Wifi Rural

Scientia et Technica Año XVI, No 48, Agosto de 2011. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 127

Fecha de Recepción: 28 de Abril de 2011

Fecha de Aceptación: 21 de Julio de 2011

DISEÑO DE UN ENLACE WI-FIAUTÓNOMO COMO UNA SOLUCIÓN DE

CONECTIVIDAD PARA ZONAS RURALES.

Design of an autonomous Wi-Fi link as a solution for connectivity in rural areas.

RESUMEN

Este documento describe la experiencia de diseño, implementación y pruebas de

campo de un enlace de largo alcance, alimentado con energía solar, utilizando

radios Wi-Fi modificando parámetros de su MAC. El sistema es una alternativa

para la conectividad de zonas rurales. Se utilizó el simulador RadioMobile

durante el proceso de diseño. Se evaluó el desempeño del sistema entre dos

estaciones separadas 10.22 Km alcanzándose una tasa promedio de transferencia

en TCP de 13.8 Mbps. El sistema se diseñó para permitir una operación continua

de 24 horas durante 3 días con bajos niveles de radiación solar.

PALABRAS CLAVES: Energía Solar, Iperf, MAC, Radio enlaces, Radio

Mobile, Rural, Wi-Fi, IEEE 802.11.

ABSTRACT

This document describes the experience of design, implementation and field tests

of a long-range radio link using solar energy and Wi-Fi radios with

modifications in parameters of the MAC. The system could be an alternative for

rural areas connectivity. Radio Mobile simulator was used during the design

process. The performance of the system was evaluated between two separate

stations 10.22 Km, getting an average data transfer of 13.8 Mbps over TCP. The

system was designed to allow 24-hour continuous operation during 3 days with

low solar radiation.

KEYWORDS: Solar Energy, Iperf, MAC, Radio Link, Radio Mobile, Rural,

Wi-Fi, IEEE 802.11.

ÓSCAR GUALDRÓN G.

Ph D. M.Sc.

Ingeniero Sistemas, Físico

Profesor Titular

Director Grupo CPS

Universidad Industrial de Santander

gualdron@uis.edu.co

JOSE RUGELES U.

Ingeniero Electricista y Electrónico,

Magister en Ingeniería Electrónica.

Investigador Grupo CPS.

Universidad Industrial de Santander

joserugeles@cps.uis.edu.co

RICARDO DIAZ S.

Ingeniero Electrónico, MSC(C).

Estudiante de Maestría en ingeniería

Electrónica

Universidad Industrial de Santander

rdiazcps@hotmail.com

Grupo de investigación en

Conectividad y Procesado de señal

(CPS). Universidad Industrial de

Santander.

1. INTRODUCCIÓN

Aunque existen algunas iniciativas y programas

gubernamentales para mejorar la conectividad en algunas

regiones de países en vías de desarrollo, generalmente

estos esfuerzos no se orientan a los sectores rurales

donde existe una baja densidad de población. Estas

comunidades se encuentran en algunos casos marginadas

y desprotegidas. No cuentan con vías de acceso ni

suministro de energía eléctrica, tienen elevados niveles

de analfabetismo, carecen de servicios de salud y mucho

menos hacen parte de algún tipo de programa para la

prevención contra posibles desastres naturales.

Entre las alternativas tecnológicas que permiten ofrecer

conectividad en zonas rurales se encuentran: Very small

aperture Terminal (VSAT), Worldwide Interoperability

for Microwave Access (WIMAX), Terrestrial Trunked

Radios (TETRA), Code Division Multiple Access en

450MHz (CDMA450), Digital Cordless Phone System

(DECT) y Wireless Fidelity (Wi-Fi). Cada una de ellas

con características técnicas tales como: cobertura, banda

del espectro electromagnético que ocupan, ancho de

banda, número de estaciones que pueden acceder al canal

de comunicación en forma simultánea, tipos de servicios

que puede soportar la red, consumo de energía, además

de los costos asociados para su instalación y

funcionamiento. [1]

Wi-Fi es una marca registrada que garantiza la

interoperabilidad entre fabricantes bajo el estándar IEEE

802.11para ofrecer conectividad a varios usuarios en una

red de área local (< 300 m). Esta tecnología de espectro

ensanchado se destaca por su buen desempeño, bajo

costo y consumo de potencia y alta flexibilidad,

entendiéndose este factor como la posibilidad de

realizar variaciones sobre la capa MAC de los radios.

Estas características acompañadas por la selección de

antenas de alta ganancia, hace posible ofrecer

conectividad para el diseño de enlaces de largo alcance.

Scientia et Technica Año XVI, No 48, Agosto de 2011. Universidad Tecnológica de Pereira.

128

Considerando que en zonas rurales con baja densidad de

población no solo la disponibilidad sino la continuidad

del suministro de energía son limitadas, se hace necesario

diseñar este tipo de sistemas utilizando sistemas

fotovoltaicos para garantizar su autonomía. Para el

dimensionamiento de este tipo de sistemas es necesario

establecer el periodo de tiempo de operación del sistema

de comunicación y el consumo de energía requerido en

los diferentes modos de trabajo: reposo, recepción y

transmisión. Es necesario realizar además un balance

energético entre el recurso solar disponible, la potencia

generada por el panel solar seleccionado y la capacidad

del banco de baterías, con el propósito de establecer el

nivel de autonomía del sistema fotovoltaico.

Una adecuada planificación y diseño de enlaces Wi-Fi de

largo alcance se puede lograr empleando herramientas de

simulación para realizar un dimensionamiento de los

sistemas donde se tiene en cuenta la potencia entregada

por los radios, las perdidas en los cables y conectores, los

niveles de sensitividad, la ganancia de las antenas, la

frecuencia de operación, la separación entre las

estaciones y las pérdidas de espacio libre además de las

ocasionadas por fenómenos de propagación inalámbrica.

Mediante la planificación se busca garantizar que el nivel

de señal recibida en el enlace siempre sea mayor que el

nivel sensitividad de los radios, parámetro que se

relaciona directamente con tasa máxima de transmisión

posible en la capa física.

En este documento se describe la experiencia de diseño

...