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Instalación de redes inalámbricas en bandas sin licencia

19 de Octubre de 2015

Estamos ya en la tercera entrega de la serie Cuentos de las torres: artículos acerca de la instalación de redes Wi-Fi a gran escala en bandas sin licencia. El tema: compartir y compartir por igual.

Si bien el tema para el artículo de hoy iba a ser la instalación de AP en postes, la semana anterior ocurrió un imprevisto que estimo vale la pena compartir con ustedes antes de seguir avanzando.

Tengan siempre presente que el ancho de banda sin licencia es un bien compartido. Es prudente también mantener una buena relación con la competencia o quien esté en la zona utilizando ancho de banda sin licencia. En ocasiones no es fácil, pero vale la pena (y mucho) intentarlo.

El proyecto Glendale en Arizona


Los semáforos y las cámaras son una muy buena aplicación para radios de 4.9 GHz o 5.8 GHz en los escenarios sin fibra instalada. Por ejemplo, en nuestro caso, conectamos varios semáforos en la ciudad de Glendale, Arizona (EE.UU.) un mes antes de que la ciudad fuera sede del evento deportivo Super Bowl 2007. La red, en su totalidad, consistía de equipos SkyPIlot de 5.8 GHz con cámaras marca Pelco. El sistema se utiliza para el monitoreo de las intersecciones y como sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos, según sus siglas en inglés) para los semáforos, lo que permite a la ciudad hacer el ajuste manual de los semáforos antes y después de ciertos eventos, y optimizar así el flujo de tráfico. La ciudad hace poco cerró una licitación para la siguiente etapa que estaba gestionada por el Departamento de Transporte de Arizona (ADOT, según sus cifras en inglés). Por alguna razón que todavía no comprendo, quitaron la cláusula de compatibilidad con el sistema en vigencia, y simplemente optaron por una oferta menor. Debido al costo de los equipos de SkyPilot, era obvio que la menor oferta no iba a ser SkyPilot o un sistema compatible, sino algo diferente, por lo que ahora la ciudad soportará varias redes integradas o mesh con los costos adicionales a largo plazo que ello implica. Quien controla la financiación escribe las reglas, pero parece que no tiene obligación de financiarlo él mismo.

Lo anterior llevó luego a otro proyecto para conectar 13 semáforos con 50 cámaras de alta definición en resoluciones de hasta 1600×1200 píxeles. Para este proyecto optamos por cámaras Axis. Las óptimas, cámaras fijas y PTZ, tenían que ser de 1080p, 24 cuadros por segundo y H.264. El proyecto se acercaba a casi todas estas especificaciones, pero era necesario hacer algunas concesiones. Podíamos conseguir cámaras PTZ y H.264 a 720p, u obtener 1600×1200 a una velocidad de cuadros menor con MPEG-4. Quizás futuras intersecciones podrían llegar a tener cámaras de 1080p. Esto bastaba para cumplir con los requisitos del sistema para la aplicación, es decir, gestión de semáforos, reconocimiento de placas automovilísticas, análisis de video, y
un software a futuro de reconocimiento facial.

De una forma u otra, para que funcionara, necesitábamos de mucho ancho de banda en la municipalidad, donde no había otras antenas. Un paneo rápido mostró equipo adicional en la zona, con niveles de señal bastante bajos.

Optamos por el AP Ubiquiti 802.11n Rockets con antenas sectoriales de polaridad dual, 20dBi, y 90 grados. El sistema posee cuatro AP y antenas sectoriales en la Municipalidad para una cobertura de 360 grados. Cada foco, dependiendo de su distancia hasta la Municipalidad, recibe una Nanostation 5M (antena integrada) o una Rocket 5M (antena sectorial de panel plano externa).

También añadimos 2.4 GHz, 802.11n a todas las intersecciones para un uso futuro, es decir, USD 200 adicionales al costo de cada intersección, con un alcance de 150 metros a una computadora portátil.

Encendimos el primer AP hace algo de seis meses y cubrimos una intersección de tres vías con tres cámaras y una segunda estación cliente para enlaces de retorno o backhaul de la información a uno de los parques urbanos. El parque contaba con empleados para mantenimiento y una cámara para el área de patinaje. El segundo AP estaba listo para prenderse esta semana y cubrir así los 90 grados fuera de la Municipalidad, pero en ese momento descubrimos que entre el momento de encendido del primer AP de base y el segundo, un par de meses más tarde, el Departamento de TI había pedido a un WISP local la instalación de una radio Motorola Canopy en el techo exterior, sin notificación previa al Departamento de Transporte. Lo más divertido es que la radio estaba en la banda de 5.8 GHz.

Nuestro sistema de tráfico había sido diseñado para utilizar los 100 MHz en su totalidad de la banda 5.8 GHz, y había sido diseñado con niveles de señal para cada link entre -50 y -65dBm. Como la regla general es al menos 10dB de altura en la ruta del link, y la señal mínima para AP con un link MCS15 (130-144 Mbps de frecuencia de modulación), 2×2 MIMO es -75dBm, uno intenta diseñar en base a que la peor señal en el receptor sea -65dBm. Con los niveles de señal con antenas direccionales del lado del cliente a tres kilómetros o menos, interferir con este sistema se vuelve bastante difícil.

En un gesto de cortesía al proveedor, se me ocurrió que sería profesional llamar y preguntarles si podían cambiar la antena Canopy a 5.1 a 5.4 GHz antes de seguir encendiendo más AP. Por desgracia, cuando uno se cruza con empleados de soporte técnico de WISP sin experiencia, quienes piensan que cualquier producto que utilicen es considerablemente mejor que el producto que uno está usando, estamos frente a un problema. La conversación empezó con mi pregunta sobre si era posible que tuvieran otras alternativas de frecuencia, a lo que el técnico me preguntó qué equipo estaba usando. Le contesté, y luego afirmó: “Nuestro equipo pisoteará al tuyo”. Me di cuenta de que no era esta la persona con quien tenía que hablar para resolver el problema.

Los productos inalámbricos manejan la interferencia de maneras diferentes entre sí: un mejor filtrado, polaridad múltiple, diversidad, formación de haces, mejor firmware, entre otras técnicas, son las utilizadas para mejorar la calidad de conexión. Por supuesto algunos equipos funcionan mejor que otros en ambientes que presentan interferencia alta. Sin embargo, 802.11n no siempre funcionan muy bien con radios 802.11b/g u 802.11a. Sumado a esto, las reglas de la física terrestre no han cambiado: si lanzan una señal MIMO 2×2 con una antena de alto alcance y una PIRE total de mínimo 42dBi en ambas polaridades, habrá interferencia. Esto es verdaderamente cierto si la estación base de la competencia se ubica a una distancia de 300 metros y su sistema se basa en un nivel de señal de PIRE de 30dBm desde los AP. Dado que el sistema de tráfico se diseñó con una ruta de señal de nivel muy alto con multipolaridad MIMO 2×2, no nos preocupaba demasiado que el WISP local fuera a interferir con el sistema de tráfico. Por otro lado, estaba claro que el sistema de tráfico iba a generar algo de interferencia en las operaciones del WISP. Me pregunté si eso no estaba sucediendo ahora, pues lo último que pretendía era generar una guerra entre el gobierno de una ciudad y un WISP local.

Debido a que el WISP ya brindaba sus servicios a algunos de los votantes registrados, no era una buena idea. Mi ego me decía que girara las dos antenas sectoriales restantes directamente a la estación base del WISP, al otro lado de la calle, que programa las dos radios con un canal de 40 MHz de ancho para cubrir la mayor parte de la banda 5.8 GHz, encender únicamente el mono 802.11n, multidifundir Transformers 2 en modo UDP a mi otra computadora portátil y teléfono, y cambiar la potencia a 48dBm de PIRE. Me pareció que podía enseñar algo acerca de la RF y la relación señal-ruido, además de cómo ser cortés cuando otras empresas están haciendo las cosas bien. En lugar de eso, llamé nuevamente y hablé con la gerencia del nivel superior para acordar una reunión y evaluar qué hacer. En ese momento me enteré, como bien sospechaba, que el sistema de tráfico del primer AP podía estar causando algunos problemas de interferencia. Por desgracia, ese AP de sistema de tráfico funciona también para el parque de la ciudad y ha estado en operación por varios meses. A modo de cortesía, lo mejor que podía hacer era cortar la potencia hasta tener un plan de estrategia cooperativa con el WISP.

Ahora sí podemos proseguir con nuestro diseño. La combinación de AP que estamos considerando tendrá una PIRE de hasta 36dBm, además de ser 802.11b/g/n compatible en 2.4 GHz, lo que lo hará mucho más poderoso que la mayoría de los sistemas de interior. Existen algunas formas de limitar la interferencia, y todos los que comparan tales bandas deberían tenerlas presente. Resulta una política sabia hacer el diseño de la ingeniería pensando en la mínima cantidad de potencia que se necesita. Además, es preciso considerar usar la menor cantidad de ancho de banda posible, Si no se necesita un canal de 40 MHz, no lo use. Así, se ganan 3dB del lado del receptor sin necesidad de potencia adicional, en el caso de utilizar un canal de 20 MHz. Si se baja a 10 MHz, se obtienen 3dB más, y así… a mayor estrechez del canal, mayores son las probabilidades de que llegue la señal.

Muchos de quienes están leyendo quizás ni estén interesados en compatibilidad 802.11b/g. Si el sistema se usa únicamente en un lugar donde uno controle tanto los AP como las radios cliente, entonces son posibles algunas variantes. En ese caso, la mejor opción es usar 802.11n, lo que da por resultado menos AP y un mejor rendimiento. También es posible, en el mismo escenario, llegar a 100 usuarios en un AP o incluso 300-400 en un mismo poste. Si todos los equipos son del mismo fabricante, vale considerar un canal de 5-10 MHz, que igual podrá distribuir 12-25Mbps por AP. Ejecutar MIMO 2×2 duplica el throughput a 25-50Mbps en un canal de 5 MHz, que suele ser más de lo que la mayoría necesita para un link. Con un canal de 5 MHz, habrá seis canales con los que trabajar en 2.4 GHz, en lugar de solo tres.

La cooperación necesaria en las bandas sin licencia


Más allá de lo que se instale, probablemente se genere interferencia con los otros sistemas existentes. Es importante observar que los sistemas cercanos pueden ser de vital uso para hospitales, sistemas de voz, vigilancia por video, redes de oficina, etc. Por ejemplo, hace algunos años, vimos cómo un AP de exterior en el estadio Scottsdale (en Arizona) descolgaba un sistema de voz inalámbrico ubicado en un hospital de las inmediaciones. Recibimos el llamado teléfonico pertinente y rápido porque habíamos detallado nuestro teléfono en el SSID: Ajustamos nuestras antenas y resolvimos así el problema. Es necesario hacer paneos en todo sitio para entender las ramificaciones de la instalación, además de para poder entender las áreas de cobertura propias.

Teniendo presente todo lo anterior, si yo viera una radio Motorola Canopy en el techo y pensara que sería una buena idea contactar al proveedor, ¿en qué estaba pensando el instalador cuando vio todos los equipos Ubiquiti y la radio Motorola PTP600? Claramente no hizo ningún tipo de paneo. La realidad es que este suele ser el comportamiento estándar de la mayoría de las empresas.

Muchas que alquilan el espacio en un techo para AP lo hacen a través de una empresa de gestión inmobiliaria. Por lo general no hay gestión de ancho de banda en los techos, y así, cuando alguien finalmente logra que las frecuencias se solapen unas con otras, empieza la avalancha de problemas. Por ejemplo, si no tienen otra opción a la vista, los administradores pueden aumentar la potencia para remediar la interferencia, lo que genera aun más problemas (de sonido y filtrado del canal). Lo responsable en esta situación sería notificar a todas las partes involucradas a fin de evaluar si existe la posibilidad de que trabajen de forma conjunta. Por supuesto, es un sentimiento no compartido por todos, o puede ser también que algunos instaladores del campo no estén lo suficientemente capacitados para advertir esta situación, aunque también puede darse, por qué no, que no les importe.

A menos que me encuentre con otro individuo de soporte técnico que desconozca el concepto de cooperación y me sea preciso hacer catarsis, continuaremos con la historia de nuestro proyecto en el próximo artículo. Por ahora sigo trabajando en algunos asuntos de certificación de equipo de la Comisión Federal de Comunicaciones en torno al diseño. No es que no podamos hacerlo, pero quiero el máximo rendimiento, y el equipamiento que necesito para ello todavía no está disponible. También estoy a la espera de probar nuevos productos que puedan mejorar el sistema. Construir un sistema sin límite de presupuesto puede hacerlo cualquiera: lo divertido es crear un sistema confiable y de clase portadora con casi nada, porque es lo que muchas ciudades tienen en el bolsillo hoy en día. Cualquier producto con el potencial para cuidar el bolsillo ha de llamar la atención. En el próximo artículo volvemos a poner manos a la obra.

Fuente:  http://www.muniwireless.com/

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