxima y minimización de costos. Esta combinación de programación

matemática y algoritmos genéticos también se puede observar en (T.-Y. Lin, 2012) donde

las funciones objetivos son: asignación de canal y el enrutamiento multicanal que se

presenta en las redes mesh en donde se ha demostrado que son problemas en los cuales

pueden encontrarse más de una función objetivo, los resultados obtenidos pudieron



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demostrar un aumento de la capacidad de la red. Otro ejemplo del uso de la programación

matemática aplicado ya al caso de redes de sensores en redes inalámbricas se puede

observar en (H. Moungla, 2012) en donde se aplica los criterios de minimizar y/o maximizar

las funciones objetivo, para brindar una solución más eficiente en redes dentro del cuerpo

humano en donde se minimiza el consumo de energía de los sensores y se maximiza la

vida útil de la red.

El tema de calidad de servicio (QoS) va de la mano con el desarrollo de modelos de

optimización en redes WLAN utilizando programación Multi-objetivo, como se observa en

(M. Camelo, 2011) se encuentra el desarrollo de un algoritmo de enrutamiento utilizado para

brindar una mayor Calidad de Servicio (QoS) en la transmisión de paquetes al usuario. En

la investigación realizada en la tesis doctoral presentada por (Luna, 2008), se puede

encontrar un amplio panorama del uso de las técnicas de programación matemática

aplicadas a problemas reales de redes de telecomunicaciones en donde su principal aporte

se ve centrado en la aplicabilidad de los resultados desarrollados sobre optimización de

rendimiento en redes WLAN. Por otra parte, es importante tener presente que en los

problemas que se plantean en la optimización Multi–objetivo se van a encontrar funciones

que se expresan en diferentes unidades y por lo general unas están en conflicto con las

otras, con estas características el conjunto de soluciones factibles que se encuentren será

grande y complejo, estas características que permiten determinar que los métodos

tradicionales de optimización resultan de alguna forma insuficientes o de un costo

computacional muy elevado, por tal razón resulta interesante la búsqueda de una solución

utilizando técnicas menos complejas y que garanticen una adecuada optimización de los

recurso al comprobar algún modelo propuesto.

En (M. Kihl, 2010) realizan una caracterización del tráfico que fluye en internet de acuerdo

al comportamiento de los usuarios, evaluando las características principales de las redes

WLAN, como lo son: tráfico, cobertura y retardos en él envió y entrega de paquetes,

utilizando programación multi-objetivo, sirviendo los datos obtenidos por medio del modelo,

para el diseño y/o administrador de redes inalámbricas de área local, logrando mejorar el

rendimiento o prediciéndolo antes de implementar este tipo de redes.



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3. PROPUESTA MODELO DE OPTIMIZACIÓN DE LA RED

WLAN 802.11AC

3.1 MODELAMIENTO DE EFICIENCIA DE LA RED 802.11AC

La evaluación y análisis de las redes de área local inalámbricas (WLAN) es algo que ha ido

tomando cada vez mayor importancia, debido a que, con el creciente uso de este tipo de

redes, se observa la disminución de la confiabilidad y eficiencia aspectos importantes para

brindar una calidad de servicio (Qos) adecuada a los usuarios que utilizan este tipo de redes

para servicio de internet (colegios, empresas, universidades, hospitales). Al evaluar y

analizar la función objetivo propuesta de eficiencia (cobertura), y a partir de los resultados

obtenidos se puede optimizar las redes de área local inalámbricas que trabajan con la

tecnología 802.11ac, proponiendo una óptima localización de cada punto de acceso (APs),

la cual permita aprovechar al máximo el radio de cobertura máximo que provee cada punto

de acceso (APs), logrando con menos cantidad de APs garantizar cobertura en la misma

área donde se evalúa y analiza por medio del modelo que se va proponer.

Brindando a los diseñadores y administradores de redes de área local inalámbricas (WLAN)

un modelo matemático de eficiencia para poder: evaluar, analizar y optimizar el rendimiento.

Realizando una constante evaluación y análisis para lograr encontrar fallos y mitigarlos para

prestar una calidad de servicio adecuada a los usuarios.

El último avance en las redes de área local inalámbricas, es la tecnología 802.11ac, prueba

que las conexiones inalámbricas ofrecen un mejor rendimiento que la mayoría de

conexiones alámbricas. Los puntos de acceso de las redes inalámbricas 802.11ac

disponibles desde antes de finales de 2014 son compatibles con una velocidad de datos de

433bps por antena, consiguiendo teóricamente tasas de 1.3Gbps empleando 3 antenas,

superiores a las velocidades ofrecidas por Ethernet más comunes a 100Mbps (Chávez,

2011), (Medina, 2013). Ese aumento en la velocidad tres veces mayor a su predecesor el

802.11n, logrando un mayor rendimiento en el uso de las redes inalámbricas utilizando la

tecnología 802.11ac, donde no se necesitan cables para conectar cada puesto de trabajo



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(escritorios personales). La reducción de la interferencia y la eficiencia en el uso del

espectro radio eléctrico, optimiza el uso de los puntos de acceso a través de un

posicionamiento adecuado de estos, ya que es uno de los puntos más importantes para

alcanzar un mejor desempeño de las redes inalámbricas en los servicios ofrecidos.

El diseño de estas redes no es algo sencillo, los puntos de acceso (APs) tienen un alcance

determinado y soportan un número limitado de usuarios. Por lo que el diseño de la red debe

tener en cuenta varios parámetros, como: El área en la que se desea prestar servicio, una

estimación de la cantidad de usuarios que se conectaran a la red, los obstáculos presentes

en el lugar de instalación, para poder lograr una buena calidad de servicio (Qos) en el uso

del internet inalámbrico. Todas estas variables tienen una importancia muy grande en el

desempeño de la red ya que pueden causar problemas de interferencia y por consiguiente

reducir la calidad del servicio que se presta (Ludena, 2011), (Galindres, 2010), (Medina,

2013). Un mal diseño puede llevar incluso a problemas de sobredimensión que también

pueden causar una caída en la calidad del servicio (Qos) además de un aumento en los

costos de instalación, mantenimiento y mejoras de la red.

Considerando lo expuesto anteriormente en este apartado se desarrollará un modelo que

permite optimizar la cobertura (posición de los puntos de acceso (APs) para optimizar la

cobertura del estándar) en los diseños de redes inalámbricas 802.11ac, teniendo en cuenta

las características de la tecnología 802.11ac, esta será la función objetivo que permitirá

optimizar la eficiencia de la red.

3.1.1 CARACTERISTICAS A CONSIDERAR

Las características más importantes que debemos tener en cuenta en el desarrollo del

modelo de eficiencia propuesto, serán:

1. Tomando como punto de partida las características principales del estándar

802.11ac relacionados en el marco conceptual, se puede concluir que estas redes

soportan diferentes velocidades de transmisión debido al diseño mejorado de los



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puntos de acceso (APs) que soportan esta tecnología, para reducir la perdida de

paquetes en presencia de interferencias destructivas que reducen los niveles de

potencia de la señal. Con la mejora de las técnicas de modulación para proteger las

señales del ruido, se logra aumentar el alcance de la señal (mayor cobertura).

2. La infraestructura básica de una red inalámbrica está compuesta por un conjunto de

dispositivos móviles (terminales) conectado a un punto llamado Access Point (AP)

el cual se conecta con la red cableada por lo general con tecnología Ethernet. Un

Access Point es básicamente un dispositivo que desempeña las funciones de un

puente inalámbrico para la transmisión de información. Aunque se usan a menudo

las velocidades teóricas de transferencia de datos de 802.11ac, varios efectos sirven

para reducir la capacidad efectiva del estándar, el rendimiento real de una celda

802.11ac tiene velocidades de transmisión entre 200 y 600Mbps aproximadamente,

y estas velocidades pueden disminuir si los usuarios se conectan desde largas

distancias o dependiendo de la cantidad de usuarios que se encuentre conectado a

un mismo Access point (APs).

3. Cuando se tienen grandes distancias entre el transmisor y receptor, se tendrá un

deterioro de la eficiencia debido al aumento en el número de errores en la

transmisión de paquetes BER (bit error rate) creando la necesidad de

retransmisiones. Los sistemas modernos utilizan la configuración de espectro

ensanchado para realizar saltos discretos logrando mejorar las tasas de

transmisiones.

4. El hardware que se utiliza en un diseño de redes inalámbricas 802.11ac, limitara y

dictaran la tasa de transmisión. Si un dispositivo IEEE 802.11n se comunica con uno

IEEE 802.11ac, la tasa no puede ser superior a 200Mbps, a pesar de la habilidad

del dispositivo IEEE 802.11ac de comunicarse a 433Mbps, sin hablar de las

velocidades de transmisión teóricas en los dos estándares mencionados. Como

corresponde para este caso, el rendimiento real será aún menor, aproximadamente

del 50%, el cual sería 216Mbps. Con el hardware WLAN, se debe tomar otra

consideración en cuenta, la cual es la velocidad de procesamiento del computador

que tiene el usuario. Ya que si se tiene un computador con una CPU lenta que no

pueda manejar los 216 Mbps aproximadamente, viendo el rendimiento afectado.



Página|59

5. En las redes inalámbricas que utilizan tecnología 802.11ac se verán diferentes tipos

de tecnologías implementadas (configuradas), en este sentido las tecnologías de

espectro ensanchado, OFDM, DSSS y Beamforming (en lugar de emitir la señal

inalámbrica de forma uniforme alrededor suyo, se dirige directamente al lugar

donde se encuentran los dispositivos conectados. Las mejoras son evidentes

en cobertura, rendimiento y fiabilidad (Jaramillo, 2015)) hacen una diferencia

en el rendimiento de las redes inalámbricas 802.11ac.

A partir de las características a considerar, se puede decir que el problema de eficiencia a

solucionar en el diseño y/o administración de las redes inalámbricas de área local que

utilizan tecnología 802.11ac (WLAN), es el de tomar decisiones sobre la cantidad y la

ubicación de los puntos de acceso (APs) en una determinada red de área local inalámbrica

que utiliza tecnología 802.11ac. Ya que la mayoría de diseñadores y/o administradores de

redes inalámbricas (WLAN) se limitan a una simple instalación de un punto de acceso (AP)

en la medida que los vayan necesitando, sin realizar las consideraciones pertinentes para

optimizar la eficiencia (cobertura) en el uso de los puntos de acceso (APs) con los que

cuente en la infraestructura de la red inalámbrica que administre. Sin embargo, la

planificación cuidadosa asegura un alto rendimiento en el uso de del hardware (puntos de

acceso) disminuyendo a un costo mínimo.



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3.1.2 MODELO MATEMATICO

El objetivo principal es garantizar una cobertura de una red de área local inalámbrica

(WLAN) que utilice tecnología 802.11ac, sin tener en cuenta aspectos de interferencia que

se ´puedan presentar entre los puntos de acceso (APs) ubicados en un área determinada,

se puede resolver con un modelo matemático tipo entero, en donde de un conjunto de

posibles optimas ubicaciones de los puntos de acceso (APs) se propondrá aquellas

ubicaciones que garanticen la cobertura del área tratando de optimizar el uso espectro radio

eléctrico. Así que los parámetros a considerar en el modelo propuesto, serán:

➢ La ubicación adecuada de los puntos de acceso (APs), en donde los usuarios de los

terminales móviles tengan servicio de internet inalámbrico.

➢ El número máximo de terminales móviles para cada Access Point (AP), minimizando

el número de APs que se deben instalar en el diseño de redes inalámbricas

802.11ac.

La interacción de estos elementos se da cuando una estación móvil solicita un servicio el

cual será atendido por el punto de acceso (AP) que se encuentre más cercano. Cuando se

establece el enlace entre la estación móvil y el punto de acceso (AP) se entra en una

negociación de la velocidad de transmisión buscando la más alta posible que garantice

calidad de servicio y seguridad en la transmisión.

El modelo propuesto para la eficiencia (cobertura) será:

Número de puntos de acceso en una infraestructura de red inalámbrica:

𝑵𝑷𝑨 = 𝐴𝑝1 + 𝐴𝑝2 + 𝐴𝑝3 + 𝐴𝑝4+. . . 𝐴𝑝𝑛

Minimizar la cantidad de puntos de acceso (APs)

𝑀𝑖𝑛𝑓1(𝑁𝑃𝐴) = ∑ 𝐴𝑝𝑛

𝑛 ∈ 𝐴𝑝



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Depende de:

1. 𝑁𝑃𝐴 ≥ 2 Cantidad de puntos de acceso mínimo para poder utilizar el modelo.

2. 𝐴𝑝𝑛 = 1 El punto de acceso está en uso.

3. 𝐴𝑝𝑛 = 0 El punto de acceso no está en uso.

4. 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑝𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑜 𝑚𝑎𝑠 𝐴𝑃𝑠 𝑠𝑒𝑎 ≥ 35%

NOMBRE TIPO DE VARIABLE DESCRIPCIÓN

𝐴𝑃 Conjunto Posibles ubicaciones de los

Access Point (APs)

𝑁𝑃𝐴 Entero Número de puntos de

acceso (Aps)

𝐴𝑃𝑛 Binario 1 si el AP esta en uso

0 si no está en uso

Tabla 7 Descripción del modelo de cobertura propuesto Fuente: Autor

Por ejemplo, si se deseara implementar el modelo al edificio Suarez copete de la

Universidad distrital Francisco José de Caldas. Se propone una red inalámbrica la

cual utiliza la tecnología 802.11ac. se observa que con tres Access point (APs)

tenemos una cobertura total del área del edificio Suarez copete, figura 29.

Figura 27 Plano red inalámbrica propuesta con tecnología 802.11ac, Edificio Suarez copete de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas



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Se debe tener en cuenta en la utilización del modelo, el área de cobertura que está

cubriendo cada Access Point (AP) y el solapamiento del área de cobertura entre dos

o más Access point (AP), ver figuras 30, 31 y 32, para aplicar el modelo

correctamente. A esta interpolación o intercepción la llamaremos en nuestro modelo

restricciones.

Figura 28 Interpolación AP1 y AP3




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Restricciones:

1. Zona 1 (Cubierta por el AP1) Cobertura por: AP1>= 1

2. Zona 2 (Cubierta por el AP2) Cobertura por: AP2>= 1

3. Zona 3 (Cubierta por el AP3) Cobertura por: AP1 + AP2 +AP3 >= 1

En las restricciones se describen las interpolaciones de los Access point (APs) que

trabajan con la tecnología 802.11ac para cubrir una determinada zona, y así en la

herramienta de software LINGO introducimos el modelo con sus restricciones

obteniendo una optimización en el uso de los Access point (APs) en el área a la cual

se está analizando y evaluando la eficiencia de cobertura.

En este capítulo se describió el modelo propuesto de eficiencia, y se dan las pautas

para dar un buen uso al modelo que se propone para optimizar una red inalámbrica

que trabaje con tecnología 802.11ac. más adelante se realizará el análisis y

evaluación del modelo propuesto.



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3.2 MODELAMIENTO CONFIABILIDAD DE LA RED 802.11ac


En las redes inalámbricas que usan la tecnología 802.11ac, la confiabilidad se encuentra

basada en las siguientes características que permitirán el desarrollo de las funciones

restrictivas del modelo matemático a plantear:

1. La calidad de servicio esto debido a que se debe tener en cuenta que hay

aplicaciones (que funcionan en tiempo real) a las que se les debe garantizar una

calidad de servicio (QoS) adecuado, como, por ejemplo: video llamadas, streaming

y televisión entre otras aplicaciones de red. En este sentido se analiza la topología

dinámica que hace variar constantemente las tablas de encaminamiento, para tener

un óptimo uso y tener una mayor calidad de servicio (QoS) en cada una de las

aplicaciones que utilizan las redes inalámbricas 802.11ac.

2. El tamaño del canal de radio, o ancho de banda, es una medida importante de la

eficiencia del radio. Esto se llama eficiencia espectral y se mide en bits por hertz. La

eficiencia espectral máxima de 802.11b es de un medio de bit por hertz (por ejemplo,

11 Mbps en 22 MHz). 802.11a y 802.11g tienen una eficiencia espectral de máxima

de 2,7 bits por hertz a 54 Mbps. Para 802.11ac existen cuatro opciones, un ancho

de canal de 20 MHz obligatorio, unos de: 40, 80 y 160 MHz como opcional. Con esto

se logra mejorar la confiabilidad de las redes inalámbricas 802.11ac, obteniendo

mayor capacidad para transmitir paquetes y mayores tasas de transferencia,

obteniendo menores retardos y pérdidas de paquetes.

3. Las redes inalámbricas que funcionan bajo el estándar 802.11ac están diseñados

para ser compatibles con todas las versiones anteriores. Un punto de acceso

802.11ac admite dispositivos que funcionen con versiones anteriores como: 802.11

a/b/g/n. A pesar de la gran ventaja al permitir la compatibilidad, también se tiene una

desventaja, ya que si un usuario de una versión anterior se conecta a una celda que

este implementada con el estándar 802.11ac, el resto de usuarios y el punto de

acceso deben indicar la presencia de tráfico con velocidades de datos que sean



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comprensibles para el usuario con una versión del estándar 802.11ac anterior. Por

ejemplo, para la compatibilidad 802.11ac/b, se observaría en el uso de RTS/CTS a

velocidades inferiores, lo que incrementaría de forma considerable la sobrecarga y

reduzca la capacidad de la celda. Ya que el terminal de versión anterior transmite o

recibe paquetes de información a velocidades de datos inferiores, produciendo una

disminución en la eficiencia en la capacidad de la celda.


De acuerdo a las características a considerar en el apartado anterior y observando las

mejoras realizadas por la tecnología 802.11ac, se propone una solución tipo de agregación

(se enfoca la solución a resolver el problema de cobertura) el modelo de confiabilidad se

puede expresar como un modelo de minimización de los retardos presentados en la

comunicación entre el punto de acceso (AP) y el terminal móvil, pero maximizando la

transmisión de paquetes de las redes inalámbricas 802.11ac entre los puntos de acceso y

terminales móviles en el rango de cobertura de la red. Con esto se lograra mejorar el

rendimiento de la red. Se hace necesario tener conocimiento de los siguientes elementos

que permiten el desarrollo del modelo propuesto de confiabilidad, sintetizando el problema,

se tiene:

➢ Cada punto de acceso AP (n) debe prestar una determinada capacidad de

transmisión y recepción de paquetes.

➢ Cada terminal móvil (m) necesitara una determinada capacidad dependiendo del

tipo de servicio a utilizar

El modelo de confiabilidad será:

El objetivo es hallar un camino P en donde se envíe un flujo de datos que cumpla con

minimizar los retardos y maximice el flujo que se presenta entre el nodo emisor (AP) y

el nodo receptor (en este caso un terminal móvil que se encuentre conectada a dicho AP y

este dentro de su rango de cobertura).



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∑ 𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚

𝑁

𝑛=1

≤ 𝑅𝑒𝑡𝑀𝑎𝑥𝑁 ∀ 𝑁

Depende de:

1. 𝑹𝒆𝒕𝒏𝒎 Retardo máximo asignado al enlace n,m

(TasadeTransmisióRangoCobertura*DescargaPromedioUsuario/(CapacidadMaximaEnlac

e)).

2. 𝑹𝒆𝒕𝑴𝒂𝒙𝑵 Retardo máximo de un punto de acceso (AP) para un determinado

terminal (Descarga promedio usuario/ CapacidadMaximaEnlace).

3. 𝐶𝐴𝑃𝒏 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜 (𝐴𝑃) 𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑎

4. 𝐶𝑇𝒎 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙

𝑟𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 de un punto de acceso (AP.)

∑ 𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚

𝑀

𝑚=1

≤ 𝐶𝑎𝑝𝑇𝑀 ∀ 𝑀

Depende de:

1. 𝑭𝒍𝒖𝒏𝒎 Flujo existente entre los nodos n,m.

2. 𝑪𝒂𝒑𝑻𝑵 Capacidad Máxima de transmisión entre los nodos n,m.




Se obtiene:

min 𝑍(𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜) = ∑ ∑ 𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚

𝑀

𝑚=1

𝑁

𝑛=1

= ∑𝑟𝑎𝑡𝑒 ∗ 𝐷𝑒𝑠𝑃𝑟𝑜𝑈𝑠𝑢

𝑀𝑎𝑥𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑁𝑜. 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠

Teniendo en Cuenta:

1. Rate: Tasas de transmisión según rango de cobertura (Mbps)

2. DesProUsu: Descarga promedio de usuario.



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3. MaxCapacidad: Capacidad máxima enlace para cada terminal móvil.

NOMBRE TIPO DE VARIABLE DESCRIPCIÓN

𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚 Entera Flujo existente entre los nodos n,m

𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚 Entera Retardo máximo asignado al enlace

n,m

𝐶𝑎𝑝𝑇𝑛𝑚 Entera Capacidad Máxima de transmisión

entre los nodos n,m

𝐶𝐴𝑃𝑛 Entera Numero de Access point máximo en

el área (A)

𝐶𝑇𝑚 Entera Numero de terminales máximo en el

área (C)

Z(retardo) Entera Función propuesta que minimiza los

retardos y maximiza el flujo

Tabla 8 Descripción del modelo de confiabilidad propuesto Fuente: Autor

Este tipo de modelo propuesto considera no solo la selección de los nodos, sino que

también tiene en cuenta la asignación del flujo de paquetes entre los nodos, el cual es

un modelo multi – objetivo frente a dos objetivos que se encuentran en conflicto (Ruta

óptima para maximizar el flujo y reducir retardos).

3.3 MODELAMIENTO OPTIMIZACIÓN DE RENDIMIENTO LA RED 802.11AC


Tomando en cuenta el desarrollo realizado anteriormente, las características que presentan

las redes inalámbricas 802.11ac y las propiedades de la programación matemática el

modelo de optimización se puede expresar como una función multi-objetivo que permitirá

tener un mayor aprovechamiento de la red, de acuerdo a los aspectos investigados, los

cuales son: eficiencia y confiabilidad.



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El rendimiento de una red inalámbrica se puede expresar como un problema el cual

permitirá:

➢ Encontrar la mejor ubicación de los puntos de acceso (APs) logrando maximizar la

cobertura, minimizando el número de puntos de acceso instalados en un área

determinada.

➢ Minimizar los retardos que se presentan en la transmisión de paquetes entre los

puntos de acceso (APs) y los terminales móviles (TM).

Teniendo en cuenta que el modelo que se propone debe servir para ayudar en la toma de

decisiones de los diseñadores y administradores de red, existirán variables que se utilizaran

o no en un momento determinado, dependiendo de los parámetros que sean tenidos en

cuenta por la persona que utilice el modelo, permitiendo con esto un grado de flexibilidad

en su utilización.


El modelo que se propone de la optimización de rendimiento (OptiRendi) a partir de las

investigaciones realizadas consignadas anteriormente, queda de la siguiente manera

planteado:

𝑶𝒑𝒕𝒊𝑹𝒆𝒏𝒅𝒊 = 𝑪𝒇𝒖𝒏𝒄(𝒄𝒐𝒏𝒇𝒊𝒂𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅) + 𝑬𝒇𝒖𝒏𝒄 (𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂)

Quedando:

min 𝑓1 = min 𝐸 ∑ 𝐴𝑃𝑛

𝑁

𝑛 ∈𝐴𝑃

min 𝑓2 = min 𝐶 ∑ ∑ 𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚

𝑀

𝑚=1

𝑁

𝑛=1



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𝑶𝒑𝒕𝒊𝑹𝒆𝒏𝒅𝒊 = min 𝑓1 + min 𝑓2

4. HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN

Como parte del proceso de investigación para el desarrollo se indagaron varias opciones

de software para la realización de la simulación, se explican algunas herramientas

encontradas:

4.1 GNS3

Es una aplicación también realizada en Python que usa librerías de Dynagen para crearle

una interfaz gráfica (GUI) para poder visualizar cada uno de los equipos que componen una

red. Sus principales funciones son editar el archivo de texto .net y realizar las operaciones

del CLI hechas por Dynagen y Dynamips. Adicionalmente incorpora la capacidad de simular

PCs.

Dicho de otro modo, GNS3 es un front-end gráfco de Dynamips y Dynagen, los cuales son

las herramientas que realmente permiten la emulación de IOS Cisco. Más, concretamente,

Dynagen ofrece una interfaz de línea de comandos más simple a Dynamips, el cual es en

última instancia, el responsable de la simulación de la IOS. Usando un simple editor de

textos, un usuario podría crear su propio fichero de topología con la red a simular por

Dynagen. Precisamente (Galbán, 2013), GNS3 facilita este proceso creando para ello una

sencilla interfaz gráfica (Ver figura 29 Arquitectura de red Inalámbrica) que abstrae al

usuario de los detalles de configuración del escenario.

Entre las características más importantes, podemos destacar:

▪ Diseño gráfico de topologías de red a emular.

▪ Simulación de una gran variedad de IOS Cisco, JunOS, IPS y frewalls CISCO de

tipo ASA y PIX.

▪ Simulación de redes Ethernet, ATM y switches Frame Relay.



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▪ Conexión de la red simulada a un entorno real.

▪ Captura de paquetes integrada usando Wireshark.

▪ Integración con Qemu y VirtualBox.

Figura 31 Arquitectura de una red inalámbrica en GNS3 Fuente: https://iloo.wordpress.com/2009/07/28/gns3-

simulador-grafico-de-redes/ tomada el 04/08/2017

4.2 MATLAB

La plataforma de MATLAB está optimizada para resolver problemas de ingeniería y

científicos. El lenguaje de MATLAB, basado en matrices, es la forma más natural del

mundo para expresar las matemáticas computacionales. Los gráficos integrados

facilitan la visualización de los datos y la obtención de información a partir de ellos. Una

vasta librería de toolboxes preinstaladas permite empezar a trabajar inmediatamente

con algoritmos esenciales para su dominio. Además esta herramienta permite realizar

análisis y diseños de los sistemas y productos que transforman nuestro mundo.

MATLAB está presente en el desarrollo, análisis y pruebas en sistemas de seguridad

activa de automóviles, naves espaciales interplanetarias, dispositivos de monitorización

de la salud, redes eléctricas inteligentes y redes móviles (MATLAB, 2017), ver figura

29.



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Figura 32 Entorno grafico de Matlab Fuente:

https://en.wikipedia.org/wiki/MATLAB#/media/File:MATLAB_R2013a_Win8_screenshot.png

5. DESARROLLO SIMULACIÓN DE LA RED WLAN 802.11AC

PROPUESTA

5.1 TOPOLOGIA DE RED

A continuación, se mostrará la topología de red utilizada para el desarrollo del análisis en

el modelo de optimización propuesto, en el cual constara de dos APs (Access Point) en el

edificio Suarez copete (todo esto por medio de software de simulación y algunas

restricciones que si consideraran en el análisis y evaluación para el óptimo servicio de red

inalámbrica en el edificio Suarez Copete de la Universidad distrital), dos nodos y dos

terminales para su análisis.

Figura 33 Topología de red WLAN (802.11) Fuente: Autor



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Figura 34 Edificio Suarez Copete Universidad Distrital, donde se evaluará el modelo por medio de simuladores

Fuente: Autor

5.2 SIMULACIÓN DE LA TOPOLOGIA DE RED EN EL SOFTWARE DE

SIMULACIÓN GNS3

En la figura 36, se observa la prueba de conexión de extremo a extremo de una red LAN

inalámbrica con el protocolo de comunicación 802.11, con el simulador GNS3, también se

observa la configuración del protocolo Protocolo de Información de Encaminamiento (RIP),

para la comunicación de extremo a extremo.

Figura 35 Configuración protocolo de información de encaminamiento (RIP) y prueba de conexión de extremo a extremo en GNS3 protocolo 8002.11



Página|73

En la figura 37, se analiza cómo actúan cada uno de los protocolos configurados por defecto

y los que se deben configurar a través de consola, por ejemplo el protocolo de información

de encaminamiento (RIP), el cual nos garantiza el intercambio de información en el

protocolo de internet (IP), para la transición y recepción de cada uno de nuestros paquetes

de información, el cual se prueba ejecutando el comando ping, para verificar la

comunicación de Access Point (AP) a Access Point (AP), la cual se observa en la imagen.

Se analizan cada uno de los protocolos utilizados para la transmisión de paquetes, los

puertos utilizados, direccionamiento de cada uno de los equipos terminales (ET) y métodos

de encaminamiento que utiliza por defecto el simulador GNS3, el cual es FIFO, el cual

transmite los paquetes según el orden en que vayan llegando al transmisor.

Figura 36 Análisis del protocolo RIP e ICMP en Wiresshark Fuente: Autor

5.3 ANALISIS SIMULACIÓN DE CONFIABILIDAD

A continuación se muestra los métodos de encaminamiento en los cuales se enfocara el

análisis de las redes inalámbricas (WLAN) 802.11ac, los cuales se mencionaron



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anteriormente, siendo los siguientes: Método de encolamiento First In, First Out (FIFO) y

Priority Queueing (PQ).

Como estos métodos de encolamiento influyen un nuestro rendimiento en las redes

inalámbricas y cuáles son los parámetros que considera cada uno de estos métodos, para

determinar la mejora que ofrece implementar cada método en relación con el otro.

Finalmente a partir de los datos obtenidos durante la simulación, se analizara cuál de los

métodos de encolamiento brinda mayor confiabilidad en la transmisión de paquetes,

entendiendo confiabilidad como: escoger ruta más óptima para la transmisión de paquetes,

garantice la transmisión de la información de una forma segura y rápida evitando perdida

de información en las redes inalámbricas (WLAN) 802.11ac.

Figura 37 Configuración y análisis Método de encolamiento FIFO configurado en GNS3 Fuente: Autor



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Figura 38 Configuración y análisis Método de encolamiento PQ Fuente: Autor

En las figuras 38 y 39 se observa los pasos para configurar y analizar los métodos de

encolamiento mencionados, pudiendo observar mediante la simulación las ventajas y

desventajas de cada uno de los métodos las cuales se resumirán en la siguiente tabla:

Método de encolamiento FIFO (First In, First Out)

Ventajas ▪ Minimiza el tiempo de procesamiento,

por tanto, cuando el tráfico es muy

pequeño las transmisiones son muy

eficaces.

Desventajas



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▪ No sensible a retardos, no garantiza

transmisión de videos, voz y paquetes

de datos muy pesados.

▪ Cuando se encuentra mucho tráfico, se

comienzan a perder paquetes, ya que

comienza a descartar después de

determinado tiempo.

Método de encolamiento PQ (Priority Queueing)

Ventajas ▪ Priorización de trafico

▪ Transmisión de voz y video, estos

paquetes tienen mayor prioridad en su

trasmisión.

Desventajas ▪ Cuando hay mucho flujo de datos,

empieza a descartar los paquetes de

menos prioridad.

Tabla 9 Ventajas y Desventajas Métodos de encolamiento FIFO y PQ Fuente: Autor

Se concluye que el método el cual nos garantiza una mayor confiabilidad en la transmisión

de paquetes es el método de encolamiento PQ (Priority Queueing), ya que nos garantiza la

transmisión de paquetes de voz, video y datos, mientras que el método FIFO no garantiza

la transmisión de paquetes de voz y video.

5.4 ANALISIS SIMULACIÓN DE COBERTURA (AP)

Se observa en la figura 40, cual es la cobertura máxima que podría alcanzar el access point

(APs) cuyo estándar de red inalámbrica configurado es el 802.11ac. Evidenciando una

mayor cobertura (ver figura 40) en el área en comparación de la tecnología antecesora

802.11n.Gracias a su mayor eficiencia en el uso del espectro radioeléctrico (tecnología

MIMO), mayores anchos de banda y métodos de modulación, que garantiza una mayor

eficiencia al utilizar access point (APs) con tecnología 802.11ac.



Página|77

Figura 39 Cobertura de la red WLAN utilizando tecnología 802.11ac Fuente: Autor

Se evidencia que en el área de cobertura hay perturbaciones grandes en una zona urbana

(ver figura 40), esto debido a los obstáculos que pueden encontrarse dentro de una ciudad

grande (Edificios, casa, montañas alrededor, arboles, desniveles en la superficie entre

otros), las cuales afectan la propagación de las ondas electromagnéticas que se envían de

la estación base (hb) al móvil para tener un servicio dentro del rango R=400m en nuestra

simulación. En la figura 40 se observan las perdidas por trayecto dentro del rango de área

analizada en la simulación, se evidencia el área de cubrimiento que se quiere analizar con

el modelo Ukumura-Hata. Se concluye que se tiene un área de cubrimiento aceptable

utilizando la tecnología 802.11ac de las redes WLAN, de lo que se puede observar en la



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simulación de cobertura analizada. Habiendo lugares del área de cubrimiento analizado en

los que no habría cobertura, posiblemente por los obstáculos y perturbaciones del medio

ambiente que pudieran estar afectando la propagación de las ondas electromagnéticas del

Access point (APs).

6. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la elaboración de este trabajo se han dado los conceptos teóricos los cuales permitieron

comprender cada una de las características del estándar de red de área local inalámbrico

802.11ac, cuáles fueron las mejoras frente a su antecesor el 802.11n. Porque la importancia

de proponer un modelo de optimización para evaluar y analizar la eficiencia y confiabilidad

utilizando programación matemática multi-objetivo en las redes WLAN con el estándar

802.11ac. Realizando el enfoque en dos funciones objetivo para el desarrollo del modelo

propuesto las cuales fueron: eficiencia y confiabilidad (eficiencia: optimizar el recurso el

cual es el AP (punto de acceso) donde se debe ubicar para tener mayor cobertura,

confiabilidad: no halla perdida de información (menores retardos utilizando algún método

de encolamiento)) son parámetros importantes en la evaluación, análisis y optimización de

rendimiento en las redes inalámbricas.

6.1 EFICIENCIA DE LA RED WLAN 802.11AC

Como se ha planteado en el modelo de eficiencia para las redes inalámbricas de área local

WLAN que utilizan la tecnología 802.11ac, se hace necesario tener conocimiento de los

siguientes elementos que permitieron el desarrollo de un modelo de este tipo, sintetizando

el problema, se tiene:

➢ La ubicación de los puntos de las estaciones móviles y los sitios potenciales para

instalar los puntos de acceso APs.



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➢ El número máximo de estaciones móviles para cada Access Point (AP),

minimizando el número de APs que se deben instalar en el diseño de redes

inalámbricas 802.11ac.

El modelo de cobertura propuesto en el capítulo anterior es:

Minimizar la cantidad de Access Point

𝑀𝑖𝑛𝑓1(𝑁𝑃𝐴) = ∑ 𝐴𝑝𝑛

𝑛 ∈ 𝐴𝑝

Depende de:

∑ 𝐴𝑝𝑛 ≥ 2

𝑛 ∈ 𝐴𝑝

Depende de:

1. 𝑁𝑃𝐴 ≥ 2 Cantidad de puntos de acceso mínimo para poder utilizar el modelo.

2. 𝐴𝑝𝑛 = 1 El punto de acceso está en uso.

3. 𝐴𝑝𝑛 = 0 El punto de acceso no está en uso.

4. 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑝𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑜 𝑚𝑎𝑠 𝐴𝑃𝑠 𝑠𝑒𝑎 ≥ 35%

Los parámetros del modelo propuesto para eficiencia se describen en la tabla 7.

Simulación del modelo propuesto para eficiencia con el software LINGO:

Verificación modelo de cobertura para tres zonas de la universidad distrital (edificio suarez

copete):

ACCESS POINT (APs) ZONA QUE PUEDE CUBRIR

1 1

2 2

3 1,2, 3



Página|80

Tabla 10 Ubicación de los puntos de acceso propuesto en el estudio de cobertura para el edificio Suarez Copete de la universidad Distrital, restricciones de las zonas que puede cubrir cada Access Point (APs)

Fuente: Autor

Figura 40 Ubicación de los puntos de acceso propuesto en el estudio de cobertura para el edificio Suarez Copete de la universidad Distrital Fuente: Autor

Figura 41 Interpolación de los Access point (APs), Restricciones para poder evaluar el modelo en la red inalámbrica

propuesta que trabaja con tecnología 802.11ac en el edificio Suarez copete.



Página|81

Introduciendo esta información en el software LINGO (ver figura 46), se tiene que la función

objetivo de eficiencia, se minimizara la cantidad máxima de Access point (APs) que se

deben instalar en tres zonas posibles que permitan tener una cobertura óptima.

Figura 42 Modelo de optimización propuesto de eficiencia (Cobertura) validado por el software LINGO Fuente:

Autor

Se deben tener en cuenta las zonas de cobertura que puede cubrir cada uno de los Access

point (APs), esas restricciones se colocan a continuación en el modelo propuesto (ver figura

47).



Página|82

Figura 43 Restricciones de ubicación de los puntos de acceso (APs) para su óptima cobertura Fuente: Autor

El trabajo se presenta un modelo de solución (ver figura 48) que permite ver la eficiencia de

los algoritmos heurísticos y determinan una solución de tipo global y no local.

Figura 44 Solución obtenida del modelo propuesto en el software matemático LINGO, del área de cobertura

del edificio Suarez Copete de la Universidad Distrital Fuente: Autor

Se observa en la validación del modelo, lo siguiente:

➢ El modelo propuesto optimiza la eficiencia (Cobertura) de la red inalámbrica de área local

(WLAN) 802.11ac

➢ El número de access point (APs) que se necesitan para cubrir las tres zonas de una forma

óptima y garantizar una buena cobertura son dos.

➢ El número de variables (restricciones de cobertura) que se utilizaron para realizar la

comprobación del modelo fueron tres.



Página|83

Las ubicaciones del Access point (APs) óptima para garantizar una buena cobertura, se

observa en la figura 45.

Figura 45 Zonas donde se deben ubicar los puntos de acceso (APs) que utilizan tecnología 802.11ac, para

garantizar una óptima cobertura en las tres zonas del edificio Suarez Copete de la Universidad Distrital Fuente: Autor

Se observa en la figura 46, que utilizando el modelo de optimización propuesto, se optimiza

el uso de los puntos de acceso (AP), teniendo una óptima ubicación de ellos.

Figura 46 Resultado de optimización utilizando el modelo propuesto para la eficiencia (Cobertura) Fuente:

Autor

Se obtiene una optimización en el uso de los puntos de acceso, pasando de la utilización

de tres (APs) para cubrir tres zonas (se distribuye en tres zonas el edificio Suarez copete,



Página|84

ver figura 6) que están distribuidas en el edificio Suarez Copeta para garantizar servicio

internet, a dos puntos de acceso para cubrir las mimas tres zonas, utilizando el modelo

propuesto, ver tabla 11.

Puntos de Acceso (APs) AP1 AP2 AP3

ZONA DE COBERTURA CUBIERTA POR CADA (APs) SIN APLICAR MODELO PROPUESTO

ZONA1 ZONA2 ZONA3

% COBERTURA DE CADA (Aps) SIN APLICAR MODELO PROPUESTO

33,30% 33,30% 33,30%

ZONA DE COBERTURA CUBIERTA POR CADA (APs) APLICANDO MODELO PROPUESTO

ZONA1, ZONA3

ZONA3, ZONA2

-

% COBERTURA DE CADA (Aps) APLICANDO MODELO PROPUESTO

50% 50% -

%OPTIMIZACIÓN DE CADA (APs) 16,70% 16,70% -

Tabla 11 Resultado de optimización utilizando el modelo propuesto para la eficiencia (Cobertura) Fuente: Autor

6.2 CONFIABILIDAD DE LA RED WLAN 802.11AC

Como se ha planteado en el modelo de confiabilidad para las redes inalámbricas de área

local WLAN que utilizan la tecnología 802.11ac, se hace necesario tener conocimiento de

los siguientes elementos que permitieron el desarrollo de un modelo de este tipo,

sintetizando el problema, se tiene:

➢ Cada punto de acceso AP (n) debe prestar una determinada capacidad de

transmisión y recepción de paquetes.

➢ Cada terminal móvil (m) necesitara una determinada capacidad dependiendo del

tipo de servicio a utilizar

El modelo de confiabilidad propuesto anteriormente:

∑ 𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚

𝑁

𝑛=1

≤ 𝑅𝑒𝑡𝑀𝑎𝑥𝑁 ∀ 𝑁

Depende de:



Página|85

1. 𝑹𝒆𝒕𝒏𝒎 Retardo máximo asignado al enlace n,m

(TasadeTransmisióRangoCobertura*DescargaPromedioUsuario/(CapacidadMaximaEnlac

e)).

2. 𝑹𝒆𝒕𝑴𝒂𝒙𝑵 Retardo máximo de un punto de acceso (AP) para un determinado

terminal (Descarga promedio usuario/ CapacidadMaximaEnlace).




∑ 𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚

𝑀

𝑚=1

≤ 𝐶𝑎𝑝𝑇𝑀 ∀ 𝑀

Depende de:

1. 𝑭𝒍𝒖𝒏𝒎 Flujo existente entre los nodos n,m.

2. 𝑪𝒂𝒑𝑻𝑵 Capacidad Máxima de transmisión entre los nodos n,m.




Se obtiene:

min 𝑍(𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜) = ∑ ∑ 𝑅𝑒𝑡𝑛𝑚𝐹𝑙𝑢𝑛𝑚

𝑀

𝑚=1

𝑁

𝑛=1

= ∑𝑟𝑎𝑡𝑒 ∗ 𝐷𝑒𝑠𝑃𝑟𝑜𝑈𝑠𝑢

𝑀𝑎𝑥𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑁𝑜. 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠

Teniendo en Cuenta:

1. Rate: Tasas de transmisión según rango de cobertura (Mbps)

2. DesProUsu: Descarga promedio de usuario.

3. MaxCapacidad: Capacidad máxima enlace para cada terminal móvil.

Los parámetros del modelo propuesto de confiabilidad, se describen en la tabla 8.



Página|86

Simulación del modelo propuesto para confiabilidad (valores teóricos) con el software

LINGO:

Obtenido el mapa de cobertura figura 46 (Ubicación óptima de los Access Point (APs)), a

partir del modelo propuesto de eficiencia, se tiene una zona definida la cual se analizara de

manera independiente, maximizando los resultados de cada una de las funciones objetivo.

Figura 47. Tasas de transferencia redes WLAN 802.11ac, tomadas desde portátil core I3 con Windows 10. Fuente: Autor

La zona del edificio Suarez Copete de la Universidad Distrital, quedo conformada por dos

puntos de acceso (APs) que brindan la cobertura óptima en el área estudiada. Los APs

trabajaran con tecnología 802.11ac, el cual estará configurada para que exista

interoperabilidad, prestando servicio de internet móvil a los equipos terminales que cuenten

con tecnologías anteriores al analizado y evaluado en el documento. Se trabajara con las



Página|87

capacidades teóricas que puede brindar a un promedio de 80 usuarios la tecnología

802.11ac en cada uno de los APs (la capacidad se medirá en Mbps):

Puntos de Acceso (n) Capacidad transmisión (Mbps)

AP1 400

AP2 420

Tabla 12 Capacidad de los puntos de acceso Fuente: Autor

En este estudio, se validara tomando el promedio de tamaño de descarga de tres terminales

móviles (audio, video, datos), los cuales están dado en Mbytes.

Terminal Móvil (m) Descarga promedio (Mbytes/S)

TM1 291

TM2 350

TM3 330

Tabla 13 Descarga teórica de un terminal móvil utilizando tecnología 802.11ac Fuente: Autor

Validando el modelo de confiabilidad en el software LINGO, se obtiene:

Figura 48 Validación modelo propuesto confiabilidad Fuente: Autor



Página|88

Figura 49 Solución obtenida con el software LINGO Fuente: Autor

En la figura 48, se observa que después de 66 iteraciones se optimiza el rendimiento de las

redes inalámbricas WLAN utilizando la tecnología 802.11ac, obteniendo como resultado

retardos con un valor decimal de cero, concluyendo que es una muy buena solución en la

optimización de las redes WLAN.

Se observa en la figura 49, los valores (capacidad máxima, cantidad de terminales que

pueden conectarse al tiempo para prestar un óptimo servicio de internet y tiempo de retardo

de transmisión y entrega de paquetes) obtenidos de cada uno de los Acces point (APs) en

la red simulada (propuesta) para la validación del modelo de optimización del rendimiento

propuesto.



Página|89

Figura 50 Valores obtenidos en el modelo propuesto Fuente: 802.11ac

Se evidencia la optimización del rendimiento en las redes inalámbricas que utilizan

tecnología 802.11ac, mejorando el tráfico de paquetes en la red propuesta en el edificio

Suarez Copete de la Universidad Distrital. Con esto se valida como el modelo propuesto

mejora el rendimiento de las redes inalámbricas WLAN 802.11ac, en las dos funciones

objetivo las cuales son: eficiencia y confiabilidad de la red. Sirviendo como una herramienta

para diseñadores de redes WLAN y/o administrados, en el análisis y evaluación de las redes

que utilizan la tecnología 802.11ac, para la optimización de rendimiento de este tipo de

redes.



Página|90

6.3 ANALISIS DEL MODELO PROPUESTO PARA REDES WLAN

802.11AC

Después de analizar el comportamiento del modelo propuesto en el cual se han tenido en

cuenta dos funciones objetivo con relación al rendimiento de la red de área local inalámbrica

802.11ac, tales como: eficiencia y confiabilidad (eficiencia: optimizar el recurso el cual es

el AP (punto de acceso) donde se debe ubicar para tener mayor cobertura), minimiza el

número de Access point (AP) que se van a instalar o que se encuentran instalados en el

diseño de una red WLAN que utilice la tecnología 802.11ac. Confiabilidad: no halla perdida

de información (menores retardos utilizando algún método de encolamiento), maximiza las

tasas de transmisión que soporta la tecnología 802.11ac.

En relación con el análisis de la eficiencia, se logra evidenciar en la evaluación del modelo

propuesto con el software LINGO, optimiza el uso del recurso AP (access point) logrando

una mayor cobertura al tener una buena ubicación del AP. Permite determinar que si se

presenta una optimización de la red a partir del análisis y evaluación previa del diseño y/o

administración de la red WLAN la cual utiliza tecnología 802.11ac. En esta tecnología la

cobertura es más predecible que su antecesora 802.11n, ya que optimiza el uso del

espectro radio eléctrico gracias a la tecnología implementada por las redes 802.11ac

Beamforming, el cual permite que solo propague ondas de radio, solo donde se encuentra

el terminal (equipo móvil) el cual requiere de acceso a internet por medio de esta tecnología.

La cobertura se puede representar como una serie de círculos que emanan del Access point

(AP), con círculos de mayor tasa de datos más cerca del AP. Sin embargo es importante

tener en cuenta que no es una representación totalmente segura, pero lo suficiente para

propósitos de planeamiento. Principalmente se considera la distancia.

Gracias a las bondades que presenta la tecnología 802.11ac frente a las tecnologías

anteriores, permite que los equipos que trabajen en este esquema consigan mejorar la

confiabilidad de la red por medio de los protocolos de capa de enlace de datos, ya que

pueden desempeñar mejor su trabajo al poder incluir la compatibilidad con 8 antenas y

hasta 8 secuencias espaciales, mensajes de respuesta para ayudar a la tecnología MIMO

y características de agregación de MAC mejoradas, de señal de acuse de recibo en bloque



Página|91

y de enlace directo lo cual garantiza que no halla perdida de paquetes y menos retardos en

la transmisión de datos.

Los trabajos teóricos presentados por (Yayu Gao, 2014) y (Mohand Yazid, 2014) muestran

que el modelo planteado por ellos para determinar el rendimiento de la red utilizando

algoritmos genéticos (Algoritmo de hormiga) basados en cadenas de markov, presentan

resultados satisfactorios al encontrar una solución factible a partir de una sola función

objetivo para evaluar y analizar el rendimiento en las redes WLAN. Al utilizar el modelo

propuesto en este trabajo para optimizar el rendimiento en las redes con tecnología

802.11ac, se logra evidenciar que a partir de dos funciones objetivo se logra un mejor

modelo para evaluar y analizar el rendimiento de las redes inalámbricas de área local, cuyas

funciones propuestas fueron: eficiencia y confiabilidad. La función objetivo eficiencia,

corresponde al análisis realizado de cobertura de un access point (AP) teniendo en cuenta

una localización optima donde se quiera implementar o este implementado el AP, logrando

optimizar el uso de este recurso al máximo en la prestación del servicio de internet móvil en

un área determinada (necesidad del diseño o de los usuarios).

Se puede concluir que los resultados de investigaciones analizadas en capítulos anteriores

de este documento, corresponden a estudios teóricos del rendimiento en las redes

inalámbricas de área local se puede inferir que el modelo de optimización propuesto cumple

con los aspectos planteados al principio de este trabajo, corroborando que al utilizar la

tecnología 802.11ac las respuestas que se esperan del comportamiento de la red

inalámbrica de área local WLAN, viene ampliamente ligada a la configuración, ubicación de

los puntos de acceso y por las características básicas que deben tener los terminales

móviles.



Página|92

7. CONCLUSIONES, TRABAJOS FUTUROS Y APORTES DE LA

INVESTIGACIÓN

7.1 CONCLUSIONES

Durante la investigación se ha presentado las principales características de las redes

inalámbricas de área local (WLAN) que funcionan con la tecnología 802.11ac, teniendo en

cuenta que esta tecnología es compatible con protocolos previos como: 802.11a/b/g/n,

logrando que usuarios que tengan configurados protocolos anteriores puedan conectarse a

una red 802.11ac.

A partir del incremento vertiginoso en el uso de las redes inalámbricas de área local WLAN,

es necesario tener herramientas matemáticas que permitan optimizar, analizar y evaluar el

rendimiento de las tecnologías (en este trabajo la tecnología 802.11ac) que ofrecen este

tipo de servicio. Por este motivo se desarrolló un modelo el cual detalla las características

más importantes de las redes inalámbricas 802.11ac, con respecto al rendimiento que

puede brindar el estándar en el diseño, administración y/o implementación de una

infraestructura con esta tecnología. Se aplica en el modelo propuesto programación

matemática multi-objetivo, la cual nos permite a partir de dos funciones objetivo, analizar y

evaluar en más detalle el rendimiento de las redes WLAN 802.11ac, en comparación de los

modelos analizados en capítulos anteriores del trabajo que solo utilizan una función objetivo

(ejemplo: algoritmo de hormiga) para analizar y evaluar el rendimiento. Estas funciones

objetivo propuestas para el modelo fueron: eficiencia y confiabilidad, el primero enfocado

en la cobertura (optima localización del access point AP) y el segundo (protocolos que

mejoran la transmisión de datos y minimice los retardos en la transmisión de datos) logrando

una solución más óptima desde el punto de vista: red y usuario. Se plantea en la

investigación un modelo matemático que permita determinar el rendimiento esperado de

una red inalámbrica de área local realizando un análisis holístico, para el cual el tomador

de decisiones puede determinar en un momento dado que bondades (funciones objetivos)

quiere mantener frente a las presentadas con el fin de priorizar unas en relación a las otras

dependiendo de la función a la cual quiera optimizar.



Página|93

Se concluye que si se tiene en cuenta las consideraciones de diseño y la correcta elección

de las arquitecturas de la red, el Modelo de Optimización en su parte de cobertura utilizando

la tecnología 802.11ac brinda una mayor velocidad y optimización del espectro

radioeléctrico, lo cual permite determinar que el modelo propuesto cobra validez en los

planteamientos realizados y comparados con los trabajos relacionados (ver tabla).

Verificando las ventajas principales que tienen las redes inalámbricas WLAN, las cuales

son: costos bajos en su implementación y la movilidad que ofrece a los clientes. Sin

embargo, si se desea maximizar los beneficios del protocolo de comunicación 802.11ac

aplicando el modelo de Optimización propuesto, es recomendable y necesario diseñar la

red desde un principio con la tecnología 802.11ac. Esto significa tener en cuenta las

características de esta tecnología, como lo es: anchos de banda, frecuencia de operación,

tasas de transferencia y retardos ofrecidos. Lo cual permite brindar los servicios necesarios

para que aquellos Access point (AP) que funcionan con tecnologías antecesoras a la

802.11ac y puedan seguir prestando un servicio óptimo.

COMPARACIÓN TRABAJOS RELACINADOS CON MODELO PROPUESTO

MODELOS

EFICIENCIA RED WLAN

802.11ac, OPTIMIZA

CADA AP

MEJORA LA POSIBLE UBICACIÓN DEL

AP ( OPTIMIZANDO ESPECTRO

RADIELECTRICO)

MODELO PROPUESTO 16% 50%

TRABAJOS RELACIONADOS 10% 15%

Tabla 14 Resultado de comparación trabajos relacionados con el modelo propuesto Fuente: Autor

Finalmente se obtiene una herramienta matemática para los diseñadores y/o

administradores de redes a lo hora de implementar mejoras o nueva infraestructura en

empresas, hospitales, colegios, universidades entre otras entidades. Enfocado este modelo

en la eficiencia y confiabilidad de las redes WLAN que utilizan tecnología 802.11ac,

logrando optimizar el escaso ancho de banda inalámbrico y la cobertura que tienen los

móviles a los canales entre los diferentes CA (Canales de acceso).

En la gráfica y tabla (Ver figura 50 y tabla 14) se observa la mejora del protocolo 802.11ac

respecto a su antecesor 802.11n.



Página|94

Figura 51 Comparación de rendimiento tecnologías 802.11n y 802.11ac Fuente: Autor

Velocidad promedio de

datos

Mayor velocidad

de datos Tasa de datos más baja

802.11ac 802.11n 802.11ac 802.11n 802.11ac 802.11n

42% 20% 83% 43% 5% 10%

Tabla 15 Comparación de rendimiento tecnologías 802.11n y 802.11ac Fuente: Autor

7.2 TRABAJOS FUTUROS

Esta investigación realizada en este trabajo sobre el desarrollo de un modelo de

optimización del rendimiento de las redes inalámbricas de área local (WLAN) utilizando la

tecnología 802.11ac, enfocado en programación multi-objetivo para evaluar y analizar las

redes inalámbricas, puede continuar al tratar de mejorar el modelo propuesto. En el modelo

se proponen dos funciones objetivo, con las cuales se va a optimizar, evaluar y analizar el

rendimiento, las cuales fueron: eficiencia y confiabilidad, tomando de cada una de estas

funciones parámetros los cuales se consideraron muy importantes en la administración y/o

diseño de estas redes, por lo anterior podrían proponer un modelo más robusto, el cual

tenga más de dos funciones objetivo (eficiencia y confiabilidad) y en cada una de estas

funciones consideren más características a la hora de mejorar el rendimiento, evaluar y

analizar una red inalámbrica (WLAN). Con esto se garantiza que por medio de más

funciones objetivo, se tendrían en cuenta, parámetros importantes que de pronto en nuestra

propuesta no se tuvieron en consideración y lleguen a proponer un modelo que garantice

una mayor optimización del rendimiento en las redes WLAN que utilizan tecnología

802.11ac.



Página|95

7.3 APORTES A LA INVESTIGACIÓN

Durante el desarrollo de la presente investigación se han podido evidenciar en un ambiente

de simulación y teórico los aportes más significativos en el momento de realizar una

evaluación y análisis en el rendimiento de la tecnología 802.11ac, los cuales se

mencionaran a continuación:

➢ El modelo desarrollado permite a los diseñadores y administradores de redes

inalámbricas de área local (WLAN) que utilizan la tecnología 802.11ac, evaluar,

analizar y optimizar el rendimiento, enfocado en dos funciones objetivo, los cuales

son: eficiencia (ubicación del Access point AP para optimizar la cobertura al máximo

en un área determinada) y confiabilidad (protocolos para mejorar el tráfico de datos).

Determinando la capacidad máxima que pueden llegar a tener los enlaces y

dependiendo de la tecnología de las estaciones móviles, conduce a mejorar el

rendimiento de la red. El modelo es flexible en la medida que se presente un

comportamiento óptimo de la red inalámbrica de área local (WLAN), brindándole al

diseñador o administrador la toma de decisiones y la oportunidad de poder

determinar que debería hacer en alguna situación particular que se presente en la

red.

➢ En la primera fase donde se plantea y desarrolla el estudio para la cobertura de las

redes inalámbricas de área local (WLAN) que trabajan con la tecnología 802.1ac, y

es necesario el análisis frente a tecnologías anteriores como: a/b/g/n dado las

coberturas que manejan, revisando los parámetros reales de propagación y

capacidad del enlace. Es aquí donde la tecnología 802.11ac, tiene la particularidad

de la interoperabilidad para poder operar con tecnologías anteriores. Teniendo en

cuanta la colocación y el número de Access point (AP) que son necesarios para

brindar la mejor cobertura posible en un área determinada por el administrador o

diseñador de la red WLAN utilizando tecnología 802.11ac. se observa en la

simulación del modelo que los valores obtenidos representan una optimización en

la ubicación de los Access point (AP) en cuanto la cobertura de un área determinada

con la tecnología 802.11ac, situación que permite determinar una mejor solución

posible frente a los modelos analizados en capítulos anteriores para el cubrimiento



Página|96

de un área determinado por el diseñador o administrador al cual requiere

implementar redes WLAN con tecnología 802.11ac.

➢ Durante el desarrollo del modelo de optimización se ha realizado un análisis

minucioso del comportamiento de las redes inalámbricas de área local (WLAN)

utilizando la tecnología 802.11ac, teniendo en cuenta elementos que se presentan

en la vida cotidiana al momento de administrar, diseñar e implementar este tipo de

red, se realiza un estudio detallado de las variables (funciones objetivo) para

optimizar el rendimiento, se desarrolla el modelo propuesto y se valida por medio de

software de simulación (LINGO). Logrando que el resultado de la investigación

permite tener un punto de vista más de gestión de cómo se está comportando la

red, ya que al utilizar métodos de solución de programación matemática se facilita

la evaluación y análisis de rendimiento de una red inalámbricas de área local

(WLAN), ya que se basa en unos parámetros ya definidos durante la investigación

como lo es: la eficiencia y confiabilidad de las redes.

➢ Se evidencia en el modelo propuesto en este trabajo, la utilidad como herramienta,

la cual permite de una manera sencilla el mejoramiento del rendimiento de las redes

inalámbricas de área local (WLAN) que utilizan tecnología 802.11ac, al integrar

aspectos tecnológicos con alternativas de toma de decisiones de diseñadores o

administradores de red de acuerdo a las necesidades que se presenten en una

organización (universidad, colegios, centros comerciales, empresas, etc).



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