PDF de programación - Estrategia de Integración para equipos 802.11e-EDCA (WiFi) y 802.16 (WiMAX) con soporte para QoS

Máster en Redes de Telecomunicación

para Países en Desarrollo

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN

PROYECTO FIN DE MÁSTER

Estrategia de Integración para equipos 802.11e-EDCA

(WiFi) y 802.16 (WiMAX) con soporte para QoS.

Autora: Nydia Mendiola Almaraz

Tutor: Francisco Javier Simó Reigadas

Curso académico 2009/2010

ACTA DE EVALUACIÓN

Alumna: Ing. Nydia Mendiola Almaraz
Titulación: Máster en Redes de Telecomunicación para Países en Desarrollo
Título del Proyecto: Estrategia de Integración para equipos 802.11e-EDCA (WiFi) y 802.16
(WiMAX) con soporte para QoS.
Tutor: Dr. Ing. Francisco Javier Simó Reigadas

TRIBUNAL

Presidente:
Vocal:
Secretario:

CALIFICACIÓN DETALLADA DEL PROYECTO
Presidente Vocal Secretario

Presentación escrita (MB-B-R-M-MM)
Presentación oral (MB-B-R-M-MM)
Complejidad técnica (MB-B-R-M-MM)
Metodología empleada (MB-B-R-M-MM)
Resultados obtenidos (MB-B-R-M-MM)
Esfuerzo realizado (MB-B-R-M-MM)

CALIFICACIÓN FINAL DEL PROYECTO

(nota numérica) Enmarcar la calificación alcanzada

SB / NOT / AP / SS / NP

PROYECTO PROPUESTO PARA MATRÍCULA DE HONOR: SÍ / NO

(sólo si la nota numérica final es igual a 10)

Fuenlabrada, ..... de Julio de 2010

El Presidente

El Vocal

El Secretario

III

IV

Agradecimientos

Después de una interminable lista de correcciones y varios meses de intenso trabajo, por fin este do-
cumento ha llegado a su fin; esto me da mucho gusto porque implica el final de una etapa en mi vida en
la cual he aprendido muchas cosas y he tenido la oportunidad maravillosa de conocer un nuevo país,
una nueva cultura y una forma diferente de hacer y ver las cosas.

En primer lugar quiero agradecer a mi director, pues sin él esto no hubiera sido posible; Javier, mu-
chas gracias por todo el apoyo que me brindaste, por tus consejos, tu paciencia y tus observaciones,
siempre oportunas, y sobre todo por la confianza que siempre has tenido en mí.

No puedo olvidar agradecer a la Universidad Rey Juan Carlos por abrirme sus puertas, y en especial
a todos mis profesores del Máster COMPAD, por todo el conocimiento transmitido, su amistad y apoyo
en todo momento.

A Jon, por ser parte de mi vida y porque gracias a él estoy hoy aquí escribiendo estas palabras, por
ser mi compañero y amigo, por su apoyo incondicional y su aguante, por todas sus enseñanzas y conse-
jos, que me han dado soporte en todo momento. A mi familia, porque a pesar de la distancia siempre me
han apoyado incondicionalmente en todos mis proyectos. A mi mamá, por estar siempre pendiente de mi
y por su cariño, por ser mi ejemplo a seguir; a mi papá, por todos sus consejos y sus palabras; a mis
hermanas Lore, Mayra, Nelly y Khyaris, por ser parte de mi vida y estar conmigo en las buenas y en las
malas.

A Marina y Juanma, mis compañeros de batalla en gran parte de este proyecto. Y a toda la gente
maravillosa con la que he compartido esta etapa de mi vida: a Patricia y Katty por su amistad y por
aquellas largas horas de estudio juntas, a Nacho por todo su apoyo y sus consejos y por enseñarme que
las cosas no son tan complicadas como a veces parecen; a Carlos, José, Rico, Prunne, Inés, Elsa, Ale,
etc., por brindarme su amistad y hacer que mi estancia en Madrid sea mas placentera. Muchas gracias
a todos.

VI

Resumen

Las TIC en la actualidad, son una herramienta importante para lograr la igualdad de oportu-
nidades en el mundo y mejorar las condiciones de los grupos más vulnerables, como es el caso
de las poblaciones en zonas rurales. Sin embargo, en los países en desarrollo la penetración de
Internet es tan sólo del 12 %, lo que pone de manifiesto la importancia de desarrollar equipa-
miento de bajo coste que permita el despliegue de redes en estas zonas.

Una de las opciones para facilitar el despliegue de redes es la adaptación y combinación de
diferentes tecnologías en bandas no licenciadas para que sean accesibles a las poblaciones que
habitan en zonas rurales aisladas. Estas redes deben ser capaces de proporcionar calidad de
servicio (QoS) a aquellas aplicaciones que así lo requieran, tales como las comunicaciones de
voz o videoconferencia, las cuales tienen una sensibilidad al retardo inherente y demandan una
cantidad determinada de recursos en la red.

El objetivo de este proyecto es diseñar una estrategia para integrar equipos WiMAX (802.16)
y WiFi (802.11e-EDCA), de tal forma que se proporcione QoS extremo a extremo en una red
heterogénea que permita la provisión económica y técnicamente eficiente de servicios digitales
de banda ancha en entornos rurales.

Muchos estudios recientes han abordado el tema de QoS en redes híbridas con diferentes
enfoques, algunos con un alto nivel de complejidad, otros con tecnologías que no están dis-
ponibles comercialmente. Estas características hacen que éstas propuestas sean inviables en el
contexto de zonas rurales; por ello es interesante explorar la adaptación y combinación de tecno-
logías como IEEE 802.16 (WiMAX fijo) e IEEE 802.11e para su uso adecuado en este contexto.

Este PFM analiza en detalle la provisión de QoS en cada una de las tecnologías involucradas:
los estándares IEEE 802.16 e IEEE 802.11e-EDCA a nivel capa MAC y el mecanismo DiffServ
en capa IP, con la finalidad de conocer y aprovechar las mejores características de cada una de
ellas que nos permitan cumplir con el objetivo planteado.

La principal aportación es, por tanto, una propuesta de equipo híbrido que integra equipos
comerciales WiMAX (802.16) y WiFi-EDCA (802.11e-EDCA) para proporcionar QoS en una
red híbrida. Con este fin, se han definido cada uno de los módulos que integran la arquitectura.

Para validar el funcionamiento de la estrategia de integración, se han realizado una serie de
pruebas en dos escenarios punto a multipunto, analizando los resultados de los diferentes casos
en orden de complejidad, de forma que se pueda comprobar el correcto funcionamiento del sis-
tema y los beneficios alcanzados.

I

Resumen

II

Índice

Resumen

I.

INTRODUCCIÓN

1. Presentación

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1.1. Motivación .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Organización del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Marco de referencia .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1. Proyecto Open Reach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2. TIC’s en Zonas Rurales
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3. Problemas con la provisión de QoS en redes híbridas . . . . . . . . . . . .

.

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2. Contexto

2.3. Provisión de QoS en el estándar IEEE 802.16-2009 (WiMAX)

2.1.
Introducción a la Calidad de Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Provisión de QoS en el estándar IEEE 802.11e (WiFi) . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. QoS en IEEE 802.11e-EDCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
2.3.1. Mecanismo de Garantía de QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Provisión de QoS en capa IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1. Servicios Diferenciados: DiffServ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5. Trabajos Previos .

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3. Objetivo

II. METODOLOGÍA

4. Metodología de trabajo y medios materiales

4.1. Metodología de trabajo .
4.2. Medios materiales .
.
4.3. Herramientas software .

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III

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103

107

III. RESULTADOS

5. Descripción de la Propuesta de Integración

. .

soporte para QoS . .

5.1. Estrategia de integración para IEEE 802.11e modo EDCA e IEEE 802.16 con
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Tipos de tráfico y mapeado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Bloque WiMAX . .
5.3.1. Aprovisionamiento de flujos de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1.1.
Implementación de DiffServ mediante tc . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1.2. Control de admisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.2. Capa MAC: ajuste de parámetros de contienda . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.2.1. Valores de los parámetros de contienda EDCA . . . . . . . . . . . . .

.
5.4.1. Capa IP: DiffServ .

5.4. Bloque WiFi . .

. .

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.

.

6. Validación de la Propuesta de Integración

6.1. Descripción del Escenario de Pruebas

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1. Metodología y consideraciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2. Diseño de pruebas de verificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1. Pruebas sin Calidad de Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2. Pruebas con Calidad de Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.1. Pruebas en el Escenario Nº1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.2. Pruebas en el Escenario Nº2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3. Presentación de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1. Escenario de pruebas Nº1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.2. Escenario de pruebas Nº2 sin tráfico interno . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.3. Escenario de pruebas Nº2 con tráfico interno . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.4. Flujos al máximo establecido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. CONCLUSIONES

7. Conclusiones y Trabajo Futuro

V. APÉNDICES

A. Script de Configuración de Equipos WiFi

B. Específicaciones de los equipos

IV

Lista de Figuras

2.1. Esquema de EDCA .
. . . . . . . . . .