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Renovación de la infraestructura WiFi

El centro educativo cuenta con una larga experiencia en el uso de redes Wi-Fi. Pero el paso del tiempo ha hecho que la infraestructura inalámbrica instalada se quede anticuada, así que ha llegado el momento de renovarla para ofrecer un mejor servicio.

¿Cuál ha sido la infraestructura tradicional?

La infraestructura inalámbrica que se ha estado utilizando en los últimos años estaba formada por puntos de acceso instalados en diferentes actuaciones pero con una tecnología común: 802.11g.

Así se trata de equipos que funcionan en la banda ISM de 2.4GHz ofreciendo una velocidad máxima de 54Mbps. Como es sabido la banda de 2.4GHz no ofrece más que 13 canales de los que además únicamente hay 3 que no se solapan. Se trata por tanto de una banda muy congestionada.

En cuanto a la velocidad, utilizando un portátil sencillo para descargar con HTTPS un fichero desde un servidor local, se obtiene una velocidad efectiva (expresada por el navegador) de unos cientos de KB/s o, en el mejor de los casos, 1.5MB/s. Evidentemente la velocidad final depende de muchos factores: número de usuarios, equipo utilizado, distancia al AP más próximo, etc...

Pero esta velocidad resulta insuficiente para trabajar con ficheros grandes.

Evolución tecnológica:

Afortunadamente la tecnología de las redes inalámbricas ha evolucionado a buen ritmo y en este tiempo se han desarrollado diferentes normas que aportan importantes mejoras respecto a nuestra infraestructura tradicional. Primero se desarrolló 802.11n y después 802.11ac.

802.11n

Los equipos 802.11n pueden funcionar en la banda de 2.4GHz (donde anteriormente lo hacían los equipos 802.11b y 802.11g) y/o en la banda de 5GHz (donde anteriormente operaban los equipos 802.11a). Es decir, puede haber tanto puntos de acceso como estaciones que funcionen en 2.4GHz o en 5GHz, pero la norma no especifica que se deban soportar ambas frecuencias. Así hay equipos 802.11n que funcionan en una u otra banda y otros que cuentan con dos radios.

La novedad fundamental es el uso de la tecnología MIMO al emplear varias antenas en la transmisión y en la recepción con el fin de multiplicar la capacidad del enlace. Con lo que se pasa de una velocidad nominal máxima de 54Mbps a 600Mbps. Además esta técnica también permite mejorar la cobertura de los puntos de acceso.

La norma define muchas velocidades (data rates) diferentes en función de la configuración soportada por el punto de acceso y la estación así como de la calidad del enlace. Estas velocidades se pueden encontrar en una tabla de Wikipedia que expresa los data rates de 802.11n.

802.11ac

En este caso se amplía el ancho de banda por canal (hasta los 160MHz), se amplía el número de flujos MIMO (hasta 8), se introduce MU-MIMO (Multi User - MIMO, en el que un AP puede atender simultáneamente a diferentes estaciones) y se estadandariza el uso de beamforming para mejorar la cobertura.

De este modo, un equipo 802.11ac puede incrementar significativamente el rendimiento de la red. Como es habitual Wikipedia cuenta con una tabla que expresa los data rates de la norma.

Es cierto que hay otras normas WLAN. Por ejemplo, la norma 802.11ad tiene una especificación de radio de 60GHz y permite un bitrate muy alto. Pero dado que se utiliza una frecuencia tan alta cualquier obstáculo bloquea la señal, y únicamente está pensada para la comunicación de dispositivos que se encuentran en una misma habitación. Y ya se está trabajando en definir la norma 802.11ax (recomiendo la lectura de la introducción a 802.11ax de National Instruments) que está llamado a ser la evolución de 802.11ac y busca la mejora del rendimiento global de la red en entornos con muchas estaciones. Pero a día de hoy 802.11ac es la mejor tecnología WLAN disponible y va a ser el caballo de batalla durante los próximos años.

Nuevos puntos de acceso

Así la renovación de la infraestructura inalámbrica del centro pasa por la instalación de nuevos puntos de acceso. En este caso el modelo elegido ha sido el modelo UAP-AC-PRO de Ubiquiti.

ubiquiti-unifi-ap-ac-pro-8.jpg UAP-AC-PRO_box.png

Este punto de acceso cuenta con las siguientes características:

  • Utiliza 2 radios, una de 2.4GHz y otra de 5GHz.
  • Cumple con la norma 802.11ac con una configuración 3x3:3 (tres flujos de transmisión y tres flujos de recepción) en ambas bandas.
  • Bitrate máximo de 450Mbps en 2.4GHz y 1300Mbps en 5GHz.
  • 2 puertos de red gigabit.
  • Alimentación PoE de acuerdo a las normas 802.3af y 802.3at.
  • Usuarios concurrentes: más de 200.
  • Carcasa estética con protección antisalpicaduras que se puede fijar en techo o pared.
  • Administración centralizada mediante un software controlador que basado en herramientas libres (mongo, java, ...) ofrece una interfaz web sencilla que permite controlar todo el parque de puntos de acceso. Ofrece multitud de funciones avanzadas: gestión automática de los canales y potencia de transmisión. canales configurables de diferente ancho de banda, completa monitorización de los APs y de las estaciones clientes...

 

Despliegue inicial y primeras pruebas:

El despliegue inicial ha consistido en:

  • Implementar una nueva máquina virtual KVM con Ubuntu 16.04 server (1 vCPU, 1GB de RAM, 20GB de disco duro, un par de tarjetas de red) e instalar en ella el software controlador. Una de las interfaces de red permite la gestión y la otra (en una VLAN diferente) permite la comunicación con los APs.
  • Configurar una red WLAN de acuerdo a nuestras necesidades. Es decir abierta y con SSID SuperXEiLL para poder distinguir la nueva infraestructura.
  • Substituir algunos puntos de acceso por los nuevos: sala de actos, cantina, aula Torvalds y aula Stallman.

 

En las primeras pruebas de rendimiento se ha podido constatar que funcionan adecuadamente las radios de 2.4GHz y 5GHz ofreciendo un rendimiento muy superior. Así el modesto portátil que con la infraestructura anterior podía descargar a un máximo (raramente alcanzado) de 1.5MB/s ahora pasa a hacerlo de manera estable a 19MB/s. Y no se obtiene más velocidad de descarga porque la CPU del portátil no puede manejar la descarga HTTPS con mayor velocidad. Para medir la velocidad de transmisión sin este límite se puede utilizar iperf.

Utilizando WiFiAnalyzer se ha podido comprobar que la cobertura de cada AP es significativamente mejor que la de los equipos anteriores. Y una vez que los APs se han configurado con canales de 40MHz en la banda de 2.4GHz y de 80MHz en la banda de 5GHz se permite que las estaciones preparadas establezcan bitrates más altos. Por ejemplo, un móvil 2x2 puede establecer un enlace de 866Mbps.

El roaming entre estaciones y el band steering (mover a las estaciones de una banda congestionada a una libre) funciona a la perfección. Y con sólo 4 APs ya hay más de 200 usuarios conectados con normalidad y un magnífico rendimiento a la nueva infraestructura.

Substitución de la infraestructura antigua

Una vez comprobada la funcionalidad de los nuevos equipos se ha procedido a completar su despliegue por el centro (un total de 12 APs). Para ello ha sido necesario substituir un par de switches en distintos armarios por versiones gigabit PoE, lo que ha permitido retirar los alimentadores PoE de los antiguos puntos de acceso.

Una vez completada la instalación de los nuevos puntos de acceso, se procederá a retirar los equipos antiguos que podrán ser utilizados para realizar prácticas en redes. De este modo habrá menor competición por el uso del espectro electromagnético que estará disponible en exclusiva para la nueva infraestructura.

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