CAPITULO 6. APLICACIÓN DEL PROYECTO
6.13 Calculo del Ancho de Banda que transmitirá el radioenlace
El primer paso que se hizo fue determinar el ancho de banda que se necesitará por cada zona, tomando el caso más crítico en el cual todos los dispositivos estarán transmitiendo simultáneamente y a esto aumentando el 20% recomendado de usuarios.
Al hacer el estudio por zonas en la mina, dependiendo de los servicios con los que contarán cada una de ellas, se obtuvo el Ancho de Banda total que es de 38.179 Mbps.
Para servicios digitales (telefonía, voz, datos, fax, video conferencia, etc.), el usuario debe considerar para el cálculo de ancho de banda ocupado (AB, en Hz), las siguientes fórmulas:
( )
(
RollOff)
FM
FEC
V
AB
+
=
inf1
1
1
(6.8) Donde:• Vinf= Velocidad de información
• AB (Hz): Ancho de banda que necesitaremos para satisfacer los servicios en la mina
• FEC (Forward Error Correction): Es la corrección de errores que se le aplica a los datos en la transmisión final. Lo ideal sería utilizar todo el ancho de banda disponible y poder usarlo de forma simultánea para obtener la mayor tasa de información del usuario. Como regla general, si se tiene un ancho de banda de sobra, se puede utilizar una modulación de orden inferior, o una tasa más alta FEC (como 1 / 2 o 2 / 3) para difundir la señal fuera. Si se tiene potencia de sobra, se puede utilizar una modulación de orden superior y / o menor tasa de FEC (como 3 / 4 o 7 / 8).
• FM: Es el factor de modulación (tasa de transmisión de bits por símbolo), esto depende que cada tipo de modulación y de su constelación.
Ejemplo:
Para modulación 16QAM su constelación es de 16 símbolos, lo cual nos lleva a usar la formula de:
n
FM
=
2
(6.9) Donde n es el número de símbolos16
24
=
Y se observa que para la modulación 16QAM se tiene un FM=4. Y otros ejemplos como BPSK=1, QPSK= 2, 8PSK= 3, 8QAM= 3.
• Roll Off: atenuación gradual de la respuesta de la ganancia/frecuencia, en cualquiera o ambos extremos de la banda de paso. Es valor de respuesta de los filtros de banda base y radiofrecuencia. El roll-off es menor que la unidad, a fin de considerar un filtro de características adecuadas
Al hacer uso de los filtros SRRC (R=0.35 y R=0.5) y sin amplificador. Se ha comprobado que el filtrado con SRRC, independientemente de su factor de roll-off, no produce ningún efecto sobre las curvas al haber sincronizado idealmente nuestro receptor con la señal recibida, de forma que el muestreo siempre se realiza en el centro de cada símbolo. Así, las curvas obtenidas utilizando el filtrado son las mismas que para datos. Se ha observado que se puede transmitir a una mayor tasa de bits, utilizando factores de roll-off menores, si se mantiene constante el ancho de banda.
Con esta fórmula se hicieron diferentes escenarios, para saber que modulación nos da un mejor ancho de banda.
MODULACION 16PSK/16QAM
Vel. de Transmisión (Mbps) 38.179 Vel. de Transmisión (Mbps) 38.179 Roll Off % 0.5 Roll Off % 0.5 FEC 1/2 FEC 3/4
FM 4 FM 4
Bandwidth Base band, MHz 28.63 Bandwidth Base band, MHz 19.09
Bandwidth Base band, dBMHz 44.57 Bandwidth Base band, dBMHz 42.81
Tabla 6.4 Escenarios de modulación 16PSK/16QAM
En la tabla anterior, se muestran dos escenarios con los cálculos de ancho de banda para la mina, al usar modulación 16QAM se nota que el ancho de banda es menor, pero también al variar el FEC se ahorra ancho de banda
La velocidad de transmisión se obtuvo del análisis por zona en la mina, el Roll off se tomó de 0.5 como recomendación, para un FEC de ½ a cada bit transmitido el segundo es de corrección y para un FEC de ¾ a cada tres bits transmitidos el cuarto es de corrección, con este FEC se puede ahorrar ancho de banda y por último el Factor de Modulación es 4, esto en base a los 16 símbolos de la modulación 16QAM.
Obteniendo como resultado un Ancho de Banda de 19.09 MHz.
Esto nos lleva también a justificar el uso de la Banda de 2.4 GHz, ya que cada canal tiene un ancho de banda de 22MHZ, lo cual satisface los servicios en la mina. También los dispositivos recomendados pueden usar modulación 16QAM.
CONCLUSIONES
La mina en general es un proyecto de varios años y está sujeta a un fuerte crecimiento. Por lo tanto lo que se ofrece en este proyecto es, de manera general, un diseño práctico y perfectamente sustentado para hacer que el sistema de comunicación sea flexible para adecuarse a los cambios y necesidades de la empresa.
Como el diseño se concibió de acuerdo a lo solicitado por la empresa, es importante resaltar que el proveedor de servicios de internet solamente entregará el acceso al servicio mismo y la distribución dentro de la organización será privilegio de la empresa misma realizarlo no dejando en manos del proveedor de servicio esta distribución y determinación.
Este proyecto reúne las condiciones necesarias a cubrir para ofrecer de una manera totalmente factible la creación de una red en la zona minera haciendo llegar los servicios mediante la alternativa seleccionada (radioenlace) y a partir de aquí es necesario enfocarse en cada uno de los puntos que, por el tiempo, dimensión y alcance del proyecto no se pudieron detallar a fondo, pero es claro que con lo sustentado es suficiente para ser utilizado como guía y columna vertebral del proyecto integral que permitirá que la mina esté bien comunicada además de que se puede adecuar a las características de la zona de trabajo es decir donde se requiere movilidad se usa la red inalámbrica y en zonas fijas se establece cableado
• Para la construcción del radioenlace existen muchas marcas que proporcionan el equipo, soporte, tecnología, calidad y todas las facilidades para realizar un buen sistema de comunicaciones confiable y a bajo costo.
• Al usar diferentes tipos de modulación digital obtenemos diferentes anchos de banda con respecto a la cantidad de información que se quiere transmitir. Mientras más compleja sea la modulación el ancho de banda será menor, pero la información será más propensa al ruido y a distorsiones.
• El uso de la banda de 2.4 GHz, facilita la búsqueda de equipos ya que es de uso común, otra ventaja importante es que no requiere licencia y es de uso libre. El uso de los canales dentro de esta banda varía dependiendo de la región o país. Se puede usar cualquier canal pero se debe tener en cuenta las interferencias entre ellos. Cada canal tiene un ancho de banda de 22MHz y no debe traslaparse con los demás.
• Los puntos de acceso posibilitan la construcción de una red inalámbrica, que permite integrarla adicionalmente a los equipos que soportarán la base funcional programática de la compañía, permitiendo una gran flexibilidad posibilitando cambio de ubicación de los equipos a voluntad estando dentro del área de cobertura de estos puntos de acceso sin que las condiciones geográficas específicas de cada una de las zonas afecte en forma determinante. Es prudente indicar que todos los puntos de acceso estarán intercomunicados para el intercambio confiable de la información
• Los requerimientos telefónicos se satisfacen a través del uso, en primera instancia de software con licencia libre sin ningún costo asociado y con la ventaja de poner a prueba el
software para observar si cumple con las necesidades de los usuarios en la transferencia de voz y video. Existe software con costo en licencias VoIP, es decir que desde que se obtiene el software se tiene que pagar un monto que va entre los $700.00 y $9,000.00 MN por la licencia o adquirir un plan de servicio, resulta un poco incomodo al cliente porque tendría que pagar un monto temporalmente o por contrato para poder utilizar el software y darse cuenta si este satisface las necesidades que el tenga, a pesar de haber leído todas las ventajas del software con anticipación.
• La videovigilancia se ofrece de acuerdo a la zona de trabajo en lugares específicos y en ellos cámaras especiales para monitorear principalmente la entrada a minas y centros de trabajo y tener una mejor supervisión de maquinaria y personal que acceda, además de que pueden ser móviles. El sistema de videovigilancia puede ser utilizado en forma remota y esto hace que el personal calificado pueda acceder al monitoreo desde cualquier lugar.
RECOMENDACIONES
Se debe establecer en conjunto con la empresa los criterios que normaran la administración de la plataforma de comunicaciones ofrecida en el presente estudio abarcando aspectos tales como perfiles de usuarios, accesos privilegiados o servicios de seguridad, esquema de recuperación en caso de desastre, etc.
Radioenlace.
Debido a la complejidad de los estudios del radioenlace no se consideraron varios aspectos muy minuciosos para la confiabilidad más exacta del enlace, por lo cual se hizo un cálculo flexible y sobrado para cubrir los efectos o pérdidas en la transmisión de la información.
Es un proceso largo para obtener un porcentaje alto de confiabilidad por los diferentes estudios más especializados que se tienen que realizar para saber las diferentes atenuaciones y pérdidas de la señal a lo largo de su trayectoria hasta llegar a su destino.
• Canales de la banda: Con base en la norma 802.11 b/g se recomienda el uso de los canales de acuerdo a cada país, esto es para evitar las interferencias entre canales. Se recomienda el uso de los canales con una cierta separación de ancho de banda para evitar los traslapes entre ellos.
• Transmisor-receptor y Antenas: Los equipos que cuentan con las especificaciones requeridas en el proyecto pueden ser de las siguientes marcas ya que por sus características son las más recomendables para este proyecto, pero existen más en el mercado:
o Teletronics o Syscom o Maxrad
Para fines del proyecto podemos considerar la marca Teletronics que cuenta con dispositivos que cumplen con los requerimientos especificados (para mas información véase Anexo E):
o Teletronics TT2400 o Teletronics TT2400X
En el caso de las antenas las marcas son similares. Debido a la gran distancia del radioenlace, se recomienda que sea una antena parabólica.
o Teletronics Item 15-555 Antena de rejilla de 30 dBi en la banda de 2.4GHz o Teletronics Item 15-550 Antena de rejilla de 27 dBi en la banda de 2.4GHz
• Cableado: Una posibilidad es que la antena y el transmisor-receptor se instalen juntos y no exista la atenuación por la distancia y tipo de cable.
Para evitar demasiada atenuación en el radioenlace se pueden usar varios tipos de cables dependiendo de sus pérdidas
Tipo de cable Pérdida [dB/100m]
RG 58 ca 80-100 RG 213 ca 50 LMR-200 50 LMR-400 22 Aircom plus 22 LMR-600 14 Flexline de 1/2” 12 Flexline de 7/8” 6,6 C2FCP 21 Heliax de ½ “ 12 Heliax de 7/8” 7
Tabla de valores típicos de pérdida en los cables para 2,4GHz.
• Tipo de Torres: Estas estructuras pueden variar según las necesidades y las condiciones del sitio en donde se vaya a colocar. Existen desde torres arriostradas (torres con tirantes), torres auto soportadas, monopolos, mástiles, entre otras, las cuales suelen estar compuestos por perfiles y ángulos de acero unidos por tornillos, pernos o remaches o por medio de soldadura. estas estructuras podrán ser de diversas alturas, dependiendo de la altura requerida para poder suministrar un correcto funcionamiento. Existen actualmente muchas compañías que se dedican a fabricar estas estructuras y muchas de ellas tienen sus modelos optimizados para que se tenga un correcto funcionamiento de la estructura, en donde los perfiles y ángulos varían de tamaño y espesor dependiendo de la altura de la estructura, y del lugar en donde se va a construir, afectando principalmente la velocidad del viento que exista en el lugar en cuestión. Algunos tipos de torres recomendadas serian:
o Torres Arriostradas o Atirantadas (Sobre Edificaciones): usando al centro
de la edificación no se encuentre una columna para poder apoyar la base de la torre, se puede recurrir a la colocación de alguna viga de acero o alguna estructura para que la torre se apoye. Esta estructura podrá ya apoyarse sobre otras columnas de la edificación.
o Torres Autosoportadas: Estas torres se construyen sobre terrenos, en áreas
urbanas o cerros, y deberán de contar con una cimentación adecuada para poder resistir las fuerzas a las que están sometidas. La geometría de estas torres depende de la altura, la ubicación y del fabricante de la torre.
o Torres tipo Monopolo (por estética del lugar): Estas estructuras son
instaladas en lugares en donde se requiere conservar la Estética, pues son las que ocupan menos espacio, y se pintan de algún color o se adornan para que se permita que la estructura se camuflaje y se simule la vegetación. Como estas estructuras están sobre terrenos, se deberá de construir una cimentación adecuada para resistir los efectos de la misma.
o COMPAÑIATORRES AUTOSOPORTADAS: Estas torres son consideradas
la más viables para el proyecto ya que se construyen sobre terrenos, en áreas urbanas o cerros, y deberán de contar con una cimentación adecuada para poder
montadas. El tiempo de fabricación de las torres autosoportadas es de 6 a 8 semanas, dependiendo del tamaño de la torre.
Equipos de la red
Entre las propuestas de proveedores de equipos están las siguientes:
o MOTOROLA o 3COM o TRENDNET o HP
• Ya que estas marcas ofrecen las mejores alternativas en sus equipos, para satisfacer las necesidades de la red cuentan con la mejor calidad asegurando el funcionamiento adecuado de los dispositivos y la propia red.
• Los equipos disponen de especificaciones que ayudan a construir una red preparada con soporte para una mejor administración y el refuerzo de la seguridad en la red.
• Ofrecen una buena practicidad y funcionalidad.
• Diseñados para brindar fiabilidad, larga vida y un bajo coste para la infraestructura de la red.
• Con un mejor rendimiento traducido en un mejor acceso a los recursos de la red.
• (Para mayor información consultar anexo E)
Propuestas o sugerencias acerca de los dispositivos de la red
La red diseñada cuenta con puntos de acceso los cuales proporcionan servicios inalámbricos; este se conecta con un ruteador en la zona principal y otro en la zona C, en cada una de las zonas se encuentra un switch el cual independientemente de que solo tenga un equipo de videovigilancia, el switch tendrá puertos disponibles para la posible expansión de los servicios y de ser necesario estos se conectarían al switch.
Así también la red está diseñada para tener servicios alambricos o totalmente inalámbricos ya que hay disponibilidad de switches y ruteadores inalámbricos, tomando en cuenta que si se toma una esa decisión el costo de la red se elevaría demasiado.
Al establecer en las zonas switches alambricos generarían cierto respaldo en caso de necesitar un servicio adicional que requiera de cableado.
Recomendaciones de Internet
Para implementar los servicios de internet se recomienda usar SDH (Jerarquía digital sincrónica) que es una norma para el transporte de datos en telecomunicaciones formulado por la Unión de Internacional de Telecomunicación (UIT).
SDH posibilita un importante incremento en la flexibilidad y el ancho de banda disponible que provee grandes ventajas respecto de los viejos sistemas de telecomunicaciones.
Estas ventajas incluyen:
o Una reducción en la cantidad de equipamiento y un incremento en la eficiencia de la
red.
o La provisión de bytes de overhead y payload – los bytes de overhead permiten la
administración de los bytes de payload sobre una base individual y facilitan la seccionalizacion de fallos centralizada.
o La definición de un formato de multiplexion sincrónico para trabajar con señales
digitales de bajo nivel (como 2, 34 y 140Mbps) que simplifica en gran medida la interface a los switches digitales, cross-connects digitales y multiplexores
o La definición de una arquitectura flexible capaz de adaptarse a futuras aplicaciones,
con una variedad de tasas de transmisión.
Una de las ventajas fundamentales de SDH es el hecho de que es síncrono. Como SDH es síncrono, permite multiplexion y demultiplexion en un nivel-simple.
Esta multiplexion en nivel-sencillo elimina el hardware complejo, y por lo tanto baja el costo del equipo mientras se mejora la calidad de la señal.
Siguiendo el desarrollo de ANSI, la ITU-T definió un estándar que direccionaría entre las jerarquías de transmisión de 2048 y 1554 Kbps. Este esfuerzo culminó en 1989 con la publicación de la ITU-T del estándar Jerarquía Digital Sincrónica (SDH)
Bit Rate Abreviación SDH Capacidad SDH
51.84 Mbps 51 Mbps STM-0 21 E1 155.52 Mbps 155 Mbps STM-1 63 E1 o 1 E4 622.08 Mbps 622 Mbps STM-4 252 E1 o 4 E4 2488.32 Mbps 2.4 Gbps STM-16 1008 E1 o 16 E4 9953.28 Mbps 10 Gbps STM-64 4032 E1 o 64 E4 39813.12 Mbps 40 Gbps STM-256 16128 E1 o 256 E4
Cámaras de red
Para el servicio de videovigilancia existe una gran competencia en el mercado de equipo de video y vigilancia, para electo de este proyecto se recomiendan las siguientes marcas, ya que cuentan con una enorme gama de productos que cuentan con las especificaciones que requiere el proyecto:
o Samsung o Axis o Syscom
Una de las mejores opciones podría ser la marca AXIS ya que cuenta con equipo de alta calidad, con gran capacidad y confiabilidad y todo a un bajo costo. Los dispositivos más recomendados que cuentan con todas las especificaciones para el proyecto son:
o Cámara de red domo AXIS 233D (PAL) o Cámara de red AXIS 215 PTZ (PAL) o Domo IP AXIS 231D+ (PAL)
Otra gran característica de esta empresa, es que cuenta con mucha información acerca de la implementación de cámaras de seguridad y con apoyo en línea de calculadoras especiales para obtener la mejor calidad de video en cualquier situación.
ANEXO A
PROTOCOLOS
MODELO OSI
El modelo para la interconexión de sistemas abiertos OSI (Open System Interconection) fue desarrollado por la organización internacional para la estandarización ISO (International Standar Organization), este modelo es una estructura en siete niveles o capas, hoy en día es un marco obligado y universalmente aceptado.
Desde el punto de vista de ISO, un sistema abierto es el conjunto de una o más computadoras con su software, periféricos y terminales, capaces de procesar y transmitir información.
Es un modelo que está relacionado con las funciones que tienen que ser desarrolladas por el hardware y el software para obtener una comunicación fiable e independiente de las características especificas de la maquina.
El sistema está compuesto por siete niveles, mediante los cuales dos sistemas informáticos se comunican entre sí.
Características
• Cada nivel está representado por una entidad de nivel. Los niveles equivalentes en dos sistemas diferentes se comunican de acuerdo con unas reglas y convenios denominados protocolos de nivel o protocolos de pares.
• Cada nivel proporciona un conjunto definido por servicios al nivel superior y a su vez utiliza los servicios que le proporciona el nivel inmediatamente inferior.
• La comunicación se realiza a través de los niveles inferiores, siendo el protocolo de pares una abstracción lógica de relación entre las dos entidades comunicantes.
• Si un nivel N desea transmitir una entidad de datos a otro nivel homologo en otro sistema informático, se le pasara al nivel inmediatamente inferior, el cual añadirá información delimitadora propia y a su vez pasara esta información a su nivel inmediatamente inferior. En el sistema receptor cada nivel separa la parte del mensaje que le corresponde y pasara el resto a su nivel inmediatamente superior, que hará lo propio. Así el mensaje del nivel N es como si viajara horizontalmente hasta su nivel homólogo en recepción.
El problema de mover información entre computadoras se divide en siete problemas más pequeños y manejables con el modelo de referencia OSI. Cada uno de los siete problemas más pequeños se representa por su propia capa. Las siete capas del modelo de referencia son:
• Capa 7: La capa de la aplicación.
• Capa 6: La capa de presentación.
• Capa 5: La capa de sesión.
• Capa 4: La capa de transporte.
• Capa 3: La capa de red.
• Capa 2: La capa de enlace de datos.
• Capa 1: La capa de física.