proyección de una red wimax móvil basada en el estándar
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Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
Proyección de una red WiMAX Móvil basada en el
estándar IEEE 802.16e para la UCLV
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática
Autor: Salah Hasan Saleh
Tutor: MSc. David Beltrán Casanova
Santa Clara
Abril de 2014
“Año 56 de la Revolución”
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática
Proyección de una red WiMAX Móvil basada en el
estándar IEEE 802.16e para la UCLV
Autor: Salah Hasan Saleh
[email protected]. [email protected]
Tutor: MSc. David Beltrán Casanova
Santa Clara
Abril de 2014
“Año 56 de la Revolución”
Hago constar que la presente Tesis en Opción al Título Académico de Máster en Ciencias
Telemáticas fue realizada en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como
parte de la culminación de estudios de Maestría en Telemática, autorizando a que el mismo
sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma
parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin
autorización de la Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un
trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Tutor
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
PENSAMIENTO
“Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para
penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.”
Albert Einstein
DEDICATORIAS
A Allah que me ha dado la oportunidad de llegar a culminar esta etapa de mi vida, a mis
padres, hermanos y tíos quienes siempre han estado a mi lado y han sido un pilar
fundamental en mi vida y en mi carrera estudiantil, por su constante apoyo les agradeceré
siempre.
AGRADECIMIENTOS
A Allah por brindarme salud, vida, esperanza, sabiduría y por
permanecer siempre a mi lado en cada paso efectuado en la
realización de esta meta.
A mi familia por ser el pilar fundamental de mi vida, que siempre
me apoya con su incondicional amor, consejos y paciencia.
A mi tutor David Beltrán Casanova por su constante colaboración
en la realización, revisión y culminación de esta investigación.
Al profesor Paliza, por sus orientaciones certeras.
A los compañeros del grupo de Maestría, en el que siempre existió un
clima de compañerismo y colaboración.
A los profesores de la Universidad, que durante estos años nos
transmitieron sus conocimientos y me dedicaron gran parte de su
tiempo.
Deseo también expresar mi sincero agradecimiento a todas aquellas
personas que han contribuido de una forma u otra en la realización
de este trabajo.
A todos..........!Gracias!
RESUMEN
En el presente trabajo se expone el estado del arte de tecnologías inalámbricas
implementadas actualmente en el mundo, haciéndose énfasis en el estándar IEEE 802.16e y
sus principales características. También, se muestra un estudio efectuado a la red de la
UCLV, así como los problemas que presenta dicha red, proponiéndose el diseño de una red
inalámbrica WiMAX móvil basada en estándar IEEE 802.16e para solucionar las
dificultades encontradas teniendo en cuenta experiencias en Cuba de pruebas de campo
efectuadas utilizando esta tecnología. Se complementa el diseño con el dimensionamiento
de una red de transporte basada en la tecnología GPON, con el objetivo de conducir las
señales hacia la red nacional de telecomunicaciones. Para validar los resultados obtenidos
se realizó la predicción de cobertura mediante el software Atoll 2.8.0 y la simulación de
uno de los procesos que determina la calidad de la conectividad durante el traspaso de
celdas "handover", utilizando para esto el software Opnet Modeler 14.5. Al final de este
informe se presenta un análisis económico que evalúa la factibilidad de la implementación
de la propuesta realizada.
ABSTRACT
This paper presents the evolution of used wireless technologies in the world, emphasizing
on the standard IEEE 802.16e and its main characteristics. Moreover, this thesis shows a
study on the UCLV's network and its problems, which resulted in the design proposal of a
mobile WiMAX wireless network based on the standard IEEE 802.16e in order to solve the
problems, taking into account the experience gathered from testing this technology in Cuba.
This design is complemented with the dimensioning of a transport network based on GPON
technology in order to conduct the signals to the national telecommunications network. To
validate the results, the prediction of coverage by means of the Atoll 2.8.0 software was
conducted as well as the simulation of one of the processes that determines the connectivity
quality during the handover mechanism (in which the user moves from one cell to another)
using the Opnet Modeler 14.5 software. At the end of this report, an economic analysis is
presented to evaluate the feasibility of implementing the proposal in question.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WIMAX ................................................................ 6
1.1 DEFINICIÓN DE LAS REDES INALÁMBRICAS ........................................................................................... 6
1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES INALÁMBRICAS ...................................................................................... 6
1.2.1 WPAN .......................................................................................................................................... 7
1.2.2 WLAN .......................................................................................................................................... 8
1.2.3 WMAN ......................................................................................................................................... 8
1.2.4 WWAN ........................................................................................................................................ 9
1.3 WIMAX Y OTRAS TECNOLOGÍAS DE ACCESO DE BANDA ANCHA MÁS UTILIZADAS ................................................ 9
1.3.1 Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas (WiMAX) ...................................... 10
1.3.2 Redes de Área Local Inalámbricas (WiFi) .................................................................................. 11
1.3.3 Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) y Acceso de Alta Velocidad de
Paquetes (HSPA) ...................................................................................................................................... 12
1.3.4 Evolución a Largo Plazo (LTE) .................................................................................................... 13
1.3.5 WiMAX y LTE ............................................................................................................................. 14
1.4 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL ESTÁNDAR IEEE 802.16E (WIMAX MÓVIL) ............................................ 16
1.4.1 Antecedentes ............................................................................................................................ 16
1.4.2 Elementos del Sistema .............................................................................................................. 19
1.4.3 Estructura de la trama .............................................................................................................. 21
1.4.4 Arquitectura de las capas del protocolo IEEE 802.16 .............................................................. 23
1.4.5 Técnicas de modulación empleadas en WiMAX ....................................................................... 25
1.4.6 Control de la movilidad ............................................................................................................ 28
1.4.6.1 Tipos de Handover (L2) ....................................................................................................... 29
1.4.6.2 Proceso de escaneo (Scanning) ............................................................................................ 30
1.4.6.3 Proceso de handover (L2) .................................................................................................... 31
1.4.6.4 Handover a nivel de red (L3) ............................................................................................... 31
1.4.7 Manejo de la potencia ............................................................................................................... 32
1.4.8 Antenas inteligentes .................................................................................................................. 32
1.4.9 Seguridad .................................................................................................................................. 33
1.5 CONCLUSIONES PARCIALES .................................................................................................................... 33
ÍNDICE
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV. ........................................................................................ 34
2.1 ESTRUCTURA DE LA RED UCLV .................................................................................................................. 34
2.1.1 BACKBONE UCLV ............................................................................................................................... 37
2.1.2 WIFI DE LA UCLV ............................................................................................................................... 40
2.2 SERVICIOS MÁS UTILIZADOS EN LA UCLV ...................................................................................................... 41
2.3 PROBLEMAS ACTUALES EN LA RED UCLV ..................................................................................................... 42
2.4 TECNOLOGÍAS COMPLEMENTARIAS DE TRANSMISIÓN ...................................................................................... 43
2.4.1 CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DE LA TECNOLOGÍA GPON .......................................................................... 45
2.4.2 SPLITTERS .......................................................................................................................................... 45
2.5 SELECCIÓN DEL EQUIPAMIENTO .................................................................................................................. 46
2.6 MODELO DE PROPAGACIÓN PARA WIMAX .................................................................................................. 46
2.7 CONCLUSIONES PARCIALES......................................................................................................................... 49
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL PARA LA UCLV ......................................................... 50
3.1 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL ........................................................................ 50
3.2 UBICACIÓN DE LAS RADIO BASES ................................................................................................................. 51
3.3 DISTRIBUCIÓN Y REUSO DE FRECUENCIAS ...................................................................................................... 51
3.4 DISEÑO DE LA RED WIMAX ....................................................................................................................... 52
3.4.1 Cálculo de tráfico ...................................................................................................................... 52
3.4.2 Tecnología complementaria de transporte de señales ............................................................. 56
3.4.3 Estudio de la cobertura ............................................................................................................. 57
3.5 SIMULACIÓN DEL PROCESO HANDOVER EN OPNET MODELER 14.5 .................................................................. 65
3.5.1 ESCENARIO DE RED A SIMULAR .............................................................................................................. 65
3.5.2 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS .............................................................................................. 70
3.6 ANÁLISIS ECONÓMICO .............................................................................................................................. 80
3.4 CONCLUSIONES PARCIALES ................................................................................................................. 81
CONCLUSIONES ......................................................................................................................................... 83
RECOMENDACIONES ................................................................................................................................. 85
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 86
GLOSARIO DE TÉRMINOS ........................................................................................................................... 90
ANEXOS ..................................................................................................................................................... 97
ANEXO A ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL CPE HUAWEI ECHOLIFE BM8201 ........................................................... 97
ÍNDICE
ANEXO B ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL BS HUAWEI DBS3900 ........................................................................... 99
ANEXO C PARÁMETROS ÓPTICOS DE UNA RED GPON. ........................................................................................... 101
ANEXO D FAMILIARIZACIÓN CON EL SIMULADOR OPNET MODELER .......................................................................... 102
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1-1 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES INALÁMBRICAS [2]. ......................................................................................... 7
FIGURA 1-2 ESCENARIO DE EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS. ................................................................... 15
FIGURA 1-3 ESTÁNDARES DE WIMAX [28]. ............................................................................................................... 17
FIGURA 1-4 EL ESTÁNDAR WIMAX MÓVIL. ................................................................................................................ 18
FIGURA 1-5 ARQUITECTURA DE WIMAX MÓVIL [30]. ................................................................................................. 20
FIGURA 1-6 ESTRUCTURA DE TRAMA DE WIMAX MÓVIL [31]. ...................................................................................... 22
FIGURA 1-7 TRANSMISIÓN DE LOS BLOQUES DE DATOS [32]. ......................................................................................... 22
FIGURA 1-8 ESTRUCTURA DE PROTOCOLOS DE 802.16 [31]. ......................................................................................... 23
FIGURA 1-9 TÉCNICAS DE MÚLTIPLES PORTADORAS [34]. .............................................................................................. 26
FIGURA 1-10 ESTRUCTURA DEL SÍMBOLO DE LA TRAMA OFDM [35]. ............................................................................. 27
FIGURA 1-11 MECANISMO DE HANDOVER. ................................................................................................................. 28
FIGURA 1-12 PROCESO DE HANDOVER. ............................................................................................................. 31
FIGURA 2-1 NODO DE LA PUERTA. ............................................................................................................................ 36
FIGURA 2-2 EL BACKBONE DE LA RED UCLV [41]. ....................................................................................................... 37
FIGURA 2-3 SOFTWARE DE MONITOREO USADO POR LA UCLV. ...................................................................................... 39
FIGURA 2-4 COBERTURA DE LA RED WIFI DE LA UCLV. ................................................................................................. 41
FIGURA 2-5 ELEMENTOS BÁSICOS DE UNA RED ÓPTICA PASIVA. ....................................................................................... 44
FIGURA 2-6 SPLITTERS ÓPTICOS [2]. .......................................................................................................................... 46
FIGURA 3-1 PATRÓN DE REUSO DE FRECUENCIAS A UTILIZAR EN CASO DE EXPANSIÓN FUTURA. .............................................. 52
FIGURA 3-2 CALCULADORA DE ERLANG PARA LLAMADAS DE VOIP. ................................................................................. 53
FIGURA 3-3 PROPUESTA DE LA RED WIMAX MÓVIL Y DEL TRANSPORTE BASADO EN GPON. ................................................ 56
FIGURA 3-4 CREACIÓN DE LA PLANTILLA DE TRANSMISORES. .......................................................................................... 57
FIGURA 3-5 PARÁMETROS DE LAS RADIO BASES UTILIZADAS. .......................................................................................... 58
FIGURA 3-6 PATRONES DE RADIACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL DE LA ANTENA UTILIZADA. ................................................... 59
FIGURA 3-7 UBICACIÓN DE LAS RADIO BASES............................................................................................................... 59
FIGURA 3-8 CREACIÓN DE UN ESTUDIO DE COBERTURA POR NIVEL DE SEÑAL. ..................................................................... 60
FIGURA 3-9 ESTUDIO DE COBERTURA POR NIVEL DE SEÑAL EN EL CAMPUS UCLV. ............................................................... 61
FIGURA 3-10 CREACIÓN DE ZONAS HOT SPOT EN EL CAMPUS UCLV. ............................................................................... 61
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 3-11 GENERACIÓN DE INFORMES. .................................................................................................................. 62
FIGURA 3-12 COBERTURA DE LA RADIO BASE DE LA CASA DE LA FEU................................................................................ 63
FIGURA 3-13 COBERTURA POR ZONAS SOLAPADAS. ...................................................................................................... 64
FIGURA 3-14 ANÁLISIS DE RECEPCIÓN DE LA SEÑAL. ..................................................................................................... 65
FIGURA 3-15 ASIGNACIÓN DEL IP DEL HOME AGENT EN LA MS. .................................................................................... 66
FIGURA 3-16 MODELO DE PRUEBAS. ......................................................................................................................... 67
FIGURA 3-17 UMBRAL DE ESCANEO CONFIGURADO EN LA MS. ....................................................................................... 70
FIGURA 3-18 THROUGHPUT EN LA MS. ..................................................................................................................... 71
FIGURA 3-19 DEMORA WIMAX. ............................................................................................................................. 72
FIGURA 3-20 SNR DETECTADO POR LA MS. ............................................................................................................... 74
FIGURA 3-21 TRÁFICO RECIBIDO POR LA MS. .............................................................................................................. 74
FIGURA 3-22 THROUGHPUT EN LA MS....................................................................................................................... 75
FIGURA 3-23 THROUGHPUT, INITIAL RANGING, SNR, DEMORA HANDOVER Y TIEMPO DE ESCANEO EN LA MS. ......................... 76
FIGURA 3-24 PROCESO DE ESCANEO LIGERO EN LA MS. ................................................................................................ 77
FIGURA 3-25 PROCESO DE ESCANEO DENSO EN LA MS. ................................................................................................ 78
FIGURA 3-26 THROUGHPUT EN LA MS PARA LOS DOS TIPOS DE ESCANEO. ........................................................................ 78
FIGURA 3-27 PROMEDIO DE THROUGHPUT EN LA MS PARA LOS DOS TIPOS DE ESCANEO...................................................... 79
FIGURA 3-28 PAQUETES PERDIDOS EN EL CANAL DOWNLINK DE LA MS. ........................................................................... 79
FIGURA 3-29 LA VARIACIÓN DE LA DEMORA (JITTER) EN EL SERVIDOR. .............................................................................. 80
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1-1 CARACTERÍSTICAS DEL ESTÁNDAR IEEE 802.11X [9]. .................................................................................... 12
TABLA 1-2 CARACTERÍSTICAS DE LA INTERFAZ DE AIRE DE LTE [22]. ................................................................................ 14
TABLA 1-3 ESTÁNDARES IEEE 802.16X. ................................................................................................................... 18
TABLA 1-4 QOS Y APLICACIONES DE WIMAX [34]. ..................................................................................................... 24
TABLA 1-5 PARÁMETROS SOFDMA [32]. ................................................................................................................. 27
TABLA 1-6 ETAPAS DEL PROCESO HANDOVER. ............................................................................................................. 29
TABLA 2-1 INSTALACIONES EN EL CAMPUS UCLV. ........................................................................................................ 35
TABLA 2-2 POBLACIÓN Y CANTIDAD DE PC EN LA UCLV [40]. ....................................................................................... 36
TABLA 2-3 ENLACES DE LA UCLV HACIA EL EXTERIOR. ................................................................................................... 37
TABLA 3-1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS EQUIPOS LOCALES DEL CLIENTE CPE. ....................................................... 55
TABLA 3-2 TOTAL DE EQUIPOS DE ACCESO PARA LA RED PROPUESTA. ............................................................................... 55
TABLA 3-3 ASIGNACIÓN DE BANDAS DE FRECUENCIA PARA LAS RADIO BASES. ..................................................................... 58
TABLA 3-4 PREDICCIONES DE COBERTURA DISPONIBLE EN ATOLL [23].............................................................................. 60
TABLA 3-5 NIVEL DE SEÑAL EN EL COMEDOR DE AGROPECUARIA. ................................................................................... 62
TABLA 3-6 NIVEL DE SEÑAL EN LA FACULTAD DE ELÉCTRICA. ........................................................................................... 63
TABLA 3-7 NIVEL DE SEÑAL EN LA FACULTAD DE CONSTRUCCIONES. ................................................................................. 63
TABLA 3-8 PARÁMETROS DE LA SIMULACIÓN. .............................................................................................................. 68
TABLA 3-9 MODELOS DE PATHLOSS. .......................................................................................................................... 69
TABLA 3-10 MODELOS MULTIPATH. .......................................................................................................................... 69
TABLA 3-11 UMBRALES DE ESCANEO PARA LA SIMULACIÓN............................................................................................ 71
TABLA 3-12 PARÁMETROS DEL ESCANEO .................................................................................................................... 73
TABLA 3-13 VALORES USADOS PARA ESCANEO ............................................................................................................ 73
TABLA 3-14 PARÁMETROS DE ESCANEO PARA LOS 2 ESCENARIOS. ................................................................................... 77
TABLA 3-15 COSTOS APROXIMADOS DEL EQUIPAMIENTO. ............................................................................................. 81
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad la tecnología inalámbrica se ha convertido en una parte fundamental de la
vida, donde la implementación de nuevos servicios y aplicaciones impuestas por el
desarrollo de la sociedad y el continuo aumento de número de usuarios han propiciado la
necesidad de investigar nuevas técnicas que permitan alcanzar un mejor desempeño en las
redes de acceso inalámbrico [1].
Esta situación ha dado lugar a la aparición de WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access), que es considerado con el nombre comercial del estándar 802.16.
En Cuba, el uso de las redes de comunicaciones ha permitido cambios significativos en los
centros de educación superior. Uno de los centros en el país con más resultados en el
empleo de las tecnologías de la información y las comunicaciones, con el fin de elevar el
proceso docente educativo, es la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas [2].
En el año 1998 se construyó la red de la UCLV, en lo cual se empleó fibra óptica, con
centro gestor ubicado en el local conocido como “La Puerta”. Allí quedaron conectadas las
diez áreas fundamentales de la parte central del campus universitario. Dos años después se
realizó la primera expansión de la red, adicionándose seis nuevas áreas [3].
En el año 2002 se centralizaron todas las cuentas de usuarios en un dominio de Windows
2000 y su arquitectura de Directorio Activo, esto posibilitó una mejor organización y
aprovechamiento de los recursos y un incremento notable en la calidad del funcionamiento
de la red [3].
Desde que la red de la UCLV fue diseñada quedaron algunos lugares que no se incluyeron
en la estructura cableada debido, principalmente, a limitaciones económicas. Con el paso
del tiempo fue aumentando la necesidad de que estos lugares quedaran definitivamente
INTRODUCCIÓN 2
unidos a la red UCLV. Aprovechando el avance que presentan las redes inalámbricas de
área local (WLAN) y las ventajas que ofrecen frente a una red cableada, se decidió adoptar
las WLAN para dar solución al problema de la conexión de estos lugares y de esta manera
contribuir al completamiento de la red universitaria [4].
A pesar que la UCLV emplea actualmente la tecnología inalámbrica en todas las áreas del
campus universitario, presenta algunas dificultades que afectan la calidad y confiabilidad
del servicio, ya que la cobertura de la red WiFi de la Universidad es limitada y en algunas
áreas insuficiente. También se refleja la escasez de movilidad porque al perder la cobertura
de los puntos WiFi existentes, ciertas aplicaciones se cierran y necesitan reconexión, lo que
resulta trabajoso porque hay que autenticarse nuevamente.
El análisis preliminar del escenario de estudio y la evolución de las redes inalámbricas
desplegadas en el mundo, señalan a la tecnología WiMAX como adecuada para la solución
de las comunicaciones de acceso inalámbrica en la Universidad Central “Marta Abreu” de
Las Villas.
El presente trabajo aborda el estándar IEEE 802.16e conocido como WiMAX móvil para
solucionar los problemas que presenta actualmente la red UCLV, en cuanto a movilidad y
cobertura; además de incrementar los niveles de confiabilidad, calidad, capacidad y
desempeño de los servicios.
Debido a lo anteriormente expuesto surge como problema científico para el desarrollo de la
investigación:
¿Qué hacer para contribuir al mejoramiento de la red de la Universidad Central “Marta
Abreu” de Las Villas, haciendo uso de la tecnología WiMAX móvil?
Para dar cumplimiento a este problema científico se plantea el siguiente objetivo general:
Elaborar una propuesta de red inalámbrica con tecnología WiMAX móvil para la
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas que coexiste con la red actual para
satisfacer las demandas de los usuarios universitarios.
A partir de este objetivo general se deducen los siguientes objetivos específicos:
Identificar las redes de acceso de banda ancha inalámbrica más empleadas a nivel
mundial que puedan ser instaladas en zonas como la de la Universidad Central
"Marta Abreu" de Las Villas.
INTRODUCCIÓN 3
Caracterizar el área de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas mediante
la revisión de su topografía, población, alturas de sus instalaciones y sus distribución
en el campus universitario, así como sus principales áreas.
Realizar un análisis profundo de la estructura de la red de telecomunicaciones
existente en la Universidad y los servicios ofrecidos por dicha red, definiendo los
principales problemas que presenta para proponer el mejoramiento de sus
prestaciones empleando la tecnología WiMAX móvil basada en el estándar IEEE
802.16e.
Diseñar la red inalámbrica WiMAX móvil a partir de las características del terreno,
estructura de la red actual y las necesidades de los usuarios, tomando en cuenta el
aspecto técnico y económico.
Determinar una tecnología complementaria para transportar la señal hasta a la red
nacional de telecomunicaciones teniendo en cuenta los anchos de banda requeridos
para cubrir la demanda de la red propuesta.
Simular los escenarios propuestos.
Evaluar económicamente la solución propuesta para el área de la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas.
En el desarrollo de la investigación se da respuesta a las siguientes preguntas científicas:
¿Cuáles son las redes de acceso inalámbrico de banda ancha más utilizadas
actualmente?
¿Cuál son las ventajas que ofrece la tecnología WiMAX móvil?
¿Cuáles son las características principales de la topografía, demografía e
infraestructura de telecomunicaciones de la Universidad Central "Marta Abreu" de
Las Villas?
¿Qué equipamiento se debe emplear?
¿Qué estructura tendrá la red de acceso de banda ancha a proponer para el campus
universitario?
¿Resulta factible económicamente la instalación de la nueva red?
Los métodos científicos sobre los cuales se desarrolla la investigación son:
INTRODUCCIÓN 4
El histórico lógico mediante el cual se contextualiza el problema de investigación,
sus antecedentes y desarrollo.
El analítico sintético ya que es necesario analizar todos los componentes del sistema
a emplear y determinar los elementos a utilizar, así como la interrelación de sus
partes.
El inductivo – deductivo que logra establecer generalidades en cuanto al diseño de la
red a partir de las experiencias particulares de los técnicos y especialistas que
participan en la misma.
La modelación, mediante la cual se crean abstracciones con vistas a explicar la
realidad. El modelo como sustituto del objeto de investigación. Opera en forma
práctica o teórica con un objeto, no en forma directa, sino utilizando cierto sistema
intermedio, auxiliar, natural o artificial. En este caso, la simulación.
Como resultado del presente trabajo se espera caracterizar las necesidades actuales y
futuras en materia de servicios de telecomunicaciones en la Universidad Central “Marta
Abreu” de Las Villas, y realizar una propuesta de red de acceso inalámbrico
económicamente factible y con posibilidades de incrementar en el campus universitario
tanto la cantidad de servicios como las prestaciones, el rango de cobertura y la movilidad.
En el proceso de investigación se procedió a la consulta de información actualizada de
libros, revistas, documentos electrónicos, estándares de la IEEE, WiMAX Forum, la UIT-T
y otras bibliografías obtenidas en presentaciones.
Con este trabajo se logra tener una visión más cercana de la estructura de la red de acceso
de los operadores actuales, al efectuarse un recorrido desde los aspectos teóricos hasta los
económicos. Asimismo, se consigue una mejor flexibilidad para el futuro crecimiento de la
red en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Finalmente, permite ofrecer
una respuesta a la constante demanda de servicios, proporcionando soluciones
económicamente factibles. Este trabajo puede constituir una base material de estudio para
futuras investigaciones.
Estructura del Trabajo:
Este trabajo se ha estructurado en: introducción, tres capítulos que abordarán los objetivos
anteriormente citados, conclusiones, referencias bibliográficas y anexos. A continuación se
describen brevemente el contenido de los capítulos.
INTRODUCCIÓN 5
En el capítulo I se presenta el marco teórico referente a las redes inalámbricas, en especial
a la tecnología WiMAX móvil, describiendo sus características técnicas, la arquitectura de
las capas que la componen, las diferentes modulaciones que utiliza, y al final se efectúa una
comparación con otras tecnologías de acceso inalámbricas.
En el capítulo II se analiza el estado actual de la red de la UCLV, se detallan los aspectos
relacionados con su infraestructura, topología, servicios, etc. Así como se describen los
problemas que presenta dicha red. Se abordan aspectos por los cuales se seleccionó la red
complementaria de transmisión.
En el capítulo III se realiza la propuesta de diseño de la red inalámbrica con tecnología
WiMAX Móvil para la UCLV, el dimensionamiento de la red de transporte, y un análisis
de los resultados de la simulación. Finalmente se evalúa la factibilidad económica de la
propuesta realizada.
6
CAPÍTULO 1. Estado del arte de la tecnología WiMAX
Durante los últimos años las redes inalámbricas han ganado mucha popularidad y han
evolucionado rápidamente, debido al incremento que han tenido sus prestaciones de
servicio y al descubrimiento de nuevas aplicaciones donde pueden ser empleadas. Los
usuarios de una red inalámbrica pueden transmitir y recibir voz, datos y videos, todo esto a
altas velocidades de transmisión, sin necesidad de estar físicamente conectados a un lugar
determinado y con una gran movilidad sin perder la conectividad [5].
En este capítulo se resumen las características de las principales tecnologías inalámbricas
empleadas en las redes de acceso de banda ancha. Se centrará la atención en el estándar
IEEE 802.16e (WiMAX móvil), y se va a profundizar en los detalles y características que
ofrece este estándar.
1.1 Definición de las redes inalámbricas
Las redes inalámbricas son conexiones implementadas mediante ondas de radio o luz
infrarroja, que facilitan el trabajo en lugares donde es imposible llegar con cables,
permitiendo la interconexión entre nodos sin limitaciones y ofreciendo la posibilidad de ser
combinadas con infraestructura cableada y generar una “red híbrida" [6].
1.2 Clasificación de las redes inalámbricas
Por su alcance, las redes inalámbricas se clasifican de las siguientes formas:
WPAN (Wireless Personal Area Network).
WLAN (Wireless Local Area Network).
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network).
WWAN (Wireless Extender Area Network).
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 7
En la figura 1.1 se muestra la clasificación de las redes inalámbricas.
Figura 1-1 Clasificación de las Redes Inalámbricas [2].
1.2.1 WPAN
Las redes de área personal (WPAN) tienen una cobertura típica de 30 m, pero su
rendimiento varía dependiendo del estándar empleado. Ellas son utilizadas principalmente
para conectar dispositivos periféricos (teléfonos celulares, PDA, etc.) con un computador
sin la utilización de cables [7]. Se usan varios tipos de tecnologías para este tipo de redes,
las cuales son:
Bluetooth (IEEE 802.15.1), opera a 1 Mbps con relativa baja potencia sobre cortas
distancias utilizando FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) en la banda de
frecuencias de 2.4 GHz, cubriendo distancias de hasta 10 m [1].
ZigBee (IEEE 802.15.4), estándar para comunicación de datos a corto alcance,
utilizando para ello pequeños sensores. Utiliza DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum) y cubre distancias de hasta 75 m, con velocidades que varían desde los
20 Kbps hasta los 250 Kbps [8].
IR (Infrared), usa el rango infrarrojo del espectro electromagnético para transmitir
información mediante ondas por el espacio libre. Los sistemas infrarrojos pueden
clasificarse en sistemas de corta apertura, rayo dirigido o LOS (Line of Sight) y en
sistemas de gran apertura, reflejados o difusos [9].
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 8
1.2.2 WLAN
Las redes inalámbricas de área local (WLAN) poseen una cobertura que puede alcanzar
varios metros, lo que permite crear un entorno de red local entre computadoras o terminales
situados en un mismo edificio o grupo de edificios, sin el requerimiento de licencia para su
uso. Ellas desarrollan el envío de datos por medio de ondas electromagnéticas a través del
espacio, usando las mismas frecuencias para transmisión y recepción. Estas disponen de
varias tecnologías [8], las mismas se describen a continuación:
WiFi (IEEE 802.11), puede alcanzar velocidades de 11 Mbps, 54 Mbps,
108 Mbps, 150 Mbps, 300 Mbps, 600 Mbps y se prevén velocidades superiores a 1
Gbps, empleando la técnica CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Avoidance) y OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
para transmitir sus paquetes. Utiliza la banda de frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz [9].
HiperLAN (High Performance Radio LAN), creado por ETSI (European
Telecommunications Standard Institute). Utiliza la banda de frecuencia de los 5 GHz
y soporta distintas velocidades, 24 Mbps (HiperLAN1), 54 Mbps (HiperLAN2) y 25
Mbps (Hiper ACCESS) [10].
1.2.3 WMAN
Las redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN) cubren el área de una ciudad o
entorno metropolitano, y que van desde unos cientos de metros hasta varios kilómetros
[11].
Las tecnologías más conocidas son:
WiMAX, permite la transmisión y recepción de datos por microondas. Está diseñado
para proporcionar acceso en áreas de hasta 50 Km de radio [12].
HiperMAN (High Performance Radio MAN), desarrollado por el ETSI, opera en la
banda de 2 GHz a 11 GHz y permite configuraciones punto a punto y en malla [13].
LMDS (Local Multipoint Distribution System), es una tecnología inalámbrica vía
radio para comunicación entre puntos fijos, en donde el rango de frecuencia utilizado
varía entre 2 GHz y 40 GHz. Emite señales que alcanzan distancias de hasta 5 Km
[6].
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 9
WiBro (Wireless Broadband), es una tecnología de red desarrollada por la industria
de telecomunicaciones de Corea. Utiliza un sistema basado en TDD (Time Division
Duplex) y OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) como
tecnología de acceso. Opera en la banda de frecuencia de 2.3 GHz y soporta
velocidades de transmisión dentro del rango de 30 Mbps a 50 Mbps [13].
1.2.4 WWAN
Las redes inalámbricas de área extendida (WWAN) tienen una amplia cobertura geográfica,
por ejemplo, pueden cubrir regiones y países [14]. Estos sistemas de comunicación hacen
uso de la transmisión por radio frecuencia, empleando modulaciones para la transmisión de
datos. Las tecnologías más conocidas son:
GSM (Global System for Mobile Communications), tecnología de telefonía celular de
2G (2snd Generation) que ofrece transmisión de datos a 9.6 Kbps usando canales
dedicados [15].
GPRS (General Packet Radio Service), tecnología que añade a las redes GSM la
posibilidad de transmitir paquetes de datos y aumentar su rendimiento. Además
permite lograr tasas de transmisión de datos mayores a 150 Kbps [13].
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), sistema de comunicación
celular de 3G (3rd Generation) que ofrece servicios de voz y datos con un ancho de
banda de 5 MHz [15].
LTE (Long Term Evolution) es el estándar de telefonía móvil para cuarta generación
y desarrollado bajo especificaciones del 3GPP. Esta tecnología es la clave para el
despegue de la Internet móvil ya que presenta una arquitectura de red diferente a las
anteriores, basada totalmente en el protocolo IP, lo cual implica el uso exclusivo de
técnicas de conmutación de paquetes. Ofrece mayores anchos de banda y elevadas
tasas de transferencia, hasta100 Mbps en descarga y 50 Mbps en subida [16].
1.3 WiMAX y otras tecnologías de acceso de banda ancha más utilizadas
WiMAX, como se ha podido apreciar, no es la única solución para distribuir servicios de
banda ancha inalámbrica. Actualmente existen muchas soluciones propietarias para
aplicaciones fijas y móviles, las cuales ya están disponibles en el mercado. Aparte de estas
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 10
soluciones propietarias, existen soluciones alternativas basadas también en estándares, que
se solapan parcialmente con WiMAX [17].
A continuación se realiza una breve síntesis de WiMAX y de las alternativas tecnologías
consideradas más importantes; y al final se presentan las ventajas de WiMAX sobre el resto
de las tecnologías.
1.3.1 Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas (WiMAX)
El acceso inalámbrico de banda ancha comenzó intentando ser una alternativa competente a
las soluciones de banda ancha fija ya existente: xDSL, cable modem, sin embargo, debido
al rápido crecimiento de la banda ancha sin cables, ha surgido la necesidad de nuevas
tecnologías inalámbricas que reduzcan los costes y a su vez ayuden a suavizar el monopolio
de los proveedores de servicios de banda ancha cableada [18].
Los sistemas de distribución punto-multipunto (LMDS) supusieron el primer sistema
remarcable de acceso de banda ancha inalámbrico a finales de la década de los noventa.
Más tarde se desarrollaron los servicios de distribución multipunto y multicanal (MMDS)
que proporcionaba mayor rango de cobertura pero ambos necesitaban línea de vista para
operar correctamente [18].
El reto de conseguir comunicaciones sin necesidad de línea de visión directa NLOS (Non
Line of Sight) comenzó en 1998 con el grupo de la IEEE 802.16 cuyo objetivo era
estandarizar las tecnologías para redes de área metropolitana inalámbricas (Wireless MAN).
En el año 2001, se consiguió el primer estándar sin necesidad de visión directa en la
frecuencia de operación de 2 GHz a 11 GHz, Wireless MAN-SC, con una única portadora.
En 2003, se completó IEEE 802.16a, el cual introdujo tres esquemas de acceso: portadora
única (Single carrier, SC), OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). El estándar IEEE 802.16-2004
reemplazó a las versiones anteriores convirtiéndose en la solución para WiMAX fijo. En
2005 aparece el estándar IEEE 802.16e, también conocido como WiMAX móvil.
Entre las principales características técnicas de WiMAX se encuentran [19]:
- Cobertura radial de 50 kilómetros, en promedio.
- Transmisión efectiva de 124 Mbps.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 11
- Anchos de canal entre 1,5 y 20 MHz.
- Utiliza modulación OFDM, con 2048 señales portadoras, que permiten altas
velocidades de transferencia.
- Incorpora soporte para la tecnología de antenas inteligentes (smart antennas), la
cual mejoran la eficiencia espectral y la cobertura.
- Definida para las frecuencias de hasta 11 GHz para conexiones con y sin línea de
visión, y entre 10 GHz y 66 GHz para conexiones con línea de visión.
- Incluye mecanismos de modulación adaptativa, mediante los cuales la estación base
y el equipo de usuario se conectan utilizando la mejor de las modulaciones posibles,
en función de las características del enlace radio.
- Topología punto-multipunto y de malla.
- Bandas licenciadas y de uso libre, dependiendo de la legislación de cada país.
- Aplicaciones para la transmisión de voz, video y datos.
- Buen desempeño de transmisión.
1.3.2 Redes de Área Local Inalámbricas (WiFi)
Las redes de área local inalámbricas proporcionan conectividad inalámbrica a un pequeño
rango de usuarios fijos o con una movilidad reducida. WLAN, conocido comúnmente como
WiFi, se basa en la familia de estándares IEEE 802.11 y es una tecnología principalmente
pensada como una extensión de una red de acceso de área local (LAN), diseñada para
brindar una cobertura indoor [9]. El primer estándar, 802.11b, ofrecía tasas de 11 Mbps en
un rango de 30 m. Los sistemas actuales de WiFi, basados en IEEE 802.11a/g, soportan una
tasa de transferencia máxima de 54 Mbps y normalmente la distancia de cobertura no
supera los 100 m. IEEE 802.11g soporta QoS y el estándar 802.11n introduce la posibilidad
de utilizar MIMO con modulación OFDM y velocidades superiores a 54 Mbps.
Se prevé para este año el establecimiento del nuevo estándar IEEE 802.11ac que alcanzará
velocidades superiores a 1 Gbps [17]. Este nuevo tipo de conexión inalámbrica es mucho
más rápido que el actual IEEE 802.11n, ya que trabaja con anchos de banda de canal que
van desde los 80 MHz hasta los 160 MHz, frente a los 40 MHz de máximo en 802.11n.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 12
Además, soporta hasta ocho antenas, mientras que las conexiones actuales sólo llegan hasta
cuatro [20].
WiFi se ha convertido en el estándar preferido a la hora de elegir una forma de conexión
para “los últimos metros” (last mille) en casas, oficinas y lugares públicos, en lugar del
tradicional cable de red. Sin embargo, la ineficiencia del protocolo CSMA (Carrier Sense
Multiple Access) usado por WiFi, junto con la interferencia existente en la banda no
licenciada, son restricciones que reducen significativamente la capacidad de operar estos
sistemas en escenarios “outdoor”. Además, los sistemas WiFi no fueron diseñados para
soportar la movilidad a alta velocidad. Una ventaja significativa de WiFi sobre WiMAX y
3G es la gran disponibilidad, el bajo costo de los equipos y que la mayoría de las
computadoras portátiles que se comercializan hoy en día, tienen ya incorporadas la interfaz
WiFi. En la tabla 1.1 se muestra las principales características del estándar IEEE 802.11x.
Tabla 1-1 características del estándar IEEE 802.11x [9].
Estándar 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 802.11ac
Completado Sept 1999 Sept 1999 May 2003 Sept 2009 2014
Tasa de
transmisión
11 Mbps 54 Mbps 54 Mbps Hasta 600
Mbps
Mayor de 1
Gbps
Frecuencia 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz 5 GHz
Técnicas de
transmisión
DSSS DSSS,
OFDM
DSSS,
OFDM
OFDM OFDM
Canal (MHz) 20 20 20 20 a 40 80 a 160
1.3.3 Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) y Acceso de Alta
Velocidad de Paquetes (HSPA)
3GPP y 3GPP2 han introducido las nuevas tecnologías de tercera generación (3G) como
una evolución de la existente segunda generación. 3GPP es el organismo de estandarización
de las tecnologías móviles, responsable de la estandarización de GSM (Global System for
Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) y LTE
(Long Term Evolution), así como de la evolución de los sistemas actuales [21]. Los
servicios asociados con 3G posibilitan la transferencia tanto de voz, como de datos. Los
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 13
estándares en 3G utilizan CDMA para compartir el espectro entre los usuarios. Aunque
inicialmente se especificó una velocidad de 384 Kbps, la evolución de la tecnología permite
ofrecer al suscriptor velocidades de descarga superiores a 3 Mbps.
El primer estándar de la tercera generación fue UMTS, basado en WCDMA (Wideband
Code Division Multiple Access) y fue publicado en el año 2000 como la evolución de GSM,
GPRS (General Packet Radio Service) y EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)
ofreciendo servicios mejorados de voz y datos, con un ancho de banda de 5 MHz [13].
El Release 5 de 3GPP, creado debido al rápido crecimiento de UMTS, introdujo HSDPA
(High Speed Downlink Packet Access), mejorando la eficiencia espectral para servicio de
datos con mayores velocidades de descarga, permitiendo una mejora de velocidad de
transmisión teórica de hasta 14.4 Mbps pico. En 2005, con el Release 6, surgió HSUPA
(High Speed Uplink Packet Access) que permite una mejora de velocidad de transmisión
teórica de pico de hasta 5.76 Mbps. La combinación de HSUPA y HSDPA se conoce como
HSPA (High Speed Packet Access) [21].
En 2008, saliendo a la luz el Release 7, ocurrieron nuevos avances como HSPA+, el uso de
mayores modulaciones como 64-QAM con soporte para MIMO (Multiple Input Multiple
Output). HSPA+ integra en la estación base un elemento de control RNC (Radio Network
Controller) para reducir la latencia y simplificar la arquitectura de red. De esta forma
HSPA+ puede verse como el enlace que una la tecnología de 3G, HSPA, con la nueva
tecnología de cuarta generación LTE.
3GPP2 continuó la evolución de la tecnología con los sistemas basados en el estándar
CDMA2000, 1x EV-DO (Evolution-Data Optimized) como solución 3G de los operadores
de CDMA. Este primer estándar introduce una red de banda ancha centrada en datos con
tasas por debajo de 2 Mbps en entornos móviles. En las últimas revisiones de la tecnología,
EV-DO Revisión C, se puede conseguir de 30 Mbps a 40 Mbps en el enlace ascendente y
de 70 Mbps a 200 Mbps en el descendente, con un ancho de banda de 20 MHz.
1.3.4 Evolución a Largo Plazo (LTE)
LTE (Long Term Evolution) es el estándar de telefonía móvil para la cuarta generación y
desarrollado bajo especificaciones del 3GPP. Ofrece mayores anchos de banda y elevadas
tasas de transferencia, hasta100 Mbps en descarga y 50 Mbps en subida [22].
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 14
LTE cuenta con una interfaz de radio de gran potencia que emplea tecnología OFDMA para
el enlace descendente y una nueva técnica de modulación para el enlace ascendente
denominada SC-OFDMA (Single-Carrier OFDMA) que no solo mantiene las ventajas de
resistencia al multitrayecto de OFDMA sino que permite reducir los requerimientos de
potencia del terminal del usuario, algo que se considera importante para la construcción de
terminales móviles [23]. Además, gracias al empleo de las técnicas de antena MIMO, las
velocidades pueden alcanzar un máximo de 326.4 Mbps en descarga y 86.4 Mbps en el
enlace ascendente, si se usan arreglos de 4x4 MIMO y modulación 64 QAM [14]. En la
tabla 1.2 se presentan las principales características de la tecnología LTE.
Tabla 1-2 Características de la interfaz de aire de LTE [22].
Características LTE
Plan de acceso multiple OFDMA y SC-FDMA
Frecuencia de re-uso Flexible
Uso de antenas MIMO Si
Ancho de Banda 1.4, 3, 5, 10, 15 ó 20 MHz
Duración de Trama 10 ms
Intervalo de tiempo de
transmisión
1 ms
Modos de operación FDD y TDD
Canales de transporte Compartido
1.3.5 WiMAX y LTE
A continuación se hace un balance entre las tecnologías predecesoras de la 4G (Figura 1.2).
Entre ellas se distingue LTE, la más moderna y avanzada en cuanto a funcionalidades y
capacidades, pero en algunos escenarios compite con soluciones WiMAX.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 15
Figura 1-2 Escenario de evolución de las tecnologías inalámbricas.
3GPP desarrolló los protocolos para conseguir el estándar 4G, LTE, sucesor de UMTS y
HSPA. El objetivo de LTE es conseguir 100 Mbps en el enlace descendente y 50 Mbps en
el ascendente, con alta eficiencia espectral. Para conseguirlo utiliza OFDM/OFDMA,
antenas inteligentes de múltiples entradas y salidas MIMO (multiple input, multiple output),
compartiendo así similitudes con WiMAX [24].
La capacidad de transferencia en WiMAX depende del ancho de banda del canal que se
esté usando. A diferencia de los sistemas 3G, los cuales poseen un canal de ancho de banda
fijo, WiMAX define un canal donde se puede seleccionar el ancho de banda, entre 1.25
MHz y 20 MHz, lo cual permite desarrollos muy flexibles [10]. WiMAX móvil usa TDD
(Time Division Duplex) mientras que HSPA usa FDD (Frequency Division Duplex).
Un elemento diferenciador es el acceso al medio en sentido ascendente de LTE, que emplea
acceso por división en frecuencia con simple portadora (SC-FDMA) optimizada para
ahorrar batería en los dispositivos móviles [16]. WiMAX utiliza OFDMA en ambos
sentidos, menos conveniente en dispositivos móviles por el mayor consumo.
Un elemento adicional a favor de la utilización de WiMAX es que el Ministerio de la
Informática y las Comunicaciones (MIC) de Cuba ha emitido una resolución que autoriza el
empleo de WiMAX móvil en la banda de frecuencia de 2,5 GHz [25], [26]. Además, se han
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 16
realizado y documentado suficientes pruebas de campo con diferentes proveedores de
equipamiento WiMAX y los resultados han sido satisfactorios.
Un aspecto que podría preocupar es la posible obsolescencia de la tecnología en un período
relativamente breve de tiempo. Sin embargo, una simple búsqueda en Internet permitirá
comprobar que en estos momentos se despliegan nuevas redes WiMAX en todo el mundo,
de modo que la tecnología WiMAX sigue en expansión. Además, en entornos rurales
WiMAX tiene un nicho grande de mercado asegurado, por lo que todo indica que hay
vigencia y garantías de equipamiento de esta tecnología por largo tiempo.
Por lo anteriormente expuesto y a pesar de que LTE es una tecnología emergente y que
potencialmente tiene un gran futuro en el mercado internacional, se concluye que el
estándar IEEE 802.16e constituye una solución factible al problema planteado como objeto
de este proyecto.
1.4 Características principales del estándar IEEE 802.16e (WiMAX móvil)
A continuación se exponen las principales características del estándar IEEE 802.16e.
1.4.1 Antecedentes
En el año 1998 el IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineering) crea el grupo
de trabajo 802.16 con el objetivo de desarrollar un estándar que otorgara acceso
inalámbrico de banda ancha para redes MAN (Metropolitan Area Network) y que fuera
capaz de brindar una alternativa a las redes de acceso cableadas existentes. La atención
principal de este grupo se centró en la implementación de un sistema inalámbrico de banda
ancha punto a multipunto utilizando enlaces LOS en la banda de 10 a 66 GHz [27].
En diciembre de 2001, el grupo de trabajo aprueba el estándar original 802.16. Este se basa
en el uso de portadora simple en la capa física y como método de acceso al medio la
multiplexación por división del tiempo (TDM), alcanzando velocidades de hasta 134 Mbps
y brindando un área de cobertura de hasta 50 Km. Esta primera especificación, al estar
basada en enlaces LOS, requería de torres de gran tamaño lo que hacía que la
implementación de esta tecnología tuviera un costo muy elevado haciéndola poco atractiva
a los proveedores .
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 17
Ese mismo año se le otorga el sello WiMAX a esta tecnología por el WiMAX Forum cuyos
dos miembros más representativos fueron Intel y Nokia, con más de 230 miembros, con el
objetivo de promover el estándar y asegurar la interoperabilidad entre los productos de los
diferentes productores [10].
En enero del 2003 fue publicado el estándar 802.16a, el cual introdujo nuevas prestaciones
como soporte para las bandas de 2 a 11 GHz y de esta manera tener la capacidad de
penetrar barreras por tratarse de frecuencias bajas y así ser viable su utilización en
ambientes NLOS. También fueron incluidas modificaciones en la capa MAC para soportar
OFDM y OFDMA. A continuación se listan en la figura 1.3 los estándares IEEE 802.16x
más relevantes.
Figura 1-3 Estándares de WiMAX [28].
En junio del 2004 fue publicado el estándar IEEE 802.16d (WiMAX Fijo), el cual dio
soporte a bandas licenciadas y no licenciadas para la banda de 10 GHz a 66 GHz. Este
requiere de ambientes LOS y para frecuencias menores a 11 GHz soporta ambientes NLOS.
Además permite un área de cobertura de 50 Km y capacidad para trasmitir datos a una
velocidad de 75 Mbps.
En diciembre del 2005, el estándar IEEE 802.16e (WiMAX Móvil) fue aprobado con el
propósito de agregar movilidad a WiMAX. Esta enmienda permite a las MS (Mobile
Station) mantener una conexión con una WMAN mientras se desplazan dentro del área de
cobertura ofrecida por varias BS [29]. La figura 1.4 muestra una comparación entre la
tecnología WiMAX móvil con otras tecnologías de acceso.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 18
Figura 1-4 El Estándar WiMAX móvil.
En el año 2011 fue aprobado el estándar IEEE 802.16m (WiMAX 2), el cual soporta un
extenso rango de aplicaciones y servicios de gran calidad y capacidad sobre IP. Las
características de este estándar se eligieron para asegurar la competitividad con el resto de
las tecnologías emergentes de acceso de radio de cuarta generación, y eliminar los
inconvenientes de los anteriores sistemas WiMAX [28].
Los aspectos más destacados del estándar IEEE 802.16m que provocarán una mejora en el
rendimiento de los sistemas WiMAX son los siguientes[28]:
Soporta velocidades de hasta 350 km/h, gracias a la adaptación al enlace.
Esquemas avanzados de configuración de antenas MIMO con capacidades de flujo
único y multi-flujo para cada usuario.
Menor sobrecarga y mayor eficiencia que se traducirá en un incremento de la
capacidad.
Menores tiempos de latencia.
Mejora del tráfico y del radio de actuación del canal de control, mejora del enlace y
del rendimiento en los extremos de la celda.
Reducción del consumo de potencia del terminal móvil
En la tabla 1.3 aparece un resumen de los estándares WiMAX que han surgido a lo largo de
estos años.
Tabla 1-3 Estándares IEEE 802.16x.
802.16 802.16-2004 802.16e 802.16m
Completado Diciembre 2001 Agosto 2004 Diciembre 2005 Abril 2011
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 19
Espectro 10 – 66 GHz < 11 GHz < 6 GHz Banda con licencia
<6GHz
Línea de vista SI NO NO NO
Tasa de
transmisión
32 – 134 Mbps
en 28 MHz
Hasta 75
Mbps en 20
MHz
Hasta 15 Mbps
en 5 MHz
Hasta 1Gbps
Modulación Single Carrier
QPSK, 16QAM,
64QAM
OFDM 256
sub - Carrier
QPSK,
16QAM,
64QAM
1x Scalable
OFDM
QPSK, 16QAM,
64QAM
1x Scalable OFDM
QPSK, 16QAM,
64QAM
Movilidad Fijo Fijo,
itinerante
Hasta 120 km/h hasta 350 km/h
Ancho de
Banda
20,25 y 28 MHz 1,75 a 20
MHz
1,25 a 20 MHz 5-20 MHz (superior
a 100 MHz con la
técnica de
agregación de
bandas)
1.4.2 Elementos del Sistema
El estándar IEEE 802.16e caracteriza a WiMAX Móvil mediante puntos de referencia
constituidos por interfaces que se nombran desde R1 hasta R6 [30].
En la figura 1.5 se muestran interfaces y elementos que se han incorporado en la estructura
inalámbrica WiMAX para permitir movilidad a la red, ya que el estándar fijo se ocupaba
solamente de la parte de radio. Esta evolución ha transitado hacia un mayor uso de
frecuencias portadoras OFDM, de 256 en el sistema fijo, a 512 y 2048 en el sistema móvil,
en dependencia de la canalización que sería de 5 y 20 MHz respectivamente. WiMAX Fijo
usa modulación OFDM, mientras que WiMAX Móvil trabaja con SOFDMA (scalable
Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), donde este asigna a cada usuario,
subcanales de 48 portadoras, por lo que el sistema se hace más eficiente sobre todo para los
servicios de VoIP, ya que son paquetes pequeños típicamente de 60 bytes.
Para optimizar el uso de los recursos de radio en dependencia del tráfico, se han introducido
formas de selección de frecuencias para organizar los subcanales, denominadas FUSC
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 20
(Fully Used Subcannalization), PUSC (Partial Used Subcannalization) y AMC (Adaptive
Modulation and Coding).
Figura 1-5 Arquitectura de WiMAX Móvil [30].
La atención se centrará en las interfaces de radio R1 y en las de red R3 y R6. En la sección
radio, los elementos son: la radio base BS (Base Station) y el equipo local del cliente CPE
(Customer Premises Equipment).
Los CPE pueden ser terminales fijos o móviles, internos o externos. Usan por lo general el
protocolo SIP (Session Initiation Protocol) para el servicio de VoIP a través de un puerto
RJ11 con un teléfono convencional y permiten asociar por el puerto de datos, una LAN o
un dispositivo IAD (Integrated Access Device). Particularmente en WiMAX Móvil, se
utiliza además una tarjeta en la laptop (PCMCIA) [30].
La radio base BS permite el acceso inalámbrico de banda ancha PMP (Point to Multipoint
Communication), organiza la trama, asigna los recursos de radio de acuerdo a los
requerimientos de ancho de banda, crea los SF (Service Flow) que son bidireccionales en
función de la QoS y asocia los SF a los identificadores de conexión de los terminales CID
en el interfaz R1 y a túneles GRE (Generic Routing Encapsulation) en el interfaz R6 hacia
el controlador de radio bases ASNGW (Access Service Network Gateway).
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 21
El controlador ASNGW es básicamente un enrutador, con múltiples funcionalidades:
intercambio de mensajes con las BS, asignación de direcciones IP, ya que puede trabajar
como servidor DHCP o proxy, cliente AAA (Authentication, Autorization and Account)
para intercambiar con el servidor AAA los perfiles de usuarios, en combinación con las BS
crea los SF. También coopera con otros ASNGW para garantizar el handover, cambio
automático de celdas sin interrumpir la comunicación.
El Servidor AAA es imprescindible para realizar la entrada a la red de acceso de un CPE
mediante los procedimientos de autenticación, autorización al uso de recursos y posible
facturación del servicio.
El Servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) optimiza la utilización de
direcciones IP.
1.4.3 Estructura de la trama
WiMAX Móvil utiliza TDD, que consiste en dividir el tiempo de trama, que es de 5 ms, en
dos partes, una para el tráfico de la red a los clientes (downlink), y otra para el tráfico de los
clientes hacia la red (uplink) (Figura 1.6). Ambas, están separadas por intervalos de tiempo,
denominados "gap" que son: el TTG (Transmit Transmission Gap) entre uplink/downlink y
el RTG (Receive Transmission Gap) entre tramas consecutivas. El objetivo de esta técnica
es garantizar que la propagación llegue hasta el CPE más alejado de la BS, antes de que
éste comience a transmitir, y así evitar interferencias [30].
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 22
Figura 1-6 Estructura de trama de WiMAX Móvil [31].
Partes de la trama:
El preámbulo se transmite en broadcast para sincronizar a todos los CPE. Seguidamente
se transmite un mapa con la definición de los tiempos en que va a recibir y transmitir cada
CPE, y éste debe llegar a todos, de modo que se envía en la modulación más robusta,
QPSK.
El FCH es un encabezado de control de trama, para informar a los CPE sobre los esquemas
de codificación usados en los subcanales y la longitud de los mensajes DL-MAP y UL-
MAP.
A continuación se transmiten los bloques de datos, denominados burst. Cada burst
diferente corresponde a información a entregar a un grupo de CPE con igual tipo de
modulación. El tiempo de duración del burst y la cantidad de subcanales que ocupa
depende del ancho de banda asignado a cada usuario. Estos burst se transmiten utilizando
uno de los tipos de permutaciones o combinaciones de frecuencia configurados en el
sistema FUSC, PUSC o AMC en el sentido de downlink (Figura 1.7).
Figura 1-7 Transmisión de los bloques de datos [32].
En uplink solo se permiten PUSC y AMC. FUSC no se emplea en uplink porque cada CPE
solo va a transmitir a la BS algunos subcanales, de 48 portadoras de datos y no va a
emplear la totalidad de las mismas.
En uplink, el Ranging es el proceso de intercambio de capacidades entre el terminal
WiMAX y la BS para ajustar potencia y realizar las solicitudes de ancho de banda.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 23
El ACK lo constituyen mensajes de realimentación a la BS para la corrección de errores en
el intercambio de mensajes.
El CQICH es la realimentación a la BS del estado del canal.
1.4.4 Arquitectura de las capas del protocolo IEEE 802.16
La estructura de protocolos ilustrada en la figura 1.8 del estándar IEEE 802.16 es casi
idéntica a la del resto de las redes que conforman la familia de estándares IEEE 802.x, pero
el estándar IEEE 802.16 posee más subcapas.
Figura 1-8 Estructura de protocolos de 802.16 [31].
De acuerdo a lo mostrado anteriormente, las capas y subcapas inferiores del protocolo
802.16 son las siguientes:
Capa física
La capa física está dividida en dos subcapas: la dependiente del medio físico y sobre ella la
de convergencia de trasmisión para ocultarle las diferentes tecnologías a la capa de enlace
de datos. Debido a que la fuerza de señal en la banda milimétrica desciende drásticamente
con la distancia a partir de la estación base, la relación señal a ruido también desciende. Por
ésta razón el estándar IEEE 802.16e emplea tres esquemas de modulación y codificación
adaptativa (AMC, Adaptive Modulation and Coding), dependiendo de la distancia entre la
SS y la BS; para suscriptores cercanos se utiliza 64QAM, con 6 bits/baudio; para
suscriptores a distancias medias se utiliza 16 QAM, con 4 bits/baudio y para suscriptores
distantes se utiliza QPSK, con 2 bits/baudio. Otra característica de la capa física es su
capacidad de empaquetar múltiples tramas MAC consecutivas en una sola transmisión
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 24
física. Esta característica mejora la eficiencia espectral al reducir el número de preámbulos
y encabezados de capa física necesarios [33].
WiMAX móvil soporta otras técnicas en la capa física como la tecnología MIMO que
permite obtener ganancia por diversidad, y el uso de antenas inteligentes que mejoran la
eficiencia espectral. Estas últimas emiten un haz muy estrecho que se puede ir “moviendo”,
electrónicamente, para enfocar siempre al receptor, con lo que se evitan las interferencias
entre canales adyacentes y se consume menos potencia al ser un haz más concentrado [24].
Capa MAC
La capa MAC es responsable de controlar y multiplexar varias conexiones sobre el mismo
medio físico. Esta capa es orientada a conexión e identifica una conexión lógica
unidireccional entre la BS y la SS por un CID (Connection Identifier). Los CID‟s para las
conexiones de uplink y downlink son diferentes. El CID puede verse como un
direccionamiento temporal y dinámico, asignado por la BS para identificar una conexión
unidireccional entre las capas MAC y PHY, y se utiliza para el control del tráfico de los
datos. Para asociar ese direccionamiento, la CS (Convergence Sublayer) no debe perder de
vista la asociación entre la dirección destino y el respectivo CID. Las tramas MAC ocupan
un número integral de ranuras de tiempo de la capa física. Cada trama se compone de
subtramas, de las cuales las primeras dos son los mapas descendente y ascendente. Estos
indican lo que hay en cada ranura de tiempo y cuales ranuras de tiempo están libres. La BS
decide simplemente lo que va a poner en cada subtrama. El mapa descendente también
contiene varios parámetros de sistema para informar de nuevas estaciones que entran en
línea, y es muy directo. El canal ascendente es más complicado debido a que hay
suscriptores no coordinados compitiendo por él. Su asignación está estrechamente
relacionada con el aspecto de calidad de servicio [34]. WiMAX móvil posee un control de
QoS en todo el recorrido del enlace y soporta varios servicios y aplicaciones con distintos
requerimientos de QoS, lo cual se muestra en la tabla 1.4.
Tabla 1-4 QoS y aplicaciones de WiMAX [34].
Categoría de QoS Aplicaciones Especificaciones de QoS
UGS (Unsolicited
Grant Service)
VoIP Tolerancia a la latencia
Tolerancia a jitter
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 25
Tasa sostenida máxima
rtPS (Real-Time
Packet Service)
Audio o video
streaming
Prioridad de tráfico
Tolerancia a la latencia
Tasa sostenida máxima
Tasa reservada mínima
ErtSP (Extended Real-
Time Packet Service)
Voz con detección de
actividad
Tasa reservada mínima
Tolerancia a la latencia
Tolerancia a jitter
Prioridad de tráfico
Tasa sostenida máxima
nrtPS (Non-Real-Time
Packet Service)
Protocolo de
transferencia de
archivos (FTP)
Tasa reservada mínima
Tasa sostenida máxima
Prioridad de tráfico
BE (Best-Effort
Service)
Transferencia de datos,
navegación en la red
Tasa sostenida máxima
Prioridad de tráfico
La capa MAC consta de tres subcapas [34]:
Privacy Sublayer, esta subcapa se encarga de la privacidad y seguridad. Maneja
codificación, descodificación y administración de claves.
MAC CPS (MAC Common Part Sublayer), es el núcleo de la capa MAC. Es aquí
donde se encuentran los principales protocolos, como la administración del canal.
Realiza todas las funciones necesarias para el intercambio de datos y el control de la
capa MAC. Una característica no muy común de la subcapa MAC es que, a
diferencia de las subcapas de las otras redes IEEE 802.x, es completamente orientada
a conexión para proporcionar garantías de calidad de servicio.
CS, la función de la subcapa CS es interactuar entre las funciones de la capa MAC y
la capa de red.
1.4.5 Técnicas de modulación empleadas en WiMAX
En las últimas décadas, han aparecido nuevas tecnologías que buscan ocupar un lugar en el
mercado de las comunicaciones de banda ancha. Entre ellas se pueden destacar aquellas que
unen al acceso de banda ancha con la movilidad, piedra angular del presente y del futuro de
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 26
las telecomunicaciones. Para llevar a cabo esto con QoS, WiMAX emplea tecnologías
como:
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
OFDM es una técnica de modulación que utiliza múltiples portadoras ortogonales, cada una
modulada en amplitud y fase para la transmisión de datos. Con la aparición de las redes de
acceso de banda ancha inalámbricas, OFDM se convirtió en una tecnología prometedora ya
que permite lograr altas razones de datos e incrementa la robustez de las comunicaciones
inalámbricas frente al desvanecimiento causado por el multitrayecto [34]. La tecnología
OFDM hace uso de dos herramientas esenciales, la primera es la técnica de modulación de
múltiples portadoras y la segunda, el principio de ortogonalidad.
En la figura 1.9 se muestra la diferencia entre la técnica de múltiples portadoras sin
solapamiento y la técnica de múltiples portadoras utilizando solapamiento. Como se puede
apreciar con esta última se puede salvar cerca del 50% del ancho de banda.
Figura 1-9 Técnicas de múltiples portadoras [34].
(a) Técnica de múltiples portadoras convencional.
(b) Técnica de modulación ortogonal con múltiples portadoras.
En cuanto a la modulación de las subportadoras en un múltiplex OFDM, cada una de ellas
se modula con una información diferente, aunque por facilidad de implementación, el
sistema de modulación suele ser el mismo para todas ellas, como QPSK o QAM.
La tecnología OFDM, permite además, eliminar ISI (Inter Symbol Interference) y reduce la
diafonía (efecto de cruce de líneas) durante la transmisión de la señal, maneja muy bien el
ruido y los cambios de impedancia.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 27
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
OFDMA fue desarrollado para mover la tecnología OFDM de un sistema inalámbrico fijo,
a un sistema con movilidad. Esta tecnología es una técnica de acceso múltiple, en la cual a
cada usuario se le asigna una o más subportadoras, compartiendo así, un mismo ancho de
banda en un intervalo de tiempo dado [35].
Con vistas a crear una trama OFDMA, en el dominio de la frecuencia los símbolos OFDM
modulados son mapeados en subcanales, donde un subcanal es una colección lógica de
subportadoras cuyo número y distribución exacta depende del modo de permutación de
subportadoras utilizado. En OFDM la estructura de símbolo de la trama está conformada
por tres tipos de subportadoras (Figura 1.10) [35]:
Subportadoras de datos, para la transmisión de datos.
Subportadoras pilotos, para propósitos de detección y sincronización.
Subportadoras nulas, usadas para bandas de guarda y portadoras DC (Direct
Current).
Figura 1-10 Estructura del Símbolo de la Trama OFDM [35].
SOFDMA (scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)
La tecnología SOFDMA otorga la flexibilidad necesaria para todo tipo de despliegues y
servicios, permitiendo a los operadores desarrollar redes con capacidades de acuerdo a su
plan de negocios. Esto se logra gracias a que el número de subportadoras y el tamaño de la
FFT (Fast Fourier Transform) dependen del ancho de banda que se utilice. SOFDMA
asigna diferentes subcanales a los diferentes abonados. El rango del ancho de banda
dinámico que provee el SOFDMA es entre 1.25 y 20 MHz.
En la tabla 1.5 se muestra la relación entre el ancho de banda y el tamaño de la FFT,
además de otros parámetros.
Tabla 1-5 Parámetros SOFDMA [32].
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 28
Parámetros valores
Ancho de banda del sistema (MHz) 1.25 5 10 20
Frecuencia de muestreo 1.4 5.6 11.2 22.4
Tamaño de la FFT 128 512 1024 2048
Número de subcanales 2 8 16 32
Espaciamiento entre
subportadoras
10.94 KHz
Tiempo útil del símbolo 91.4 µs
Intervalo de guarda 11.4 µs
Duración de símbolo OFDMA 102.9 µs
Número de símbolos OFDM 48
1.4.6 Control de la movilidad
Entre los principales objetivos que se contemplan y establecen mediante el estándar IEEE
802.16e, son los lineamientos necesarios para agregar movilidad a WiMAX para permitir a
las estaciones móviles (MS) mantener la conexión mientras se desplazan dentro del área de
cobertura ofrecida por varias radio bases (figura 1.11). La base de la movilidad es el
handover [36].
Figura 1-11 Mecanismo de handover.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 29
1.4.6.1 Tipos de Handover (L2)
En el IEEE 802.16e se definen dos tipos de handover genéricos, hard handover y soft
handover: Hard handover, conocido como break-before-make, donde la MS interrumpe su
conexión con la radio base actual antes de establecer un enlace con una nueva radio base,
este es un handover simple.
Soft handover, conocido como make-before-break, donde la MS establece una conexión
con una nueva radio base antes de interrumpir su conexión con la BS actual. La MS puede
tener dos o más enlaces con dos o más radio bases, que le permiten estar en un estado de
soft handover. Es más rápido, sin embargo, también es más complejo. El soft handover se
divide a su vez en dos tipos, el cambio rápido de radio base FBSS (Fast Base Station
Switching) y el traspaso por macro diversidad MDHO (Macro Diversity HandOver) [37].
Fast BS Switching, ofrece cambios rápidos de una BS a otra. El cambio rápido se debe a
que la MS no realiza el proceso de entrada a la red.
Macro Diversity HandOver, la MS transmite simultáneamente a más de una BS.
El estándar sólo define como obligatorio el Hard Handover, el resto son opcionales. El
handover tiene varios retos [37]:
Debe ser lo suficientemente rápido, entre 50 ms y 150 ms.
Debe ser capaz de realizar un proceso seguro mediante cifrado.
Debe incluir soporte para el ahorro de energía con el propósito de extender la
duración de la batería en dispositivos móviles.
Es necesario considerar que el handover sucede tanto en la capa de enlace de datos
(L2) como en la capa de red (L3).
El handover L2 es administrado por WiMAX mediante un mecanismo en la subcapa MAC,
mientras que el handover para L3 se lleva a cabo mediante el uso de Mobile IP. El
procedimiento se puede dividir en dos etapas como se muestra en la tabla 1.6.
Tabla 1-6 Etapas del proceso Handover.
Escanear canal downlink y establecer sincronización con la radio base
Obtener parámetros del Uplink Channel Descriptor (UCD)
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 30
Capa 2 (MAC)
Realizar el ranging
Negociar las capacidades básicas
Autorizar a la MS e intercambiar llaves
Realizar registro
Capa 3 (RED)
Establecer conectividad IP
Establecer hora del día
Transferir parámetros operacionales
Completar la conexión
El mecanismo handover consiste en identificar las radio bases a las que una MS puede
transferir la conexión. Para esto, mediante broadcast una radio bases difunde información
de la topología de red usando mensajes MOB_NBR-ADV (Neighbor Advertisement). Este
mensaje provee información acerca del canal de las radio bases vecinas. Las radio bases
vecinas son aquellas que circundan con la radio base que actualmente provee un enlace. La
información de cada radio base vecina es provista a través de su Downlink Channel
Descriptor (DCD) y Uplink Channel Descriptor (UCD) incluidos dentro del Mapa.
Cada radio base mantiene una tabla con información de cada una de sus radio bases
vecinas, cada una de éstas difunde información a intervalos periódicos acerca de su
topología de red a través de mensajes MOB_NBR-ADV, que van dentro de los DCD y
UCD. El mensaje incluye información del canal para identificar una red y definir las
características de las radio bases potenciales para una MS que busca realizar un handover.
El estándar indica que el valor máximo para este período es de 30 segundos [38].
1.4.6.2 Proceso de escaneo (Scanning)
Escaneo es el proceso mediante el cual una MS realiza un sondeo para obtener las
características de conexión que puede establecer con las radio bases a su alrededor [37]. Un
intervalo de escaneo es el tiempo que dura la MS en examinar las características de las
radio bases vecinas. Una radio base debe asignar intervalos a la MS con el propósito de que
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 31
esta busque y monitoree la capacidad de las radio bases vecinas como destino para un
handover.
1.4.6.3 Proceso de handover (L2)
La MS después del proceso de escaneo, debe analizar la información obtenida de las radio
bases vecinas, para evaluar la posibilidad de un handover. Una vez tomada la decisión de
realizar el handover, que puede ser tomada tanto por la MS como por la radio base, se envía
una solicitud de inicio de handover dependiendo de quien haya realizado la decisión. Una
vez tomada la decisión, la MS se sincroniza con el downlink de la radio base destino usando
la información recibida en un mensaje MOB_NBR-ADV [39].
La MS y la radio base deben realizar el ranging de handover, (para sincronizarse con los
frames y solicitar ajustes de potencia y cambio en los perfiles de downlink), negociar las
capacidades básicas, realizar la fase de asociación y registro, y el reingreso a la red para
obtener conectividad IP. Finalmente terminar las conexiones con la radio base servidora y
eliminar toda la información asociada, tal y como se muestra en la figura 1.12.
Figura 1-12 Proceso de Handover.
1.4.6.4 Handover a nivel de red (L3)
En capa de red L3, la movilidad se divide en 2 ámbitos, entre dos dominios de red distintos
(macromovilidad) y en el mismo dominio de red (micromovilidad).
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 32
La macromovilidad se utiliza para cambiarse entre dos dominios de red. En la
macromovilidad ha dominado una única propuesta llamada Mobile IP (MIP) de la cual hay
versiones mejoradas [34].
La micromovilidad es para un cambio que se realiza dentro de un mismo dominio
administrativo, entre dos subredes. Este escenario es mucho más frecuente, por lo que es
necesario minimizar el impacto de la señalización. A diferencia de la macromovilidad, la
micromovilidad tiene distintas soluciones: MIP-RR (MIP-Regional Registration), HMIP
(Hierarchical MIP), CIP (Cellular IP) y HAWAII.
1.4.7 Manejo de la potencia
WiMAX móvil tiene dos tipos de modo de operación para las estaciones móviles para así
tener un manejo eficiente de la potencia, el modo dormido y el modo reposo (Idle).
En el estado de modo dormido, la MS negocia períodos de ausencia con la radio base
servidora en los que no consumirá recursos ni de uplink ni de downlink. Esto además de
minimizar el uso de energía, reduce el uso de recursos de la interfaz aérea en la radio base.
Durante este período la radio base conserva los recursos de la MS, los paquetes destinados
a ésta son almacenados en un buffer hasta que finaliza el sleep mode [5].
El modo Idle provee un mecanismo a la MS que le permita estar periódicamente disponible
para recibir mensajes sin tener que registrarse en una radio base específica, al tiempo que la
MS se mueve a través de una zona con varias radio bases. Este modo beneficia la MS, ya
que elimina el requerimiento del handover y beneficia la red y la radio base, mediante la
eliminación de la interfaz de aire y el tráfico de handover para la MS que está
prácticamente inactiva, mientras la MS conserva un mecanismo para alertarse del tráfico
downlink entrante .
1.4.8 Antenas inteligentes
WiMAX Móvil soporta antenas inteligentes (Smart Antenna), los cuales son arreglos de
antenas que usan un algoritmo para procesar señales. Este sistema tiene múltiples
prestaciones, entre las que se incluyen [2]:
Beamforming, permite la mayor direccionalidad de la potencia de las antenas, lo
cual aumenta la cobertura y capacidad del sistema.
CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA WiMAX 33
Código de espacio – tiempo, reduce el margen de desvanecimiento.
Multiplexación espacial, proporciona ventajas para mayores tasas de transferencia.
Mediante la multiplexación espacial se puede transmitir y recibir múltiples señales
mediante varias antenas. Ejemplo, con MIMO 2x2 (arreglo de antenas, dos
transmiten y dos reciben) se puede aumentar la tasa transmitiendo 2 señales de
datos.
1.4.9 Seguridad
Los sistemas WiMAX fueron diseñados desde el principio con una robusta seguridad. El
estándar incluye los métodos de avanzada tecnología para garantizar la privacidad de los
datos del usuario y prevenir el acceso no autorizado, con optimización adicional de
protocolo para la movilidad. La seguridad es manejada por una subcapa privada dentro de
la MAC de WiMAX [13].
1.5 Conclusiones parciales
En este capítulo se realizó un estudio del estado del arte las redes de acceso inalámbrico
móviles y de la tecnología WiMAX, haciendo énfasis en las características principales y
mejoras del estándar IEEE 802.16e para permitir comunicaciones punto-multipunto sin
línea de vista.
El realce del rendimiento de la capa física del estándar IEEE 802.16e se logra con el
empleo de las técnicas OFDM, OFDMA, SOFDMA, codificación y modulación
adaptativas, sistemas de antenas avanzados y con el uso de los mecanismos de corrección
de errores Híbrido-ARQ.
Se considera que de las tecnologías inalámbricas estudiadas, el mejor desempeño lo tiene el
estándar IEEE 802.16e referidos a la problemática planteada en la tesis, al poseer la mejor
relación costo-beneficio.
34
CAPÍTULO 2. Estado actual de la UCLV.
En el presente capítulo se describe la estructura de la red UCLV. Se abordan sus principales
características, y servicios que ofrecidos por dicha red. Seguido se exponen los problemas
actuales existentes en la red UCLV y se hace una selección de las tecnologías candidatas a
utilizar para combinarla con la red WiMAX a implementar. Finalmente se describen los
aspectos teóricos del modelo de propagación empleado en el diseño de la red WiMAX.
2.1 Estructura de la red UCLV
La Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, está ubicada en la Carretera a
Camajuaní, Km. 5 ½ , Municipio Santa Clara, Provincia de Villa Clara. Ella cuenta con un
área de 2 247 519,67 m² (224,75 ha) de superficie total.
La UCLV abrió su primer curso académico el 30 de noviembre de 1952. Cuenta con
alrededor de 2000 profesores, otros 1100 trabajadores, más de 6000 alumnos que cursan
estudios en 13 facultades en el interior del campus UCLV, y otros en sedes municipales.
En el campus universitario existen un total de 143 objetos de obras, los cuales se agrupan
según su función (Tabla 2.1).
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 35
Tabla 2-1 Instalaciones en el campus UCLV.
Edificaciones Cantidad de objetos de obras
Residencias Estudiantiles 11
Facultades 7
Centro de Información Científico Técnica 1
Centros de Investigaciones 40
Comedores 3
Instalaciones Hoteleras 5
Casas de visitas 2
Residencias de trabajadores 3
Instalaciones socio administrativas 5
Instalaciones recreativas 7
Instalaciones de servicios generales 59
Total de instalaciones 143
En el año 1998 se construyó la red de la UCLV a base de fibra óptica multimodo de 62.5
micras con topología de estrella y centro ubicado en el local conocido como “La Puerta”,
quedando conectadas las 10 áreas fundamentales de la parte central del campus
universitario. Dos años después se realizó la primera expansión de la red adicionando 6
nuevas áreas. Otras pequeñas expansiones se han realizado financiadas por el proyecto de
cooperación entre la UCLV y el VLIR (Vlaamse Interuniversitaire Raad) de las
Universidades Flamencas de Bélgica vigente desde el año 2003 [3].
En el año 2002 se centralizaron todas las cuentas de usuarios en un dominio de Windows
2000 y su arquitectura de Directorio Activo, esto posibilitó una mejor organización y
aprovechamiento de los recursos y un incremento notable en la calidad del funcionamiento
de la red [3].
La red UCLV actualmente se encuentra interconectada a 170 servidores profesionales y a
3190 computadoras de 13 facultades, 4 centros de investigación, 13 Sedes Universitarias
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 36
Municipales y un Colegio de Formación Básica. Presta servicio aproximadamente a 10 000
usuarios entre estudiantes y profesores (Tabla 2.2).
Tabla 2-2 Población y cantidad de PC en La UCLV [40].
Total
PC
Del Total, PC dedicadas a: Del Total, PC conectadas a:
Estud. Trab. Profesores Gestión Otros Red INTRANET Red Nacional INTERNET
3190 1053 959 573 605 2248 2248 2248 1313
En el nodo "la puerta" existe un switch Allied Telesyn modelo Rapier 24i capa 2 al que se
conecta todos los enlaces externos (Internet, sedes universitarios municipales, acceso RAS
y la red del Ministerio de Educación Superior MES) [4]. Las conexiones hacia el exterior
de la UCLV pasan a través de un router CISCO 2800, y mediante modems HDSL, usando
el protocolo Frame Relay, hasta el primer nodo de la red de ETECSA (Empresa de
Telecomunicaciones de Cuba) existente en el área de la Universidad. En ese punto se
enlaza por fibra óptica con el nodo provincial de ETECSA de Villa Clara a través de la red
de transmisión SDH (Synchronous Digital Hierarchy) (Figura 2.1).
Figura 2-1 Nodo de la puerta.
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 37
En la tabla 2.3 se muestra la distribución de los enlaces hacia el exterior:
Tabla 2-3 Enlaces de la UCLV hacia el exterior.
Enlace Ancho de Banda
Internet + Sedes Universitarios Municipales (15) 2 Mbps
Instituto de Biotecnología de las Plantas 128 Kbps
Laboratorio de periodismo Fac. de Humanidades 128 Kbps
Red nacional (universidades cubanas) 12 Mbps
Servicio de acceso remoto (RAS) 2 Mbps
2.1.1 Backbone UCLV
El backbone es la ruta principal por donde se transporta la información y se conectan los
centros de cableado. Comprende todo el cableado de fibra óptica entre armarios de
telecomunicaciones, cuartos de equipos, instalaciones de entrada y edificios. El backbone
de distribución de la UCLV está constituido por un sistema de cableado de fibra óptica
multimodo (62.5/125 μm), monomodo (9/125 μm) y pares de cable UTP, los cuales
interconectan a la totalidad de las facultades del campus universitario [2].
La red UCLV cuenta, además con 2 anillos de fibra óptica (Figura 2.2), de este modo se
garantiza la redundancia de la red, y para éste propósito también se utilizan 11 puntos de
acceso WiFi Outdoor.
Figura 2-2 El backbone de la red UCLV [41].
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 38
La estructura del backbone está sustentada en una topología física en estrella con tres
niveles jerárquicos [4].
El primer nivel se encuentra en el nodo principal de conmutación de la red
ubicada en “La Puerta”, donde existe un patch-panel que conecta todos los pares de
hilos de fibra óptica que se difunden por la universidad.
El segundo nivel está representado en el Centro de Estudios de la Informática
(CEI), en el Edificio Administrativo (U4) y en el nodo ubicado en el edificio de
Ciencias Sociales y Humanísticas (CSH). En el CEI se deriva el cableado de fibra
óptica hacia las Facultades de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Química y Farmacia,
Ingeniería Eléctrica y Ciencias Empresariales. En el edificio CSH se deriva el
cableado hacia el Centro de Documentación e Información Científico Técnica
(CDICT), mientras que en el U4, se deriva hacia el Rectorado y la Facultad de
Construcciones (FC).
El tercer nivel se encuentra en la Facultad de Construcciones, desde donde se
deriva el cableado de fibra óptica hacia la Facultad de Ciencias Agropecuarias
(FCA).
El Backbone de la red UCLV interconecta los siguientes 12 nodos principales:
1- Grupo de Redes (GRU).
2- Facultad de Mecánica (FIM).
3- Facultad de Química y Farmacia (QF).
4- Centro de Documentación e Información Científico Técnica (CDICT).
5- Facultad de Eléctrica (FIE).
6- Edificio Administrativo-Rectorado (U4 - Rectorado).
7- Facultad de Matemática, Física y Computación (MFC).
8- Centro de Estudios de la Informática (CEI).
9- Edificio Ciencias Sociales y Humanísticas (CSH).
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 39
10- Facultad de Construcciones (FC).
11- Facultad de Ciencias Agropecuarias (FCA).
12- Facultad de Ciencias Empresariales (FCE).
Para monitorear el equipamiento y los servicios, la red UCLV cuenta con el software
Nagios, el cual usa el protocolo de red SNMP (Single Network Management Protocol).
Nagios es un sistema de monitorización de equipos y de servicios de red, creado para
ayudar a los administradores a tener siempre el control de qué está pasando en la red que
administran y conocer los problemas que ocurren en la red antes de que los usuarios de la
misma los perciban [42].
En la figura 2.3 se muestra una imagen producida por el software Nagios, en el cual se
refleja el estado de conexión de los equipos de la red de la UCLV.
Figura 2-3 Software de monitoreo usado por la UCLV.
Para garantizar la seguridad de la red y utilizar racionalmente el ancho de banda se incluyen
funcionalidades de filtrado de paquetes y se ofrece QoS priorizando unas VLANs respecto
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 40
a otras. Con las redes IPv4 coexisten redes IPv6. Como protocolos de ruteo internos se
utiliza OSPFv2 (Open Shortest Path First version 2), además la universidad ofrece soporte
para redes inalámbricas a través de WiFi [4].
2.1.2 WiFi de la UCLV
Desde que la red UCLV fue diseñada quedaron algunos lugares importantes que no se
incluyeron en la estructura cableada, debido principalmente a limitaciones económicas. Con
el paso del tiempo fue aumentando la necesidad de que estos lugares quedaran
definitivamente unidos a la red UCLV, y aprovechando el avance que presentan las redes
inalámbricas de área local y las ventajas que ofrecen frente a una red con cables, se decidió
adoptar las WLAN para dar solución al problema de la conexión de estos lugares y de esta
manera contribuir al completamiento de la red universitaria. Un ejemplo de ello, es el
enlace inalámbrico con el jardín botánico. Este reto se asumió teniendo en cuenta el apoyo
que tiene la UCLV con el Proyecto VLIR que se encargaron del financiamiento. Además, la
UCLV emplea la tecnología inalámbrica en todo su campus universitario como método de
respaldo ante cualquier situación de contingencia [41].
Existen diversos puntos de acceso distribuidos por todo el campus universitario, que en su
mayoría están conectados a switches administrables que tienen una VLAN aparte para el
WiFi-UCLV y se conectan a un portal administrado por web donde se han registrado todas
las MAC de los APs y de los equipos portátiles de toda la UCLV (incluidos laptops, tablets,
teléfonos celulares con WiFi). El portal web está conectado a un servidor RADIUS sobre
Windows para garantizar la autenticación de los usuarios. En él están registrados alrededor
de 1000 usuarios. El sistema WiFi utiliza el protocolo WAP 2 para garantizar seguridad. En
la figura 2.4 se muestra un resumen de la distribución de la red inalámbrica y su cobertura
en toda la zona UCLV, donde se puede apreciar la existencia de zonas de silencio.
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 41
Figura 2-4 Cobertura de la red WiFi de la UCLV.
2.2 Servicios más utilizados en la UCLV
La Red UCLV presta varios servicios, entre los cuales se destacan los servicios
DNS, Internet, Correo Electrónico, VoIP y Videoconferencia.
DNS: El servicio de nombres de dominios DNS (Domain Name Service), es el servicio de
internet que traduce los nombres de los dominios en direcciones IP.
Internet: Para acceder a este servicio los usuarios de la UCLV deben solicitar la página
que desee a un proxy, este validará las credenciales y de ser las correctas se le permitirá el
acceso a internet.
A través de un enlace frame relay utilizando modem HDSL (2 Mbps) se conecta la UCLV
con las sedes municipales e internet, este último con un CIR (Razón de Información
Acordado) de 1 Mbps, que es el ancho de banda asignado por el MES para la UCLV. En
presencia de poco tráfico con las sedes municipales, se puede disponer de mayor ancho de
banda para internet hasta completar la capacidad máxima del enlace (2 Mbps).
Correo Electrónico: En la UCLV hay dos grupos de servidores: el primero está formado
por 3 servidores que le dan servicio a los usuarios dentro de la universidad y el segundo
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 42
grupo está formado por 2 servidores que se encargan de encaminar y recibir los correos
hacia el exterior.
VoIP: Un servidor ubicado en la Puerta permite las comunicaciones de VoIP en el interior
del campus y de entrada hacia la UCLV. Este servidor sirve de Gateway y tiene una tarjeta
con entrada para 4 líneas telefónicas analógicas, de modo que puede sostener hasta 4
conversaciones simultáneas, haciendo la traducción de paquetes a circuitos y viceversa.
La UCLV cuenta con un servidor Asterix que atiende el servicio de buzón de voz, el cual
permite a los usuarios recibir mensajes de forma individual.
Videoconferencia: Éste servicio está montado sobre un servidor open meeting que actúa
como puente de videoconferencia o MCU (MultiConference Unit), procesando las
señalizaciones de los participantes, mezclando audio y video. Como el ancho de banda de
Internet está limitado a 2 Mbps, con un CIR de 1 Mbps, se requiere detener el resto de los
servicios para ejecutar una videoconferencia por Internet, y disponer de todo el ancho de
banda. Este servicio se comporta satisfactoriamente cuando las mismas se realizan a nivel
nacional con las otras universidades.
2.3 Problemas actuales en la Red UCLV
La red UCLV a pesar de sus infraestructuras cableada e inalámbrica presenta algunas
dificultades que afectan cobertura, movilidad, QoS y desempeño de la red. Por criterios de
los especialistas de la dirección de informatización en la UCLV se pudo determinar que los
problemas que más afectan a la red de la UCLV son:
Falta de completamiento del equipamiento de conectividad hacia el interior del
campus universitario: por ejemplo, switches, paneles de interconexión, cableado
estructurado, tomas de telecomunicaciones y estaciones de trabajo. La incidencia del
problema se acentúa con el crecimiento de personal cada año que pasa.
Insuficiencia del servicio telefónico en el interior del campus universitario, limitado
por la cantidad de extensiones de la pizarra telefónica.
Cobertura limitada de la red WiFi de la universidad, pese que todas las áreas del
campus cuentan con los equipos APs, en algunas la cobertura no es suficiente.
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 43
Escasez de movilidad porque al perder la cobertura de los puntos WiFi existentes,
ciertas aplicaciones se cierran y necesitan reconexión, lo que resulta trabajoso porque
hay que autenticarse nuevamente.
Escaso ancho de banda para la conexión a internet, actualmente es de 1 Mbps para
toda la universidad dificultando la navegación a los usuarios de la red UCLV.
Deficiencias en el sistema de tierra de la UCLV, debido a que existen áreas que no
están conectadas a este sistema y carecen del conector de tierra.
2.4 Tecnologías complementarias de transmisión
Se requiere de una tecnología complementaria para transportar la señal desde la red UCLV
hasta a la red nacional de telecomunicaciones. Esto puede ser realizado mediante una red
SDH, xDSL o fibra óptica. Para la selección de una de ellas hay que tener en consideración
los costos asociados a su despliegue, la vida útil de la tecnología en relación a la provisión
que suministra el proveedor en cuanto a soporte técnico, piezas de repuesto, y la capacidad
de gestión de dicho equipamiento por parte del encargado de esa sección de red, ya sea el
proveedor de servicios de conectividad o el cliente final, en este caso la universidad.
Para realizar el análisis se parte de dos premisas básicas en la interconexión de la UCLV a
la red nacional de telecomunicaciones:
1. Los anchos de banda requeridos para cubrir la demanda actual y futura de servicios.
2. La conectividad existente y la posibilidad de modificación por una tecnología con
costo – beneficio razonable.
Para ello se evaluaron varias tecnologías candidatas:
Tecnologías xDSL:
Se dispone actualmente de enlaces HDSL para cubrir una distancia de menos de 1 km.
Aunque hay varios enlaces, el ancho de banda disponible es independiente, y no se puede
utilizar la posibilidad de ¨bonding¨ que es la unión de varios enlaces en uno solo. Para ello
se requieren de tarjetas multiplexoras. Por otro lado, se estima que los tráficos para cubrir la
demanda sean altos, por lo que varios modems DSL sobre el mismo cable puede causar
interferencia mutua y disminuir el ancho de banda efectivo. La estabilidad de estos sistemas
depende del buen estado de los pares de cobre, que frecuentemente se afectan por la lluvia,
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 44
disminuyendo la confiabilidad de los enlaces. Por tales razones, se descartan las tecnologías
xDSL para el transporte de señales desde la Universidad hacia el primer nodo de la red de
ETECSA.
Tecnología SDH:
Es una alternativa a tener en cuenta pero en este escenario se requiere de la instalación de
una nueva fibra óptica y de equipos terminales, que resultan costosos y los de menor
jerarquía ofrecen un ancho de banda de solo 155 Mbps, lo cual según análisis preliminares
de tráfico, resulta insuficiente. Desde el punto de vista económico al revisar los precios, no
resulta adecuado.
Tecnologías de Redes Ópticas Pasivas PON:
Las redes ópticas pasivas en su constante y rápida evolución ofrecen una buena relación
costo-beneficio, anchos de banda y velocidades muy altas. Permiten además la
personalización de la solución al escenario de trabajo. Considerando que existen diferentes
miembros en la familia PON, se centra la atención en GPON porque tiene un ciclo de vida
útil de 10 años, es la que más se comercializa actualmente en el mercado, ofrece tráfico
tanto asimétrico como simétrico, de hasta 2,5 Gbps y tiene pocos componentes en su
estructura interna, facilita un despliegue rápido y relativamente económico. Solo se necesita
un OLT (Optical Line Terminal), ONTs (Optical Networking Terminal) y splitters,
distribuidos, conjuntamente con la fibra a desplegar (Figura 2.5). Como la fibra ha de estar
enterrada, hay mayor protección ante eventos climatológicos. Esta es la razón por la que se
prefiere utilizar GPON para transportar señales de la red WiMAX.
Figura 2-5 Elementos básicos de una red óptica pasiva.
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 45
A continuación se ofrecen ciertos detalles sobre la tecnología GPON para mejorar la
comprensión de su estructura.
2.4.1 Características distintivas de la tecnología GPON
GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones UIT-T G.984.x. Ofrece una
estructura de trama escalable de 622 Mbps hasta 2.5 Gbps, así como soporte de tasas de bit
asimétricas. La velocidad más utilizada por los actuales suministradores de equipos GPON
es de 2.488 Gbps en downlink y de 1.244 Gbps en uplink. Sobre ciertas configuraciones se
pueden proporcionar hasta 100 Mbps por abonado [18].
El método de encapsulación que emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method)
que permite soportar cualquier tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un
protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 µs [18].
La red de GPON consta de un OLT (Optical Line Terminal), ubicado en las dependencias
del operador, y las ONT (Optical Networking Terminal) colocadas en las dependencias de
los abonados para FTTH (Fiber to the Home). La OLT consta de varios puertos de línea
GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT.
Para conectar la OLT con la ONT con datos, se emplea un cable de fibra óptica para
transportar una longitud de onda downlink mediante un pequeño divisor pasivo (splitter).
Puede haber una serie de divisores pasivos 1 x n (donde n= 2, 4, 8, 16, 32, o 64) en distintos
emplazamientos hasta alcanzar los clientes. Esto es una arquitectura punto a multipunto,
algunas veces descrita como una topología en árbol.
2.4.2 Splitters
Los splitters ópticos pasivos son los elementos de la red que permiten la conexión punto a
multipunto y que permiten que las señales ópticas de una fibra puedan ser distribuidas a
varias fibras (Figura 2.6). Una sola fibra conectada al terminal óptico del lado central, es
decir el OLT, puede distribuirse y conectar típicamente hasta 64 equipos de red, ONT,
diferentes dependiendo de la tecnología PON utilizada [2].
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 46
Figura 2-6 Splitters ópticos [2].
2.5 Selección del equipamiento
Las pruebas de campo realizadas por ETECSA han involucrado equipamiento WiMAX de
diversos fabricantes. El objetivo ha sido evaluar el desempeño de la tecnología, así como su
comportamiento en el clima y las condiciones de comunicaciones típicas del país,
escogiendo al fabricante cuyo producto se adecue más a las características del país. En este
sentido se han efectuado diversas mediciones y pruebas, y aunque los resultados han sido
similarmente satisfactorios para las firmas involucradas, en el presente trabajo se ha
escogido el equipamiento Huawei por proveer una información técnica más completa, lo
que favorece el desarrollo de este estudio y la obtención de datos más confiables.
Se trata de las radio bases DBS3900 que cumple con el estándar IEEE 802.16e y que
permiten la migración a LTE gracias a la tecnología SDR (Software Defined by Radio).
Dentro de los dispositivos de usuario se destaca la serie EchoLife, tanto exterior (outdoor)
como interior (indoor). En los Anexos A y B se exponen las principales características de la
estación Base DBS3900 y del dispositivo CPE WiMAX.
En el caso de GPON se propone el equipamiento de ZTE. Para los equipos OLT se propone
el ZTX C300, mientras que para los equipos ONT se propone el ZTX 9806H.
2.6 Modelo de Propagación para WiMAX
A pesar del gran número de modelos que existe para caracterizar las pérdidas por
propagación en comunicaciones inalámbricas, el grupo de la IEEE 802.16 desarrolló un
modelo para las pérdidas por propagación, el Erceg-Greenstein. Este modelo está basado
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 47
en medidas experimentales y toma el nombre de Modelo SUI. Fue desarrollado para
frecuencias menores a 11 GHz. Definido para la banda de frecuencia de los sistemas
Multipoint Microwave Distribution System (MMDS) en USA, para una banda de
frecuencias de 2.5 a 2.7 GHz. Su aplicación para la banda de 3.5GHz no ha sido claramente
establecida [43].
El modelo de SUI se puede categorizar por tres tipos de terrenos distintos llamados A, B y
C (rural, suburbano y urbano). „A‟ está asociado a grandes pérdidas de propagación y es
generalmente utilizado para terrenos montañosos con grandes densidades de follaje. El
terreno tipo C implica unas pérdidas de propagación bajas o mínimas y se aplica en terrenos
llanos con poca densidad de árboles y grandes claros. El terreno tipo B se caracteriza por
mantenerse en un punto intermedio entre los anteriores; puede contener un conjunto de
características típicas de A y C.
La ecuación del modelo Erceg viene dada por [43]:
(
)
Esta ecuación refleja las pérdidas de trayecto en dependencia de la altura promedio de la
antena de la radio base (10m y 80m) y del tipo de terreno.
Donde:
= 100 m (distancia de referencia del modelo).
d: Distancia entre el transmisor y el receptor (Km).
: Pérdidas de trayecto medias (dB).
: Pérdida de trayecto instantánea (dB).
A: Pérdidas de trayecto en espacio libre (dB) a la distancia d0.
S: Desvanecimiento por sombras (dB).
α: Exponente de pérdidas de trayecto.
Donde α viene dada por la expresión:
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 48
(
)
Donde sería la altura de la estación base.
Para generalizar los resultados obtenidos de las pruebas y ajustarlos a diferentes
condiciones de alturas, directividad de las antenas receptoras y a frecuencias de trabajo
mayores, se agregaron tres factores de corrección para , para el mismo rango de distancia
y altura del transmisor que el modelo patrón:
(
) [ ]
Donde:
: Corrección para la frecuencia.
: Corrección para la altura de la antena receptora.
: Corrección para la directividad de la antena receptora.
Y están dados por:
(
) [ ]
(
) [ ]
(
) [ ]
(
) [ (
)]
[ ]
Donde:
: Frecuencia [MHz] de 1900 MHz a 3500 MHz.
: Altura de las antenas receptoras [m] de 2 m a 10 m.
: Semi-ángulo de media potencia.
CAPÍTULO 2. ESTADO ACTUAL DE LA UCLV 49
El término es utilizado por determinados autores, el resto no lo toman en
cuenta, aunque es de destacar que el uso de una antena de un = 20° puede ser
significativo y alcanzar un de 7dB aproximadamente.
2.7 Conclusiones parciales
En este capítulo se describió la estructura de la red UCLV. Se abordaron sus principales
características, y los servicios que se ofrecen por dicha red. Se expusieron los problemas
actuales existentes en la red UCLV. Se seleccionó GPON como tecnología complementaria
con el fin de transportar la señal WiMAX a la red nacional de telecomunicaciones.
Finalmente se describieron aspectos teóricos del modelo de propagación empleado en el
diseño de la red WiMAX.
50
CAPÍTULO 3. Diseño de la red WiMAX Móvil para la UCLV
En este capítulo se presenta el diseño de una red de telecomunicaciones utilizando el
estándar IEEE 802.16e "WiMAX móvil", que coexista con la red existente en la
Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas.
Primeramente se exponen las consideraciones que se tuvieron en cuenta para el desarrollo
del diseño propuesto. Seguido, se realiza el diseño de la red WiMAX, así como de la
tecnología complementaria a utilizar. También se efectúa un estudio de tráfico para
determinar la cantidad adecuada de radio bases para el despliegue de la red. Además se
hace una predicción de la cobertura con ayuda del software de planificación de radio Atoll
8.2.0, y una simulación del proceso de handover para comprobar la movilidad en la red
propuesta, utilizando el software Opnet Modeler 14.5. Finalmente se realiza un análisis
económico de la propuesta realizada.
3.1 Consideraciones para el diseño de la red WiMAX móvil
Para la arquitectura de red propuesta, se ha tomado en consideración la infraestructura
actual de la telecomunicación con la que cuenta la Universidad, detallada en el segundo
capítulo de este informe. Además, se toman en cuenta las siguientes características:
Geografía del lugar: El campus universitario se encuentra en una zona suburbana de
terreno llano y vegetación profusa de poca altura. Esta característica permite utilizar
sistemas WiMAX con scheduling proportional fair, para garantizar la máxima
eficiencia en presencia de variación de las condiciones de transmisión.
Distribución de usuarios en función del tráfico de voz y de datos: Los usuarios
están concentrados en las facultades, las cuales están distantes alrededor de medio km
unas de otras. Esto permite la selección de puntos de mayor altura en la parte superior
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 51
de los edificios para la ubicación de antenas omnidireccionales soportadas por
mástiles ligeros. Las alturas típicas de los edificios en la universidad son inferiores a
los 20 metros.
Movilidad de usuarios en el interior del campus universitario: La velocidad
máxima con el cual se mueven los usuarios dentro del campus universitario es de 30
km/h. Este valor será tomado como referencia para realizar el ejercicio de simulación.
Banda de frecuencias: Se utilizarán las bandas de frecuencia asignada por el
Ministerio de Informática y Comunicaciones de Cuba destinadas al despliegue de
redes WiMAX móvil, en la banda de 2.5 GHz con dos juegos y tres frecuencias
centrales separadas a 10 MHz.
3.2 Ubicación de las radio bases
Los lugares para la instalación de las radio bases deben cumplir los siguientes requisitos:
Lograr los objetivos propuestos en materia de cobertura, es decir, permitir
comunicación en todo el campus universitario.
El lugar debe contar con las siguientes condiciones para poder realizar el montaje de
una radio base: suelo firme que permita la instalación de mástiles o torres auto-
soportadas, área libre de vegetación elevada, etc.
Estar ubicada cerca de una instalación de cables de fibra óptica o preferentemente con
línea de vista a otra estación superior para el transporte de la comunicación.
Tener una vía de acceso cerca, al menos a una distancia prudencial que permita su
instalación y posterior operación técnica.
Estar ubicada cerca de instalaciones de energía eléctrica para su alimentación.
No tener cerca fuentes de interferencias radioeléctricas.
3.3 Distribución y reuso de frecuencias
El Ministerio de Informática y Comunicaciones de Cuba aprobó dos juegos de frecuencias
para el despliegue de redes inalámbricas de banda ancha en Cuba. Estos son:
F1 2565, 2575, 2585 MHz
F2 2595, 2605, 2615 MHz
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 52
Por las características del campus UCLV antes mencionadas, se escoge en esta propuesta
una radiación omnidireccional para disponer de la capacidad total de tráfico en cada radio
base con un pequeño radio, y transmitir con baja potencia, entre 14 dBm y 21 dBm,
evitando interferencias a la celda contigua, y considerando la poca distancia que existirá
entre las radio bases. Por tal motivo, no habrá que hacer reuso de frecuencias, de modo que
se puede utilizar en cada radio base una frecuencia central consecutiva. En un futuro, si
fuese necesario realizar sectorización, debe utilizarse el esquema propuesto de 2x6x3
(Figura 3.1).
Figura 3-1 Patrón de reuso de frecuencias a utilizar en caso de expansión futura.
3.4 Diseño de la red WiMAX
El diseño de la red comprende varios aspectos entre los que se encuentran: capacidad de la
celda, número de usuarios que se puede atender por una radio base en dependencia del tipo
de servicio, cantidad de radio bases y su ubicación, cobertura y cantidad de CPE, entre
otras.
3.4.1 Cálculo de tráfico
Con tecnología WiMAX 802.16e de Huawei, utilizando la radio base DBS3900
seleccionada para el despliegue de la red WiMAX móvil (Anexo B), se puede atender como
máximo a 540 abonados para servicios de VoIP radiando omnidireccionalmente.
Considerando que estos abonados cursan un tráfico con un grado de servicio de 0,15
Erlang/abonado, semejante al de la red pública de conmutación telefónica PSTN (Public
Switch Telephone Network), el tráfico total generado es:
540 abonados * 0,15 Erlang/abonado = 81 Erlang
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 53
Este es el valor máximo de tráfico que puede atender la radio base para el servicio de VoIP.
Considerando que las llamadas de VoIP utilizarán codificación G.729 con un factor de
compresión de la voz de 8 kbps por tener la mejor relación ancho de banda/calidad, y una
razón de pérdidas de 1 llamada de cada 100, se calcula el ancho de banda necesario para
transmitir las llamadas de VoIP, con la ayuda de la calculadora de Erlang B para los 81
Erlang de tráfico. En la figura 3.2 se muestra el ancho de banda necesario (2328 kbps), y la
cantidad de circuitos que permiten evacuar los 81 Erlang (97 circuitos).
Figura 3-2 Calculadora de Erlang para llamadas de VoIP.
Pero este ancho de banda considera solo el paquete IP que hay que transportar. Para la capa
de enlace resulta razonable utilizar 16 kbps por paquete. Este valor se ha comprobado con
la realización de mediciones prácticas en la red de Cuba.
Este valor se multiplica por el número de circuitos, y dará como resultado el ancho de
banda que será utilizado para el tráfico de VoIP en la capa de enlace:
16 kbps * 97 circuitos = 1552 kbps
El ancho de banda total para el tráfico de VoIP sería:
1552 kbps + 2328 kbps = 3880 kbps ≈ 4 Mbps
Para calcular la máxima cantidad de usuarios con servicio de datos que atiende una radio
base para el enlace descendente. Se tiene que restar del ancho de banda máximo ofrecido
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 54
por esta que es de 90 Mbps (Anexo B), el ancho de banda ocupado por la VoIP que es de 4
Mbps, por tanto se dispone de 86 Mbps. Si se divide entre 256 Kbps, valor establecido en la
reunión del Grupo de Expertos de Telecomunicaciones de la ITU (International
Telecommunication Union) en marzo del 2010, como la tasa mínima de transferencia para
considerar un abonado de banda ancha, tanto para redes fijas cableadas como fijas y
móviles inalámbrica [6], se obtiene:
86,000 kbps / 256 Kbps = 336 usuarios
Considerando un factor de simultaneidad de conexión, que típicamente es de 60% (0.6),
valor de referencia tomado de experiencias de operadores de telecomunicaciones
internacionales de países como Italia, China y Argentina, se tiene finalmente el número de
usuarios que disfrutarán del servicio de datos.
336 usuarios / 0,6 = 560 usuarios.
Como resultado se obtiene que la radio base puede atender hasta 540 abonados con servicio
de VoIP y 560 usuarios con servicio de datos.
Para determinar la cantidad de radio bases se tomaron en cuenta las siguientes
consideraciones:
1- Debido a que los usuarios se encuentran concentrados uniformemente en las
facultades, se necesita que el patrón de radiación tenga un radio mínimo para
evacuar el tráfico de los abonados.
2- Analizando la topología del terreno y la densidad de usuarios, se requiere que los
niveles de potencia sean mínimos para cubrir el radio de la celda.
Tomando en cuenta las consideraciones anteriormente mencionadas se determinó que con 4
radio bases se puede cubrir toda el área del campus universitario y se pueden atender como
promedio a 2160 usuarios con el servicio de VoIP y 2240 usuarios con servicio de datos. El
ancho de banda total producto de las 4 radio bases generado por la red WiMAX será de
90 Mbps * 4 = 360 Mbps
Este tráfico debe ser conducido conjuntamente con el tráfico generado por la red actual de
la universidad, hacia el nodo de transmisión de datos de ETECSA. Para evacuar la totalidad
del tráfico se seleccionó la tecnología GPON.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 55
Los usuarios de la red WiMAX tendrán acceso a los servicios mediante un Equipo Local
del Cliente CPE (Customer Premise Equipment). Existen diferentes tipos de CPE en el
mercado y se diferencian entre sí en el precio, capacidad y aplicaciones que soportan. Las
principales características de estos equipos se muestran en la tabla 3.1.
Tabla 3-1 Características principales de los equipos locales del cliente CPE.
Tipo de CPE CPE Indoor CPE Outdoor USB Dongle
Ganancia 6 dBm 15 dBm 2 dBm
Potencia (MAX) 27 dBm 26 dBm 23 dBm
Precio aproximado $ 100.00 $ 214.07 $ 15.00
Los CPE Indoor disponen normalmente de dos líneas telefónicas y un conector RJ45 para
una red de área local LAN y los Outdoor permiten conectarle un dispositivo de acceso
integrado IAD (Integrated Access Device), el cual permite la conexión de diversas
cantidades de líneas telefónicas y un conector RJ45 para una red de área local LAN. En este
caso se selecciona un IAD con 8 líneas telefónicas por tener la mejor relación precio –
capacidad.
Para mantener un balance adecuado entre los diferentes tipos de CPE, y luego de un
análisis económico y de capacidades, se utilizarán 50 CPE Indoor y 50 CPE Outdoor por
cada radio base.
En una primera etapa se utilizarán alrededor de 100 USB Dongle por radio base, para tener
acceso de dato al red a través de una Laptop. Considerando las 4 radio bases, se requiere de
las cantidades de equipos de acceso que aparecen en la tabla 3.2.
Tabla 3-2 Total de equipos de acceso para la red propuesta.
Equipos de Acceso CPE Indoor CPE Outdoor USB Dongle IAD Teléfonos
Cantidad 200 200 400 200 1000
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 56
3.4.2 Tecnología complementaria de transporte de señales
Para garantizar la conducción de señales desde la Universidad hasta el nodo de ETECSA,
hay que utilizar alguna tecnología que soporte buenos anchos de banda a costos razonables
y que permita expansión de tráfico futuro sin hacer reinversiones en la red. Teniendo en
cuenta que la tecnología GPON está en evolución y que los costos del equipamiento han
disminuido en los últimos años conforme se desarrolla, se seleccionó como tecnología
complementaria para transportar las señales hacia el nodo de ETECSA situado en la
Universidad.
GPON trabajando en modo asimétrico permite velocidades en upstream de 1,25 Gbps y en
downstream de hasta 2,5 Gbps. Estos datos son suficientes para entender que el primer paso
es sustituir los enlaces HDSL existente entre el nodo de la puerta y el nodo de ETECSA por
una fibra óptica multimodo de alrededor de 600 metros, y luego mediante un splitter 1:4 se
ramificará hasta llegar a cada una de las 4 radio bases (Figura 3.3). Se utilizará fibra
multimodo por ser la más barata y permite alcances de hasta 20 km. En este caso las
distancias son cortas, y de esta forma se economiza un poco.
Figura 3-3 Propuesta de la red WiMAX móvil y del transporte basado en GPON.
El siguiente paso es calcular la atenuación en el enlace GPON para que no exceda los
límites impuestos por el fabricante (28 dB).
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 57
Los parámetros Ópticos de una red GPON se muestran en el Anexo C.
Atenuación Total = (Atenuación Splitter) + (Atenuación fibra/Km Distancia) +
(Atenuación empalme Nᵒ) + (Atenuación conectores Nᵒ)
α (dB)= (6.02)+ (0.4 3 km) + (0) +(10 0.5)= 12.22 dB
α (dB)= 12.22 dB < 28 dB, que es el máximo permitido en un enlace GPON. Se concluye
que el enlace está en norma y es posible utilizarlo eficientemente.
3.4.3 Estudio de la cobertura
Para llevar a cabo el estudio de cobertura, se usó la herramienta de planificación y
simulación Atoll, software desarrollado por la empresa Forsk [44]. Atoll soporta diferentes
tecnologías entre ellas se encuentra WiMAX móvil. Se descartó la utilización del software
Radio Mobile, ya que no soporta la tecnología WiMAX móvil [43].
Se comenzó creando un proyecto de tipo WiMAX móvil y luego se incorporó el mapa
correspondiente a la zona de estudio, que en este caso se trata del campus UCLV.
El siguiente paso fue incorporar las diferentes radio bases a cada uno de los sitios teniendo
en cuenta la banda de frecuencia en la que se va a transmitir. En este caso se utilizó la
banda 2.5 GHz aprobada por el Ministerio de Informática y Comunicaciones de Cuba, con
10 MHz de ancho de banda del canal. Luego se creó la plantilla para las radio bases que se
implantan. Para ello se seleccionó la opción Manage Templates, tal y como se indica en la
figura 3.4.
Figura 3-4 Creación de la plantilla de transmisores.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 58
A continuación, se añade (Add) una copia de una de las plantillas existentes en Atoll y se
modifica para adaptarla a las necesidades (Figura 3.5). En este caso, se ha decidido crear
una plantilla definida con radio bases situadas a 25 metros de altitud que radiarán
omnidireccionalmente.
Figura 3-5 Parámetros de las radio bases utilizadas.
Hay que tener en cuenta que no se puede transmitir a más de 40 dBm (10 W), potencia
máxima de transmisión de la radio base Huawie DBS3900 WiMAX (Anexo B).
Las bandas de frecuencia quedan distribuidas como se muestra en la tabla 3.3.
Tabla 3-3 Asignación de bandas de frecuencia para las radio bases.
Radio base Banda de frecuencia
Facultad de Mecánica 2565 GHz
Biblioteca Central 2575 GHz
Casa de la FEU 2585 GHz
Facultad Agropecuaria 2595 GHz
Se utilizó en esta simulación el modelo de propagación "Erceg-Greenstein" por ser el más
indicados para estos propósitos.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 59
Las antenas que utilizarán las radio bases son del fabricante Kathrein que incorpora Atoll
con una ganancia de 15 dBi. Los patrones de radiación de esta antena se muestran en la
figura 3.6.
Figura 3-6 Patrones de radiación horizontal y vertical de la antena utilizada.
Una vez definidos todos los parámetros necesarios para la creación de las radio bases, se
procede a ubicarlas en los distintos puntos de interés. La ubicación de las mismas se eligió
para obtener los resultados óptimos (Figura 3.7). Las antenas de las radio bases se ubicaron
a una altura de 25 metros, ya que las alturas de los edificios en la UCLV son inferiores a los
20 metros.
Figura 3-7 Ubicación de las radio bases.
Es importante destacar que los transmisores ubicados en la facultad de Mecánica y la
Biblioteca central transmiten a una potencia inferior a los demás, para que no produzca
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 60
interferencias significativas debido a la cercanía. Para la elección de la potencia transmitida
se ha tenido en cuenta que se debe garantizar unos mínimos niveles de señal, con el
objetivo de minimizar las interferencias.
En la tabla 3.4 se muestran las distintas predicciones que se pueden realizar en Atoll por
nivel de señal , así como una breve descripción de cada una de ellas.
Tabla 3-4 Predicciones de cobertura disponible en Atoll [23].
Nombre Descripción
Coverage by Signal Level Permite predecir las zonas de cobertura según los niveles de
señal del transmisor en cada píxel del mapa.
Coverage by transmitter Permite predecir las zonas de cobertura por transmisor
analizando para cada píxel del mapa el mejor transmisor.
Overlapping Zones Permite calcular las zonas donde existe cobertura de dos o
más transmisores.
Para crear el primer estudio de cobertura se sitúa el cursor sobre la carpeta Predictions de la
pestaña Data (Figura 3.8).
Figura 3-8 Creación de un estudio de cobertura por nivel de señal.
En la figura 3.9 se muestra el resultado de la predicción de cobertura por nivel de la señal.
En ella se puede apreciar los niveles de señal, los cuales se encuentran por encima del valor
de sensibilidad más crítico definido para los equipos CPE Huawei BM8201 que es de -96.5
dBm (Anexo A). Con esta predicción se cubre la totalidad del área de la UCLV.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 61
Figura 3-9 Estudio de cobertura por nivel de señal en el campus UCLV.
Para observar el nivel de señal en una localización específica del campus universitario, se crean
zonas Hot Spot seleccionando la pestaña Geo de la ventana Explorer, como se muestra en la
figura 3.10.
Figura 3-10 Creación de zonas Hot Spot en el campus UCLV.
A través de los informes que genera Atoll se puede analizar qué porcentaje de la superficie de
cada zona posee cada valor representativo de señal, tal y como se muestra en la figura 3.11.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 62
Figura 3-11 Generación de informes.
En las siguientes tablas se muestran los resultados obtenidos a partir de los informes que ha
generado Atoll, los cuales muestran el porcentaje de señal en el área correspondiente a la
facultad de Eléctrica, el comedor de Agropecuaria, y la facultad de Construcciones a modo de
ejemplo.
Tabla 3-5 Nivel de señal en el Comedor de Agropecuaria.
Nivel de señal Superficie (Km²) Porcentaje (%)
Best Signal Level (dBm) >= -75 0.000002 0.0089 %
Best Signal Level (dBm) >= -80 0.00232 10.4 %
Best Signal Level (dBm) >= -85 0.01807 80.81 %
Best Signal Level (dBm) >= -90 0.0123 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -95 0.0223 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -100 0.0223 100 %
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 63
Tabla 3-6 Nivel de señal en la facultad de Eléctrica.
Nivel de señal Superficie (Km²) Porcentaje (%)
Best Signal Level (dBm) >= -85 0.0123 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -90 0.0123 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -95 0.0123 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -100 0.0123 100 %
Tabla 3-7 Nivel de señal en la facultad de Construcciones.
Nivel de señal Superficie (Km²) Porcentaje (%)
Best Signal Level (dBm) >= -80 0.00029 2.09 %
Best Signal Level (dBm) >= -85 0.01382 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -90 0.01382 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -95 0.01382 100 %
Best Signal Level (dBm) >= -100 0.01382 100 %
Como se puede observar, se consiguen unos niveles de señal de -85 dBm en toda la superficie
de la facultad de Eléctrica, el comedor de Agropecuaria, y el 80% del área de la facultad de
Construcciones.
En el siguiente caso, en la figura 3.12 se muestra, como caso específico, la cobertura que tendrá
la radio base ubicada en la casa de la FEU.
Figura 3-12 Cobertura de la radio base de la casa de la FEU.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 64
A continuación en la figura 3.13 se muestra la cobertura por zonas solapadas. Como se puede
apreciar existen diversas zonas donde se solapan varios transmisores. Esto es un efecto
deseable porque así se podría compartir la carga de tráfico en aquellos radio bases del campus
UCLV donde este sea demasiado alto.
Figura 3-13 Cobertura por zonas solapadas.
Se realizaron análisis en los puntos más críticos del mapa para verificar que las señales y de los
enlaces UL y DL se encuentren en un estado de conexión no fallida.
En la figura 3.14 se muestra el análisis de la recepción de la señal en un punto localizado en la
facultad de Construcciones. En ella se puede observar los niveles de las señales que pueden
llegar de los diferentes servidores mostrándose sus respectivos valores en dBm. El mejor
servidor se encuentra encabezando el grupo de barras, en este caso la radio base ubicada en la
FEU.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 65
Figura 3-14 Análisis de recepción de la Señal.
Como se puede apreciar, en cuanto a cobertura el diseño propuesto en este trabajo es funcional
y al ser cuatro radio bases se podrá soportar una carga de usuarios suficientemente alta para
satisfacer la demanda de la comunidad universitaria.
3.5 Simulación del proceso handover en OPNET Modeler 14.5
En la actualidad existen un gran número de simuladores de redes, dentro de los más usados
se encuentran: Opnet Modeler, Network Simulator 2 (NS-2) y Omnet++. Todos estos
simuladores gozan de gran prestigio internacional, y son utilizados en la mayoría de los
trabajos científicos referentes a las redes de telecomunicaciones [45].
Para la realización de este trabajo se decidió escoger Opnet Modeler en su versión 14.5, el
cual soporta el modelo de WiMAX móvil y sus funciones básicas, sumando a esto que es
un simulador que posee una interfaz gráfica amigable lo que permite a los usuarios
familiarizar más rápidamente con toda la jerarquía interna del simulador. El anexo D trata
otras características relacionadas con el funcionamiento del simulador.
3.5.1 Escenario de Red a Simular
En este escenario se muestran los efectos creados por la movilidad de una estación móvil
que inicia su movimiento desde su radio base inicial Mecánica (Home Agent), en la
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 66
estación móvil se pone la dirección IP del Home Agent como se muestra en la figura 3.15,
visitando las 3 otras radio bases (Foreign Agent).
Figura 3-15 Asignación del IP del Home Agent en la MS.
El escenario consta de 4 radio bases, un nodo móvil (MS) y un servidor que recibirá el
tráfico enviado por la MS, tal y como se muestra en la figura 3.16.
En un principio la estación móvil, identificada como MS, está conectada con la radio base
Mecánica (Home Agent). Una vez iniciada la simulación sigue una trayectoria identificada
con una flecha de color rojo. Durante el handover la MS debe cerrar su conexión con la
radio base Mecánica y establecer conectividad con la radio base Biblioteca, y lo mismo
ocurre con las otras radio bases. Los círculos verde corresponden a las áreas alrededor de
cada radio base en las cuales la SNR está por encima del umbral de escaneo.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 67
Figura 3-16 Modelo de pruebas.
Las radio bases están interconectadas a través de un sistema basado en IP. Hay un servidor
al que se tiene acceso a través de una red IP y es con el que la MS mantiene el intercambio
de paquetes.
Un tráfico bidireccional está configurado entre la estación móvil MS y el servidor, de la
siguiente manera:
Uplink: 128 kbps con el tipo de servicio (Best effort).
Downlink: 256 kbps con el tipo de servicio (Best effort).
Los parámetros de simulación serán los indicados en la tabla 3.8.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 68
Tabla 3-8 Parámetros de la simulación.
Standard IEEE 802.16e
Frecuencia de transmisión 2.5 GHz
Perfil de capa física OFDMA
Ancho de banda del canal 10 MHz
Número de subportadoras 1024 FFT
Potencia de transmisión (BS) 18 dBm
Altura de antena (BS) 25 m
Tipo de antena Omnidireccional
Ganancia de antena (BS) 15 dBi
Potencia de transmisión (MS) 13 dBm
Altura de antena (MS) 1.5 m
Ganancia de antena (MS) -1 dBi
Velocidad (MS) 30 Km/h
Tipo de terreno Suburbano
Parámetro Path loss Vehicular Environment
Esquema de modulación Adaptativa
Tiempo de simulación 7 minutos
Modelo de propagación
Antes de empezar la simulación hay que realizar unas consideraciones que afectan el
desempeño general en un ambiente inalámbrico. Para cada MS en WiMAX, es necesario
definir el modelo que se aplica sobre el canal establecido entre el transmisor de una MS y el
receptor de una radio base.
Para el modelo de propagación se dispone de un atributo que define la ganancia de una
antena en el que se puede establecer un valor que esta predeterminado en -1 dBi, pero
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 69
también se puede usar un valor predefinido denominado modelo de antena (Antenna
Model) definido con una ganancia de 14 dBi.
Otro parámetro es el multipath, para modelar las múltiples trayectorias sufridas por la señal
en un canal, y un atributo pathloss que define el ambiente de operación y sirve para
modelar el pathloss que será aplicado a las señales que son recibidas por la MS. Cada
modelo de pathloss es apropiado para cierto tipo de ambiente. En la tabla 3.9 se muestran
los tipos disponibles.
Tabla 3-9 Modelos de pathloss.
Modelo Descripción
Free Space Representa la propagación de una señal en espacio abierto y sin
efectos ambientales.
Suburban Fixed (Erceg) Propagación en áreas urbanas con ambientes simples.
Pedestrian Environment Representa el efecto que sufre un receptor móvil sometido a
condiciones de desplazamiento de un peatón.
Vehicular Environment Efecto sobre la propagación de la señal a velocidades vehiculares.
En la simulación se utilizó el ambiente vehicular, ya que la simulación se centró en la parte
de la movilidad. En la tabla 3.10 se muestran las características para el modelo de multipath
disponible en el Modeler.
Tabla 3-10 Modelos multipath.
Multipath A B
ITU Pedestrian Hasta 3 km/h Hasta 10 km/h
ITU Vehicular Hasta 30 km/h Hasta 120 km/h
Para Pathloss se utilizó el Modelo Vehicular con un multipath channel ITU Vehicular A,
ya que los usuarios móviles dentro del campus UCLV se mueven a una velocidad máxima
de 30 km/h.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 70
3.5.2 Análisis y discusión de los resultados
El análisis de la SNR es de vital importancia, dado que refleja la calidad de la señal de
acuerdo al desplazamiento de la MS. Es por esto que el momento que determinará la
activación del mecanismo de HO (handover) será de acuerdo a la calidad de la señal
medida mediante la SNR.
Las radio bases se configuraron de tal forma que la relación señal ruido SNR (Signal to
Noise Ratio) detectado por la estación móvil MS en el borde de los 4 áreas de cobertura
tuviese casi el mismo valor, con el objetivo de fijar este valor como umbral de escaneo.
Una vez cae la señal SNR por debajo de dicho umbral empiezan la actividad del escaneo
con la esperanza de identificar otra radio base destino para realizar el proceso del handover.
La figura 3.17 muestra la SNR detectada por la MS durante su recorrido por las 4 radio
bases y específicamente este valor en el borde de cada área de cobertura, en este caso es de
alrededor de 31 dB. Este valor será utilizado como umbral de escaneo.
Figura 3-17 Umbral de escaneo configurado en la MS.
Para establecer un número de escaneo óptimos es necesario determinar un valor adecuado
de SNR para el umbral de escaneo. Según la figura 3.17, la SNR detectado por la MS en los
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 71
bordes es un valor entre 30 y 32 dB. La primera prueba se hizo para determinar el valor
más adecuado de estos tres valores correspondientes a la SNR (Tabla 3.11), para el umbral
de escaneo.
Tabla 3-11 Umbrales de escaneo para la simulación.
Escenario Valor
Umbral 1 30 dB
Umbral 2 31 dB
Umbral 3 32 dB
Los resultados de la simulación son:
Figura 3-18 Throughput en la MS.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 72
Figura 3-19 Demora WiMAX.
En Las dos figuras 3.18 y 3.19 se muestran el throughput en la MS y la demora WiMAX
del sistema respectivamente, con 3 valores de umbral de escaneo diferentes, indicando que
el mejor valor SNR para el umbral de escaneo es 30 dB, ya que con este umbral se
minimiza el tiempo de escaneo para detectar otro canal descendente con una SNR mayor.
El proceso de escaneo es un paso esencial para determinar la activación del mecanismo de
handover. Durante éste, la MS solicita a su radio base servidora un período para sondear la
calidad de la señal que recibe de las radio bases vecinas. En este punto la MS indica el
número de radio base a escanear, el intervalo entre escaneos y el número de escaneos a
realizar. La radio base servidora responde dando un informe que incluye el período de
escaneo [46].
En la tabla 3.12 se muestra una definición de los parámetros de escaneo y en la tabla 3.13
los valores usados en la simulación.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 73
Tabla 3-12 parámetros del escaneo
Parámetro Función
Scanning Threshold (dB) Cuando el nivel de la señal esté por debajo de este valor la
MS escaneará las radio bases vecinas.
Scan Duration (Frames) Tiempo en frames que la MS escanea las radio bases vecinas.
El Estándar IEEE 802.16e, epígrafe 6.3.2.3.48 define que el
valor máximo de este parámetro es 255 farme [38].
Interleaving Interval (Frames) Duración en frames entre un escaneo y otro, dentro del modo
de escaneo. El Estándar IEEE 802.16e, epígrafe 6.3.2.3.48
define que el valor máximo de este parámetro es 255 farme
[38].
Scan Iterations Número de intervalos de escaneo e Interleaving durante el
modo de escaneo. 255 frames es el valor máximo definido por
el estándar [38].
Tabla 3-13 Valores usados para escaneo
Parámetro Valor
Scanning Threshold (dB) 30 dB
Scan Duration (Frames) 222 frames
Interleaving Interval (Frames) 40 frames
Scan Iterations 10
La segunda prueba se hizo para conocer el comportamiento de la antena, para lo cual se
usaron valores de ganancia predeterminados, -1 dBi y 14 dBi. Las gráficas de la figura 3.20
revelan la SNR registrada por la MS durante el recorrido.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 74
Figura 3-20 SNR detectado por la MS.
La figura 3.20 muestra que con la ganancia de antena de 14 dBi la señal recibida por la MS
tiene más calidad, lo que se traduce en poca pérdida de paquetes por el receptor, en este
caso la MS, tal y como lo muestra la figura 3.21. Esto se debe a que el modelo de antena de
14dBi es menos susceptible a los efectos multipath.
Figura 3-21 Tráfico recibido por la MS.
A continuación se hará un análisis del tráfico (throughput) y del comportamiento del
proceso de handover durante el recorrido de la MS por las 4 radio bases.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 75
Figura 3-22 throughput en la MS.
Los números en la figura 3.22 representan:
1- En el comienzo de la simulación, la MS permanece sin cobertura por un tiempo de 1
minuto y 36 segundos.
2- Después de 96 segundos la MS entra al área de cobertura de la radio base Mecánica
y recorre en ella una distancia de 250 metros.
3- Handover entre la radio base Mecánica y Biblioteca, y se pierde el tráfico.
4- La MS entra al área de cobertura correspondiente a la radio base Biblioteca y se
mueve en ella una distancia de 498 metros.
5- Handover entre la radio base Biblioteca y FEU.
6- La MS entra al área de cobertura de la radio base FEU y recorre en ella una
distancia de 830 metros.
7- Handover entre la radio base FEU y Agropecuaria.
8- La MS entra al último área de cobertura correspondiente a la radio base
Agropecuaria y recorre en ella 1100 metros.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 76
9- Al final del tiempo de simulación, la MS sale del área de cobertura de la radio base
de Agropecuaria.
Figura 3-23 Throughput, initial ranging, SNR, demora handover y tiempo de escaneo en la MS.
En la figura 3.23 se muestran las siguientes gráficas:
- La gráfica A representa el throughput en la MS.
- La gráfica B indica el proceso de ranging inicial. Cuando la MS se conecta a una
radio base, realiza este proceso para confirmar si el nivel de potencia es suficiente
para terminar con el escaneo.
- La gráfica C muestra la demora del handover. La interrupción de tiempo en el
handover es debido al traspaso de la MS de la radio base servidora a la radio base
destino.
- La gráfica D muestra el proceso de escaneo, el cual ocurre cuando el nivel la SNR
baja por debajo del umbral. en este caso es de 30 dB (Tabla 3.13).
- La gráfica E indica el ID de la radio base servidora. El ID de la radio base representa
la dirección MAC de cada una de las radio base.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 77
- La gráfica F muestra el nivel de la SNR en la capa física de la MS. Se puede notar
que el máximo nivel de la SNR es alcanzado cuando la MS está cerca de la radio
base, y el mínimo nivel de SNR se alcanza cuando la MS está realizando el proceso
de escaneo. Muestra además que el valor SNR detectado por la MS en el borde de las
4 zonas de cobertura es de alrededor de 30 dB.
La tercera prueba sirvió para conocer el comportamiento del proceso de escaneo, para
determinar los valores más apropiados para las simulaciones. Se examinaron 2 esquemas,
en ambos se usó una ganancia de Antena de -1 dBi y un umbral de escaneo de 30 dB.
En este caso la duración de un frame es de 5 ms que es la que corresponde a la
configuración de OFDM del escenario. En la tabla 3.14 se muestran los parámetros de
escaneo para los dos escenarios.
Tabla 3-14 Parámetros de escaneo para los 2 escenarios.
Método de
escaneo
Scan Duration
(frame) Interleaving
Interval (frame) Scan
Iterations
Escaneo ligero 3 240 10
Escaneo denso 255 (1.275 s) 20 10
Figura 3-24 Proceso de escaneo ligero en la MS.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 78
Figura 3-25 Proceso de escaneo denso en la MS.
En las figuras 3.24 y 3.25 se muestra una representación gráfica de los tres parámetros de
los dos escaneos, ligero y denso durante la simulación.
Figura 3-26 Throughput en la MS para los dos tipos de escaneo.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 79
Figura 3-27 Promedio de throughput en la MS para los dos tipos de escaneo.
Por los resultados de las dos figuras 3.26 y 3.27, se puede notar que realizar un número de
escaneos grande afecta la transmisión de paquetes. Mientras que en la figura 3.28 se puede
apreciar que el número de paquetes perdidos disminuye en gran manera al minimizar el
tiempo de duración del escaneo. Por lo que es mejor realizar un número de escaneos
pequeño buscando que sólo sean realizados cuando la MS se encuentre en los bordes de la
celda.
Figura 3-28 Paquetes perdidos en el canal downlink de la MS.
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 80
En la figura 3.29 se muestra que la variación de la demora (jitter) en el servidor es mayor
con el escaneo denso.
Figura 3-29 La variación de la demora (jitter) en el servidor.
A través del análisis de los resultados obtenidos se puede concluir que con la
implementación del mecanismo de handover, se aprecia una mejora cuando se disminuye el
tiempo de escaneo, reduciendo la pérdida de paquetes. Esto se debe a que durante el
escaneo se pierden paquetes y dado que no se realiza completo el proceso de escaneo, el
número de paquetes perdidos disminuye, y es variable en dependencia de los parámetros
configurados. Además, para establecer un número de escaneos óptimos es necesario
determinar un valor adecuado de SNR para el umbral de escaneo.
3.6 Análisis económico
Todo incremento de servicios y mejoras en las redes requieren de inversiones muy bien
calculadas. Los costos aproximados de la inversión en el recinto universitario se hicieron
según referencias de Internet. En la tabla 3.15 se exponen los costos relacionados con el
equipamiento necesario para la implementación de la red de acceso propuesta (WiMAX
móvil) y la red de transporte complementaria (GPON).
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 81
Tabla 3-15 Costos aproximados del equipamiento.
Elemento de la red Costo unitario (USD) Cantidad Costo total
BS Huawei DBS3900 $ 49,036.20 4 $ 196,144.8
CPE Huawei outdoor
BM8201 $ 214.07 200 $ 42,814.64
CPE Huawei indoor
BM625 $ 100.00 200 $ 20,000.00
USB Dongle BM325 $ 15.00 400 $ 6,000.00
IAD Huawei 138 $ 250.00 200 $ 50,000.00
Teléfonos $ 12.00 1000 $ 12,000.00
Splitter 1:4 GPON $ 11.00 1 $ 11.00
ONT ZTX 9806H $ 223.5 4 $ 893.6
OLT ZTX C300 $ 26,062.5 1 $ 26,062.5
Cable de fibra óptica mm $ 0.95 USD/m 3 km $ 2,850.00
Total $ 356,776.54
El costo total para realizar la implementación de la red es: $ 356,776.54 USD. El costo es
bastante razonable teniendo en cuenta las mejoras tecnológicas que se alcanzan y la gran
población que cubre.
3.4 Conclusiones parciales
En este capítulo se diseñó la red WiMAX móvil para la Universidad Central "Marta Abreu"
de Las Villas teniendo en cuenta las características del área de la universidad, así como la
infraestructura de telecomunicación existente en la UCLV.
Se realizó además el diseño de la red de transporte complementaria utilizando la tecnología
GPON para conducir las señales desde el campus universitario hasta el nodo de transmisión
de datos de ETECSA, y se comprobó mediante el software de planificación de redes
inalámbricas que el despliegue de la red propuesta fue adecuado, además se realizó una
CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED WIMAX MÓVIL 82
simulación del proceso handover para comprobar la movilidad en la red. Se realizó un
análisis económico validando la factibilidad de su implementación. Entre los principales
resultados se destacan la optimización del número de radio bases, equipos terminales, y
cobertura de las celdas.
83
CONCLUSIONES
Al término de esta investigación se arribó a las siguientes conclusiones:
Se realizó un estudio sobre las redes de acceso de banda ancha inalámbrica
empleadas a nivel mundial que puedan ser instaladas en zonas como la de la
Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. Se presentaron sus principales
características, así como su evolución. Se profundizó en el estándar IEEE 802.16e
como solución para mejorar el desempeño de la red UCLV.
Se caracterizó la zona de estudio, lo que permitió conocer la situación existente en
materia de servicios de telecomunicaciones, así como las necesidades actuales y
futuras en este sentido, definiendo la tecnología de acceso inalámbrica WiMAX
Móvil basada en el estándar IEEE 802.16e como la propicia para el diseño de la red
de acceso en el campus universitario.
Se diseñó una red de acceso inalámbrico de banda ancha, WiMAX móvil, que
coexiste con la red universitaria actual, para solucionar los problemas que presenta
dicha red y mejorar sus prestaciones y desempeño, escogiéndose el equipamiento
Huawei por haber sido avalado por pruebas de campo hechas en el país, y contar
con abundante documentación técnica necesaria para el diseño.
Se complementó el diseño con la implementación de una red de transporte
utilizando la tecnología GPON para transportar las señales desde la Universidad
hasta el nodo de ETECSA situado en ella.
Se comprobó mediante las simulaciones que la red WiMAX móvil propuesta pueda
cubrir con buenos niveles de señales la totalidad del campus universitario,
demostrándose la factibilidad técnica de los enlaces, así como la movilidad de sus
usuarios.
CONCLUSIONES 84
Se mostró mediante el análisis económico que los costos de instalación de la red
propuesta son aceptables, si se tiene en cuenta la magnitud del proyecto y las
mejoras tecnológicas que se alcanzaron.
85
RECOMENDACIONES
Se recomienda, de manera general, que:
Se lleve a la práctica la propuesta de diseño de red de banda ancha por los
administradores de red de la UCLV.
Se valore el estudio del estándar IEEE 802.16m como tema de investigación para
trabajos de diplomas futuros.
Se reúna información sobre otras propuestas inalámbricas asociadas a la futura
implementación de redes de cuarta generación en el país.
86
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Sonia Villar Pascual, “Red de Acceso de Banda Ancha mediante WiMAX Móvil
(IEEE 802.16e),” UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MADRID, España, 2010.
[2] Geisa Torres Valdivia, “Diseño de una red WiMAX Móvil para la Universidad
Central „Marta Abreu‟ de Las Villas,” Universidad Central “Marta Abreu” de Las
Villas, Santa Clara, Cuba, 2012.
[3] Manuel Oliver Dominguez and Arelys Ramos Fleites, “Control de Acceso a la Red
WIFI de la UCLV,” Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, 2008.
[4] Ndandou Sylviane Niome Abreus, “ACTUALIZACIÓN DE LA
DOCUMENTACIÓN DE LA RED UCLV Y DIAGRAMA DE SERVICIOS”,”
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Santa Clara, Cuba, 2009.
[5] Ing. Abelino Ruiz Estopiñan, “Red de acceso inalámbrica para la provincia
Mayabeque,” Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Santa Clara, Cuba,
2012.
[6] Dianyi José Hernández Eupierre, “SOLUCIÓN DE BANDA ANCHA PARA LA
ZONA MONTAÑOSA DE CIENFUEGOS,” Universidad Central “Marta Abreu” de
Las Villas, Santa Clara, Cuba, 2011.
[7] José Antonio Rodríguez López, “Diseño y evaluación de Algoritmos para la Selección
de Redes de Comunicaciones Móviles Según la Calidad del Servicio,” Universidad
Politécnica de Catalunya, España, 2011.
[8] José Antonio Valero Sánchez, “Curso de redes Inalámbricas: WiFi,” Universidad de
Zaragoza, Mar-2010.
[9] Ing. Luques Marcelo, “Redes Wireless – Tecnología MIMO – Análisis y performance
del Estándar de Comunicaciones Inalámbricas 802.11n”.” Jun-2009.
[10] Fan Wang, Amitava Ghosh, Chandy Sankaran, and Philip J. Fleming, “Mobile
WiMAX Systems: Performance and Evolution,” IEEE Commun. Mag., Oct. 2008.
[11] Lucy Coya Rey and Talia Odete Ledesma Quiñones, “Supervisión del tráfico y los
dispositivos conectados a una red inalámbrica,” Instituto Superior Politécnico José
Antonio Echevarría CUJAE, Habana, Cuba, 2012.
[12] Simran Sarai, Daniel Carter, and Behzad Jazizadeh, “WiMAX Mobility,”
COMMUNICATION NETWORKS, Spring 2009.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 87
[13] Daniel Delgado Díaz, “Análisis comparativo entre WiMAX móvil y UMTS,” Instituto
Suprior Politécnico José A. Echevarría, CUJAE, Habana, Cuba, 2012.
[14] Luis Daniel Sáez López, “Diseño de una red Móvil LTE en el Litoral Norte de La
Habana,” Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba,
2013.
[15] Baba Syadi Sidi Vall, “MIGRACIÓN DE GSM A UMTS,” Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría CUJAE, LA HABANA, CUBA, 2012.
[16] Ing. Diamila Rosa de la Teja, “ESTANDAR „LTE‟ EVOLUCIÓN A LARGO
PLAZO,” INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO SUPERIOR JOSÉ ANTONIO
ECHEVERRÍA, Ciudad de La Habana, Cuba, 2012.
[17] Sandra Paulina Espinoza Avalos, “ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA Y
ECONÓMICA PARA LA MIGRACIÓN DE RED WIFI A WIMAX EN
ENTORNOS RURALES,” UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID, España,
2010.
[18] Ing. José Dixán Berbén Cácer, “Propuesta de expansión de red de acceso en zonas
urbanas y suburbanas de la ciudad de Holguín,” Universidad Central “Marta Abreu”
de Las Villas, Santa Clara, Cuba, 2012.
[19] AMAY DHIRENDRA UMRADIA, “A TUTORIAL ON FUNCTIONALITY OF
WiMAX AND IT‟S PERFORMACE EVALUATIO,” THE UNIVERSITY OF
TEXAS AT ARLINGTON, USA, 2010.
[20] Gernot Bauer, “El estándar IEEE 802.11ac: las WLAN rebasan la barrera del gigabit,”
2012.
[21] Marie Chantal Ociel, “Propuesta de diseño de una red de comunicación móvil 4G
basado en LTE para la red DIGICEL en Haití en caso de desastres naturales,” Instituto
Superior Politécnico José Antonio Echevarría CUJAE, Habana, Cuba, 2013.
[22] Ader Masabot Abad, “Análisis de la tecnología LTEdesde una visión de procesos,”
Instituto Suprior Politécnico José A. Echevarría, CUJAE, Habana, Cuba, 2013.
[23] Cristina Eugenia Guinand Salas, “PLANIFICACIÓN DE UNA RED LTE CON LA
HERRAMIENTA ATOLL Y ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LAS ESTRATEGIAS
DE PACKET SCHEDULING,” Universidad Politécnica de Catalunya, España, 2012.
[24] Omar Ahmad San Jos´e and Ana Garc´ıa Armada, “MIMO-OFDM in LTE and
WiMAX mobile,” Universidad Carlos III de Madrid, p. 8, 2011.
[25] Ministerio de la Informática y las Comunicaciones, “Resolución No. 123/2008.”
Ciudad de la Habana, 2008.
[26] Ministerio de la Informática y las Comunicaciones, “Resolución No. 33/2011.”
Ciudad de la Habana, 2011.
[27] Mirian Martínez Rodríguez, “Simulación de un sistema WiMAX,” Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echevarría CUJAE, Habana, Cuba, 2012.
[28] Yamilet Díaz Ferrer, “Descripción del estándar IEEE 802.16m,” Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas, Santa Clara, Cuba, 2013.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 88
[29] Karen Scarfone, Cyrus Tibbs, and Matthew Sexton, “Guide to Securing WiMAX
Wireless Communications.” National Institute of Standards and Technology, Sep-
2010.
[30] Alberto J. García García and Ebenezer Leyva Machín, “Consideraciones para la
selección de un producto del estándar Wimax Móvil 802.16e.” 2010.
[31] Geffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, and Rias Muhamed, “Fundamentals of
WiMAX, Understanding Broadband Wireless Networking.” .
[32] Shantanu Pathak and Shagun Batra, “Next Generation 4G WiMAX Networks - IEEE
802.16 Standard,” 2012.
[33] Gazi Faisal Ahmed Jubair, Muhammad Imran Hasan, and Md. Obaid Ullah,
“Performance Evaluation of IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) in OFDM Physical
Layer,” Blekinge Institute of Technology, 2009.
[34] Yoania Acosta Cintado and Lissette Rodríguez Miraballe, “Análisis de la capa física
WirelessMAN-OFDM del estándar IEEE 802.16,” Instituto Superior Politécnico José
A. Echevarría, Habana, Cuba, 2013.
[35] “Mobile WiMax From OFDM-256 to S-OFDMA.” Jan-2007.
[36] Abhishek Dhiman and Karamjit Singh Sandha, “Vertical and Horizontal Handover in
Heterogeneous Wireless Networks using OPNET,” Int. J. Eng. Res. Technol., vol. 2,
Jun. 2013.
[37] Heiddy Derouville Pozo and Yaislyn Mozota Sánchez, “ESTADO ACTUAL Y
PERSPECTIVA DEL FENÓMENO HANDOVER EN WIMAX MÓVIL”,” Instituto
Suprior Politécnico José A. Echevarría, CUJAE, Habana, Cuba, 2012.
[38] IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, IEEE Std 802.16eTM
-2005.
Park Avenue New York, NY 10016-5997, USA, 2006.
[39] Edwin Winston and Dr. K.S. Shaji, “Optimizing Channel Scanning during IEEE
802.16e Handover,” 4th International Conference on Computer Research and
Development, no. 39, 2012.
[40] MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR, “INFORME (Computadoras) UCLV
DIC 2013,” MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR, Cuba, Modelo 223.060,
2013.
[41] “Diseño de Redes LAN para Ambientes Intranet,” Diseño de una red WiMAX Móvil
para la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, 2013.
[42] “Nagios,” Nagios, enero-2014. [Online]. Available: www.nagios.com.
[43] Alfredo Pérez Gallosa, “Estudio del software Atoll como propuesta docente a la
asignatura Sistemas de Radio I,” Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas,
Santa Clara, Cuba, 2013.
[44] Atoll 3.1.2 User Manual Release AT312_UM_E1. France, 2012.
[45] Yandi Machado Alba, “Estudio por simulación de Móvil Ipv6 en Opnet Modeler
14.0,” Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Santa Clara, Cuba, 2012.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 89
[46] Bhaskar Ashoka, David Eyers, and Zhiyi Huang, “Handover Delay in Mobile
WiMAX: A Simulation Study,” Univ. Otago Duned. N. Z., 2010.
[47] Lourdes Nicolás Fernández, “Control de Congestión con OPNET,” Universidad de
Valladolid, 2010.
[48] OPNET Technologies, inc., “Introduction to OPNET Modeler.” OPNET Training,
2007.
[49] Msc. Roberto Carlos Álvarez Valdera. and Ing. Rubersy Ramos García, “Simuladores
de Red OPNET Modeler Información General y Ejemplos,” Empresa de
Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) Centro Regional de Capacitación Villa
Clara, 2011.
[50] Garima Malik and Ajit Singh, “Performance Evaluation of WiFi and WiMax Using
Opnet,” Int. J. Adv. Res. Comput. Sci. Softw. Eng., vol. 3, Jun. 2013.
[51] “WiMAX (802.16) Model User Guide.” OPNET Technologies, Inc, 2011.
90
GLOSARIO DE TÉRMINOS
A
ASNGW: (Access Service Network Gateway) Controlador de Radio bases
AAA: (Authentication Authorization and Accounting) Autentificación Autorización y
Contabilidad
ACK: (Acknowledgement) Acuse de recibo
AES: (Advanced Encryption Standard) Estándar de cifrado avanzado
AI: (Assault Installation) Instalación de acometida
AMC: (Adaptive Modulation and Coding) Modulación y codificación adaptiva
ARQ: (Automatic Repeat reQuest) Solicitud de repetición automática
ASN-GW: (Access Service Network GateWay) Puerta de enlace a la red de servicio de
acceso
ATM: (Asynchronous Transfer Mode) Modo de transferencia asíncrono
AP: (Access Point) Punto de acceso
B
BS: (Base Station) Estación base
C
CID: (Conection Identifier) Identificador de conexión
CS: (Convergence Sublayer) Subcapa de convergencia
CSMA/CA: (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) Acceso Múltiple con
Detección de Portadora y Prevención de Colisiones
CS SAP:(Convergence Sublayer Service Access Point) Subcapa de convergencia para el
punto de acceso al servicio
GLOSARIO DE TÉRMINOS
91
CPE: (Customer Premises Equipment) Equipo Local del Cliente
D
DBA: (Dynamic Bandwidth Allocation) Asignación de Ancho de Banda Dinámico
DC (Direct Current) Corriente directa
DHCP: (Dynamic Host Configuration Protocol) Protocolo de configuración dinámica de
host
DNS:(Domain Name Service) Servidor de nombre de dominio
DSSS: (Direct Sequence Spread Spectrum) Espectro extendido de secuencia directa
E
EAP: (Extensible Authentication Protocol) Protocolo de autentificación extensible
ETSI: (European Telecommunications Standard Institute) Instituto Europeo de estándares
de Telecomunicaciones
F
FD: (Floor Distribuidor) Distribuidor de planta
FHSS: (Frequency Hopping Spread Spectrum) Espectro Extendido por salto de frecuencia
FFT: (Fast Fourier Transform) Transformada rápida de Fourier
FTTH: (Fiber to the Home) Fibra a la casa
FTTN: (Fiber to the Node) Fibra al nodo
FUSC: (Fully Used Subcannalization) Uso Completo de Subportadoras
G
GEM: (GPON Encapsulation Method) Método de encapsulación GPON
GPON: (Gigabit Passive Optical Network) Red óptica pasiva con capacidad de Gigabit
GPRS: (General Packet Radio Service) Servicio general de radio por paquetes
GLOSARIO DE TÉRMINOS
92
GSM: (Global System for Mobile Communications) Sistema global para comunicaciones
móviles
H
HO: (Handover) traspaso de celda
HA: (Home Agent) Agente local
HDTV: (High Definition TV) TV de alta definición
HDSL: (High bit rate Digital Subscriber Line) Línea digital de abonado de alta velocidad
HiperACCESS: (High PERformance radio ACCESS network) Red de acceso radioeléctrico
de elevadas prestaciones
HiperLAN: (High PERformance radio Local Area Network) Red radioeléctrica para zonas
locales de elevadas prestaciones
HiperMAN: ((high PERformance radio Metropolitan Area Network) Red radioeléctrica
para zonas metropolitanas de elevadas prestaciones
HomeRF: (Home Radio Frequency) Frecuencia de radio de casa
I
IAD: (Integrated Access Device) Dispositivo de Acceso Integrado.
IEEE: (Institute of Electrical and Electronic Engineering) Instituto de Ingenieros Eléctricos
y Electrónicos
IMS: (IP Multimedia Subsystem) Subsistema multimedia IP
IP: (Internet Protocol) Protocolo de Internet
IPTV: (IP Television) Televisión IP
IPv4: (Internet Protocol version 4) Versión 4 de protocolo de Internet
IPv6: (Internet Protocol version6) Versión 6 de protocolo de Internet
IR: (Infrared) Infrarrojo
ISI: (Inter Symbol Interference) Interferencia entre símbolo
GLOSARIO DE TÉRMINOS
93
ISP: (Internet Server Protocol) Proveedor de servidor de Internet
ITU: (Internacional Telecommunication Union) Unión Internacional de
Telecomunicaciones
L
LAN: (Local Area Network) Red área local
LMDS: (Local Multipoint Distribution System) Sistema de distribución multipunto local
LOS: (Line of Sight) Requiere línea de vista
M
MAC: (Media Access Control) Control de acceso al medio
MAC CPS: (MAC Common Part Sublayer) Control de acceso al medio de la subcapa de la
parte común
MAN: (Metropolitan Area Network) Red de Área Metropolitana
Max CINR: (Max Carrier- Interference and Noise Ratio) Máxima portadora de
interferencia y ruido
MDU: (Multi-Dwelling Units)
MES: Ministerio de Educación Superior
MIP: (Mobile IP) IP móvil
MPLS: (MultiProtocol Label Switching) Conmutación de etiqueta multiprotocolo
MS: (Mobile Station) Estación móvil
N
NAT: (Network Address Translator) Traducción de Dirección de Red
NLOS: (Non Line of Sight) No requiere línea directa de vista
GLOSARIO DE TÉRMINOS
94
O
OAM: (Operation Administration and Maintenance) Operación de Administración y
Mantenimiento
OFDM: (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Multiplexación por división de
frecuencias ortogonales
OFDMA: (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) Acceso múltiple por
división de frecuencias ortogonales
OLT: (Optical Line Terminal) Terminal de línea óptico
ONT: (Optical Networking Terminal) Terminal de gestión de redes óptico
OSPF: (Open Shortest Path First) Abrir el primer camino más corto
P
PC: (Personal Computer) Computadora personal
PCMCIA: (Personal Computer Memory Card International Association) Asociación
Internacional de tarjetas de memoria para computadora personal
PDA: (Personal Digital Assistant) Asistente digital personal
PHY: (PHYsical layer) Capa física
PMP: (Point to Multipoint) Punto a multipunto
PON: (Passive Optical Network) Red óptica pasiva
PPP: (Point to Point Protocol) Protocolo punto a punto
PSTN: (Public Switch Telephone Network) Red pública de conmutación telefónica
PTP: (Point to Point) Punto a punto
PUSC: (Partial Used Subcannalization) Uso Parcial de Subportadoras
Q
QAM: (Quadrature Amplitude Modulation) Modulación de amplitud en cuadratura
GLOSARIO DE TÉRMINOS
95
QoS: (Quality of Service) Calidad de servicio
QPSK: (Quadrature Phase Shift Keying) Llaveo por Desplazamiento de Fase en Cuadratura
R
RF: (Radio Frequency) Radio frecuencia
RIP: (Routing Internet Protocol) Enrutamiento de protocolo de internet
RTG: (Receive Transmission Gap) Brecha de transmisión para recibir
S
SDH: (Synchronous Digital Hierarchy) Jerarquía digital sincrónica
SF: (Service Flow) Flujo de servicio
SIP: (Session Initiation Protocol) Protocolo de iniciación de sesión
SNMP: (Single Network Management Protocol) Protocolo simple gestión de red
SNR: (Signal to Noise Ratio) Relación señal a ruido
SOFDMA: (Escalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) Acceso
múltiple por división de frecuencias ortogonales escalables
SPF: (Small from Factor Pluggable) Pequeño factor de forma enchufable
SS: (Subscriber Station) Estación suscriptora
STB: (Set Top Box) Dispositivo para la recepción y decodificación de señal de TV
SWAP: (Shared Wireless Access Protocol) Protocolo de acceso compartido inalámbrico
T
TDD: (Time Division Duplex) Duplexado por división de tiempo
FDD: (Frequency Division Duplex) Duplexado por división de frecuencia
TDM: (Time Division Multiplexing) Multiplexación por división de tiempo
TDMA: (Time Division Multiple Access) Acceso múltiple por división de tiempo
TO: (Telecommunications Outlet) Toma de usuario
GLOSARIO DE TÉRMINOS
96
TP: (Transition Point) Punto de transición
TTG: (Transmit Transition Gap) Brecha de transmisión para transmitir
U
UL: (Uplink) Enlace usuario-red
UMTS: (Universal Mobile Telecommunications System) Sistema de Telecomunicaciones
Móviles Universal de Tercera Generación.
USD: (United States Dollar) Dólar estadounidense
V
VDSL 2: (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) Línea digital de abonado de muy
alta tasa de transferencia 2
VLAN: (Virtual Local Area Networks) Redes virtuales de área local
VoIP: (Voice over Internet Protocol) Voz sobre el protocolo de Internet
W
WDM: (Wavelength Division Multiplexing) Multiplexación por división en longitud de
onda
WiFi: (Wireless Fidelity) Fidelidad inalámbrica
WIC: (WAN Interface Card) Tarjeta de interfaz WAN
WiBro: (Wireless Broadband) Banda ancha inalámbrica
WiMAX: (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Interoperabilidad Mundial
para Acceso por Microondas
WLAN: (Wireless Local Area Network) Redes inalámbricas de área local
WMAN: (Wireless Metropolitan Area Network) Red inalámbrica de área metropolitana
WPAN: (Wireless Personal Area Network) Redes inalámbricas de área personal
WWAN: (Wireless Extender Area Network) Redes inalámbricas de área extendida
97
ANEXOS
Anexo A Especificaciones técnicas del CPE Huawei EchoLife BM8201
Estándar que emplea: IEEE 802.16e – 2005 (TDD, OFDMA).
Frecuencia de trabajo: 2.496 – 2.69 GHz.
Modulación: OFDMA 512/1024 FFT, QPSK, 16 QAM y 64 QAM.
MIMO: 2Tx 2Rx.
Conexiones: Cuenta con conector RJ45 para consola.
VoIP: Soporta codecs G.711A/µ; G.721; G.723; G.729. Incluye Detección Activa de Voz.
Máxima velocidad de transmisión enlace ascendente: 5 Mbps.
Máxima velocidad de transmisión enlace descendente: 15 Mbps.
Sensibilidad: -96.5 dBm.
Potencia máxima de transmisión: 25.5 dBm.
Impedancia de antena: 50Ω.
Ganancia de antena @ 2.5GHz: 13 dBi.
Polarización: Vertical.
Precio: $ 214.07 USD.
ANEXOS
98
Figura A.1 CPE Huawei EchoLife BM8201.
ANEXOS 99
Anexo B Especificaciones técnicas del BS Huawei DBS3900
Puertos: Dos puertos Ethernet 100-1000 Mbps. Dos puertos ópticos 1.25 Gbps.
Voltaje de alimentación: -48V DC.
Antenas: Puede conectar hasta 6 RRU, cada uno para un sector con antenas de 60º, 90º o
120º. También permite antena para GPS.
Seguridad: EAP-TTLS/MSCHAPv2 para autentificación de usuario. EAP-TLS para
autentificación del dispositivo (IEEE 802.16e).
QoS: Soporta los cinco esquemas de servicios definidos en IEEE 802.16e-2005: UGS
(Unsolicited Grant Service), rtPS (Real-time Polling Service), ertPS (Extended Real-time
Polling Service), nrtPS (Non Real-time Polling Service) y BE (Best Effort).
Sistema completamente configurable a distancia. Permite visualización de alarmas.
Capacidad de abonados: Una estación con configuración 1/1/1 soporta hasta 3072 abonados
(1024 por sector).
Capacidad de suscriptores activos: Una estación con configuración 1/1/1 soporta hasta 768
suscriptores activos (256 por sector).
Máximo pico en enlace descendente: 30 Mbps por sector.
Máximo pico en enlace ascendente: 6 Mbps por sector.
Capacidad máxima de usuarios VoIP online: 180 usuarios por sector (empleando códec
G.729).
Soporta hasta tres sectores, una portadora y tres clases de banda.
Potencia máxima transmitida: 10W @ 2.5 GHz, puerto de una antena. 20W @ 2.5 GHz,
puerto de dos antenas. 5W @ 3.5 GHz, puerto de una antena. 10W @ 3.5 GHz, puerto de
dos antenas.
Máxima área de cobertura: 15 km.
ANEXOS 100
Figura B.2 BS Huawei DBS3900.
ANEXOS 101
Anexo C Parámetros Ópticos de una red GPON.
Tabla C.1 Atenuacion por tipo de splitter.
División Óptica Atenuación
1:2 -3.01 dB
1:4 -6.02 dB
1:8 -9.03 dB
1:16 -12.04 dB
1:32 -15.04 dB
1:64 -18.07 dB
1:128 -21.08 dB
Tabla C.2 Atenuacion por empalme, conector y tipo de fibra.
Elemento Atenuación
Fibra Óptica 1310 nm (Km) -0.4 dB
Fibra Óptica 1550 nm (Km) -0.3 dB
Empalme por fusión -0.1 ~ -0.2 dB
Empalme mecánico -0.5 dB
Perdidas inserción (conector) -0.3 ~ -0.5 dB
ANEXOS 102
Anexo D Familiarización con el simulador Opnet Modeler
Opnet Modeler
OPNET Modeler es una poderosa herramienta que permite simular sistemas de
comunicaciones y así evaluar las prestaciones de una red bajo diversas condiciones de
simulación como: flujos variables de tráfico, pérdida de paquetes o de conexiones entre
terminales y la estación base, caídas de enlaces, etc [47].
Este software fue desarrollado en el año 1984 en el Instituto de Tecnología de
Massachusetts (MIT) por investigadores y científicos del Laboratorio de Información y
Decisión de Sistemas (LIDS). Es un software comercial, el cual es la segunda plataforma de
simulación más usada en telecomunicaciones después de NS-2.
Cómo funciona Opnet
Para comprender el funcionamiento de OPNET, antes se ha de conocer la jerarquía de
diseño que rige los modelos implementados en este software. Una de las mayores ventajas
de OPNET Modeler es la interfaz con el usuario, es decir, es un simulador gráfico y la
distinción en niveles de jerarquía facilitan el uso de esta herramienta.
Los niveles de jerarquía se muestran en la figura D.3.
Figura 0.3 Jerarquía de diseño en OPNET.
ANEXOS 103
El primer nivel está formado por el modelo de red, donde se define la red y las subredes, si
se diese el caso. El segundo nivel es el modelo de nodos donde se permite definir la
estructura interna de cada uno de los componentes (nodos) de las redes. Finalmente el nivel
de procesos constituido por los estados que definen la función de cada nodo. Este último es
la base del sistema y permite al usuario programar en lenguaje c++ las funciones de cada
módulo, como se puede ver en la figura D.4, haciendo clic en un estado del modelo de
procesos se puede entrar en las funciones que definen el comportamiento de la red,
programadas en c++.
Figura D.4 Visión global de OPNET.
Además de estas aplicaciones, existen otros editores que permiten configurar componentes
de la red o de la simulación propia, como el editor de paquetes, antenas, enlace.
Node Modeler (modelo de nodos)
Aquí se definen todos los nodos de nuestra red a simular. En su interior, cada nodo puede
tener varios módulos. Los módulos tienen definidas funciones internamente En la figura
D.5 se puede ver como se relacionan los módulos [48].
ANEXOS 104
Figura D.5 Funcionamiento del modelo de nodos.
Process Modeler (modelo de procesos)
Como hemos dicho anteriormente, en este último nivel definimos lo que ha de realizar cada
módulo, algunos como el que hemos expuesto anteriormente ya están programados, pero
hay de otros que aparecen vacíos y debemos programar su funcionamiento.
La funcionalidad de cada módulo se define a través de modelos de procesos que se
representan mediante máquinas de estados finitos (FSM). Las transiciones entre estados
pueden ser condicionales o incondicionales. Todas las funcionalidades son programadas en
c/c++. Se presenta un ejemplo en la figura D.6.
Figura D.6 diagrama de estados.
El código del programa se asocia en cada estado. En el caso del INIT, se puede ver que
tiene trece entradas y cero salidas, para acceder al código se hace doble clic en la parte
superior de INIT o en la inferior, según se quiera ver las entradas o las salidas de este
estado.
ANEXOS 105
Fases para una simulación
Para realizar una simulación con OPNET se han de realizar 3 fases [49]:
1- Una primera fase seria la especificación del modelo a estudiar.
2- Una vez especificado el modelo a simular, se debe elegir los datos a recolectar. Se
eligen las estadísticas y empezaríamos la simulación.
3- Como último paso se tiene el análisis, donde se validan las especificaciones
expuestas en el modelo. Se obtienen y se analizan los resultados de la simulación.
Una simulación está compuesta por varios eventos que describen los sucesos en momentos
determinados. Para conseguir el análisis, se colocan variables estadísticas en los puntos que
se desean observar. Es decir, si se quiere mirar los paquetes perdidos en un receptor, se ha
de seleccionar dicha variable, dentro de la lista de variables que tiene dicho receptor.
WiMAX en Opnet
Una vez explicado en qué consiste OPNET y sus partes más destacables, ahora falta saber
qué tiene implementado con respecto a la tecnología IEEE 802.16. El modelo WiMAX
incluye un módulo de simulación de evento discreto que permite analizar el rendimiento de
la red inalámbrica en una red de área metropolitana. El modelo implementado de WiMAX
incluye gran parte de las características del estándar IEEE 802.16e [50].
Node Models
Dentro del modelo de nodos, se observa que WiMAX tiene implementados los objetos que
se muestran en la figura D.7, dentro de la paleta de diseño del programa:
ANEXOS 106
Figura 0.7 Paleta de objetos.
Application Config:
Aquí hay definidas una serie de aplicaciones, al incluir dicho nodo, podemos utilizar las
aplicaciones que están definidas, como: FTP, VoIP, Streaming, descarga HTTP pesad.
Opnet Modeler soporta tres tipos de radio bases (BS). A continuación se muestran las
diferencias entre ellas [51]:
Wimax3_bs_atm2_ethernet2_slip4_wlan_router:
Esta radio base contiene una antena tri-sectorial. La estación tiene funcionalidad de router.
Contiene dos interfaces ATM, dos interfaces ETHERNET, cuatro interfaces SLIP, una
WLAN y tres de WiMAX, una para cada sector.
Wimax_bs_atm8_ethernet8_fr8_slip8_router:
Esta radio base tiene una antena con un único sector, es por eso que solo tiene una interfaz
WiMAX, también tiene funcionalidad de router. Contiene ocho interfaces ATM, ocho
interfaces ETHERNET, ocho interfaces SLIP y otras ocho para Frame Relay.
Wimax_bs_ethernet4_slip4_router:
La última también es de un único sector, y contiene cuatro interfaces ETHERNET y cuatro
SLIP. También tiene funcionalidad de router.
Además de estos tres tipos de radio bases se dispone, a su vez, de tres tipos de suscriptores
(SS) [51]:
ANEXOS 107
Wimax_ss_server:
Una estación suscriptora con funcionalidades de servidor.
Wimax_ss_workstation:
Otra opción es coger un suscriptor con funcionalidades de “Workstation”
Wimax_ss_wlan_router:
Un móvil suscriptor con funcionalidades de router. Este además tiene una interfaz Wireless
LAN.
A parte de todo lo descrito hay un objeto más, que se encarga de la configuración global
[51]:
WiMAX_Config:
Este nodo u objeto se usa para configurar parámetros como clases de servicio o perfiles de
capa física. En la figura D.8, aparecen los atributos y valores de este objeto. Haciendo un
clic encima de él se despliega el siguiente cuadro donde se pueden modificar características
de WiMAX tales como: Perfiles AMC “Adaptive Modulation and Coding”, parámetros de
contención o el modo de eficiencia.
Además se pueden modificar parámetros a niveles MAC, como serían las clases de
servicio, y parámetros a nivel físico para OFDM o SC.
Figura D.8 atributos WiMAX.