Levantamiento Topologico de la Red Wifi del Estado Mérida

LEVANTAMIENTO TOPOLÓGICO DE LA RED WI-FI DEL ESTADO MÉRIDA Añez, M., Bruzual, R., Pérez, M., Salvatierra, S. Universidad de Los Andes Mérida, Venezuela, 5101 {miguelrko8,ricardo.bruzual.a,businessat14,salvador.ignacio.salvatierra}@gmail.com

RESUMEN Las tecnologías 802.11 definen las características de redes de área local inalámbrica (WLAN). Wi-Fi es el nombre de la certificación otorgada por la Wi-Fi Alliance, anteriormente WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), en la que se pueden crear redes de área local inalámbricas de alta velocidad siempre y cuando el equipo que se vaya a conectar no esté muy alejado del punto de acceso. En este trabajo se estudian e identifican mediante experiencias con plataformas reales, algunas características relevantes de los despliegues espontáneamente de redes 802.11. Palabras claves: Redes IEEE802.11, Wi-Fi, Wigle, Despliegues espontáneos

ABSTRACT 802.11 technologies define the characteristics of wireless local area networks (WLAN).Wi - Fi is the name of the certification by the Wi-Fi Alliance, formerly WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), which can create wireless local area high speed lan as long as the equipment that will be attached is not far from the access point. This paper identifies and studies through experiences with real platforms, some relevant features of 802.11 spontaneously deployments. Keywords: IEEE802.11 Networks, Wi-Fi, Wigle, Spontaneous Deployments

1. Introducción Con las distintas características y simplicidad de la instalación que define las redes 802.11; han provocado que un gran número de redes sean instaladas para facilitar determinadas necesidades de red de organizaciones de toda magnitud; desde redes pequeñas (hogares) hasta las grandes que proveen servicio a cientos de clientes (como las de campus Universitarios), en la que utilizan equipos con características, configuraciones y disposición de hardware y software diferentes, que a su vez, presentan comportamientos diferentes. Formando despliegues en las ciudades que llamaremos espontáneos, debido a que no existe ninguna

coordinación por parte del personal encargado de la instalación, configuración y mantenimiento de las redes anteriormente descritas. Actualmente las tecnologías de acceso inalámbrica (redes inalámbricas y estaciones móviles) más comunes, están definida por la norma IEEE 802.11; que se ha vuelto muy popular por su bajo costo, fácil instalación, mantenimiento y la calidad de la conexión brindada. Es común encontrar una gran cantidad de estas redes desplegadas en las ciudades, pero tienen como limitante, un rango de cobertura de solo unas decenas de metros, esto debido a la cobertura relativamente baja de los medios físicos descritos en la norma IEEE 802.11.

Esto representa un problema para las tecnologías 802.11, pues para lograr un alto nivel de movilidad y un buen desempeño de las aplicaciones, las estaciones móviles deben ser capaces de desplazarse entre redes sin interrupciones notables desde el punto de vista de las aplicaciones.

principalmente didácticos. El modelo OSI divide la red en 7 capas, a saber:  

2. Justificación Los despliegues espontáneos existentes en distintas locaciones geografías, en este caso, en la Ciudad de Mérida, Venezuela son de gran importancia para la realización de un estudio, debido a la falta de uniformidad presente en estas. Esto, debido a las distintas características que se pueden encontrar en cada uno de los aparatos que otorgan acceso a una red.

 



Por esta razón, es apropiado realizar capturas de la topología de la red WiFi para poder realizar el descubrimiento y obtener la caracterización de las redes desplegadas espontáneamente en la Ciudad, para así lograr comprenderlas y en base a eso, poder hacer aseveraciones al respecto que ayuden a mejorar el acceso al medio.

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3. Marco Teórico Durante la recolección de datos nos encontramos con una serie de factores que influyen en la captura de los mismos, sea la velocidad a la que se va a pie, la posición del aparato que realizará la captura de los datos como incluso factores de tipo geográfico, que determinan la precisión de los datos recolectados. En esta investigación, utilizamos diferentes herramientas para la captura de las distintas características de las redes WiFi ubicadas en el Centro de la Ciudad de Mérida.

3.2. Redes inalámbricas Una red inalámbrica es una red en la que dos o más terminales se pueden comunicar sin la necesidad de una conexión por cable. Con las redes inalámbricas, un usuario puede mantenerse conectado cuando se desplaza dentro de una determinada área geográfica. Las redes inalámbricas se basan en un enlace que utiliza ondas electromagnéticas (radio e infrarrojo) en lugar de cableado estándar. Hay muchas tecnologías diferentes que se diferencian por la frecuencia de transmisión que utilizan, y el alcance y la velocidad de sus transmisiones.

3.1. Redes de computadoras Una red de computadoras es un conjunto de computadoras autónomas interconectadas [1]. Por computadoras interconectadas se entiende que son equipos capaces de intercambiar información.

3.2.1.

Si hablamos de hoy día, la red de computadoras más grande y popular, es la Internet, donde millones de usuarios intercambian información.

Componentes de una red

NIC: (Network Interface Controller) o tarjeta de interface de red. Antena: Es un dispositivo con el objetivo de emitir o recibir ondas de electromagnéticas.

La expansión de las redes al nivel que conocemos hoy, ha sido posible gracias a la estructuración de las redes en un modelo de capas que facilita el mantenimiento, la investigación y su actualización.

3.1.1.

Aplicación: define los protocolos usados por distintas aplicaciones (correos, web, hora, etcétera), para intercambiar información. Presentación: se encarga de la forma en que se presenta la información, es decir, la codificación de caracteres utilizada. Sesión: asegura que la comunicación entre dos máquinas se mantenga durante el tiempo necesario, reanudándola en caso de interrupción. Transporte: realiza el transporte de los datos desde una aplicación en el host origen hasta la aplicación correspondiente en el host destino, independientemente del tipo de red que se utilice Red: mueve paquetes desde el host origen hasta el host destino, atravesando, posiblemente, distintas redes. Enlace de datos: provee el direccionamiento físico, toma los datos crudos de la capa física y provee una abstracción lógica de la misma. Física: es la encargada de las conexiones físicas de la computadora hacia la red.

Tipos de antenas WiFi:  Antenas Direccionales: Orienta la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance.  Antenas omnidireccionales: Orientan la señal en todas direcciones con un haz amplio pero de corto alcance.  Antenas Sectoriales: Son la mezcla de las dos antenas anteriores, emiten un haz más amplio que una

Modelo por capas de las redes de computadoras

La Internet sigue un modelo basado en 5 capas [2, 3], todos estos modelos se pueden ver como una simplificación del modelo ¨Interconexión de Sistemas Abiertos" (OSI: Open System Interconection) [4], que es utilizado con fines 2

direccional, pero omnidireccional.

no

tan

amplio

que

una

3.6. Histograma Un histograma es una representación gráfica de una variable en forma de barras, donde la superficie de cada barra es proporcional a la frecuencia de los valores representados, ya sea en forma diferencial o acumulada. En el eje vertical se representan las frecuencias y en el horizontal los valores de las variables. Sirven para obtener una "primera vista" general de la distribución de la población, respecto a una característica, cuantitativa y continua, de la misma.

Access Point: "punto de acceso Inalámbrico", es un dispositivo que interconecta dispositivos de comunicación inalámbrica para formar una red. Cliente inalámbrico: Un cliente Wireless es un sistema que se comunica con un punto de acceso mediante una tarjeta de red. Estación móvil: También conocidas como hosts son los dispositivos en donde se ejecutan las aplicaciones finales, son los clientes de la red.

En general se utilizan para relacionar variables cuantitativas continuas, como franjas de edades o altura de la muestra y sus valores se agrupan en clases, es decir, en valores continuos; pero también se les suele usar para variables cuantitativas discretas, en cuyo caso es común llamarlos diagrama de frecuencias y sus barras están separadas, esto es porque en el "x" ya no se representa un espectro continuo de valores, sino valores cuantitativos.

Estación base: es la parte central de una red inalámbrica de tipo infraestructura. Funge de intermediario del tráfico de la red.

3.3. Redes IEEE 802.11

3.7. Frecuencia

La red 802.11 define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN. En el país las redes 802.11 están definidas en 11 canales, por lo que es común encontrar zonas donde se encuentren varios AP’s funcionando en el mismo canal así como en canales distintos. Estas redes se han popularizado tanto recientemente que existen despliegues masivos de AP, donde es muy común encontrarse con varios AP trabajando en un mismo canal, siendo los canales 1, 6 y 11 los más utilizados.

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. De las dos definiciones anteriores podemos deducir que un histograma de frecuencias es una representación gráfica en forma de barras, de la cantidad o frecuencia de datos que fueron obtenidos por cada intervalo de datos, es decir, cuántas veces ocurre cada intervalo.

3.4. Wi-Fi Wi-Fi es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Los dispositivos habilitados con WiFi, tales como un ordenador personal, una consola de videojuegos, un smartphone, o un reproductor de audio digital, pueden conectarse a Internet a través de un punto de acceso de red inalámbrica. [5]

Histograma de Frecuencia es “un gráfico que usa columnas verticales para mostrar frecuencias. No debería existir espacio entre las barras.” [7]

3.8. Velocidad

3.5. Función de Distribución Acumulada (FDA)

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo.

Una función de distribución acumulada (fda) describe la probabilidad de que una variable aleatoria real X sujeta a cierta ley de distribución de probabilidad, se sitúe en la zona de valores menores o iguales a x.

3.9. Punto de Acceso Inalámbrico Un punto de acceso inalámbrico (en inglés: Wireless Access Point, conocido por las siglas WAP o AP), en una red de computadoras, es un dispositivo de red que interconecta equipos de comunicación alámbrica para formar una red inalámbrica que interconecta dispositivos móviles o con tarjetas de red inalámbricas.

Esta función se define como: ( )

(

)

∫

( )

Esto es, una función de nombre "F", le asigna a cada valor real x, el de la probabilidad de que una variable aleatoria X asuma un valor inferior o igual a x. [6]

Los WAP son dispositivos que permiten la conexión inalámbrica de un dispositivo móvil de cómputo 3

(computadora, tableta, smartphone) con una red. Normalmente, un WAP también puede conectarse a una red cableada, y puede transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cableada y los dispositivos inalámbricos [8]. De ahora en adelante AP.

4. Trabajos Relacionados Distintos trabajos ya han venido evaluando las redes IEEE 802.11; trabajos que han estudiado el proceso de descubrimiento de redes IEEE 802.11 y la caracterización de los despliegues encontrados en la práctica. Los estudios presentados en [9] los autores estudian las redes comunitarias instaladas en la ciudad de Rennes, Francia que operan bajo la norma IEEE 802.11. Allí, se presentan métricas útiles para describir las redes, tales como cantidad de AP disponibles durante cierto recorrido, potencia de la señal, cobertura de las redes, entre otros.

Figura 1. Wigle WiFi Wardriving

5.2. La aplicación GPS Test Una aplicación que muestra a través de distintas pantallas toda la información que lee el GPS interno del teléfono móvil. Todos estos datos son mostrados en cinco pantallas distintas que se dividen de la esta manera:

En [10], el autor presentó una revisión de las características de las redes 802.11 desplegadas en el centro de la ciudad de Mérida. Los resultados mostraron la presencia de 195 AP, donde el 69,59% operan en los canales no solapados (canales 1, 6 y 11), lo que implica que la mayor cantidad de los AP están configurados en esos canales.

 

En el caso de la presente investigación, se ha implementado un método similar al presentado en el estudio [10] como técnica principal para estudiar los despliegues espontáneos en el casco central de la ciudad de Mérida, Venezuela. 5.

  

Herramientas utilizadas

Para caracterizar estos despliegues de forma espontánea de redes 802.11 en la Ciudad de Mérida-Venezuela, se utilizó un teléfono celular en el cual estaba instalada la aplicación Wigle WiFi Wardriving y GPS TEST para Android.

Gráfica que muestra la intensidad de la señal de cada satélite, además de la exactitud y el estado del GPS. Las posiciones de los satélites en el cielo (Skyview) que se muestran a través de una brújula giratoria. La ubicación actual en la Tierra mostrada como texto o en un mapamundi, además de la posición del Sol y la curva de transición día/noche. Velocidad, dirección y altitud. La hora de la zona horaria donde se encuentra el teléfono, así como las horas de salida y puesta del sol en la ubicación. [11]

Esta aplicación fue utilizada en esta investigación para medir la velocidad a la que se hacia el recorrido y obtener la posición GPS exacta para tomar los hotspots. En la figura 2 se puede ver una imagen representativa de la interfaz de la aplicación y en la figura 3 la pantalla donde mide la velocidad.

5.1. Wigle WiFi Wardriving Es una aplicación que tiene como finalidad encontrar redes inalámbricas, añadirlas y marcar los puntos ya existentes, incluso se puede ver estadísticas de manera detallada y general. Este muestra la lista de las señales WiFi que son captadas por el celular y da la posición GPS donde son captadas las señales. Esta a su vez genera un archivo de formato .CSV donde incluye características del AP tales como, MAC, potencia de la señal, tipo de seguridad, canal, nombre del AP, posición geográfica. A continuación, en la Figura 1, se muestra la interfaz de la aplicación corriendo en un teléfono con sistema operativo Android.

Figura 2. GPS Test, ventana principal 4

Se mostrará un desglose de dichos resultados obtenidos a partir del análisis de los datos exportados de la aplicación Wigle. A continuación, una tabla con la cantidad de AP’s escaneados cada día (Tabla 1). Tabla 1. Cantidad de AP's escaneados por día de recorrido Fecha

Puntos de Acceso

Martes, 18.11.14

330

Miércoles, 19.11.14

451

Jueves, 20.11.14

413

Viernes, 21.11.14

312

Domingo, 23.11.14

265

Lunes, 24.11.14

314

Figura 3. GPS Test, ventana de velocidad

Se realizó el recorrido una semana comprendida entre el 18 de noviembre del año 2014 hasta el 24 de noviembre del mismo año. Los puntos de acceso fueron filtrados por dirección MAC, es decir, se encontraron algunas direcciones MAC que estaban repetidas durante todo el recorrido, por lo que se decidió tomar en cuenta solo la primera vez en la que dicho AP fue reconocido.

6. Desarrollo Con el fin de caracterizar los despliegues de una red 802.11 en forma espontánea, se realizó un escaneo de redes inalámbricas a través de un recorrido en el centro de la ciudad de Mérida, haciendo uso de un teléfono móvil el cual tenía instalada la aplicación Wigle WiFi Wardriving, encargada de percibir y almacenar todos los puntos de acceso reconocidos por el teléfono alrededor de la posición en la que se encuentre.

Como toda señal existente en el espectro, es recibida con cierta potencia que permite deducir la intensidad con la que es recibida dicha señal. En el estudio se observó que la mayor parte de las señales percibidas tenían una potencia inferior a los -80 dBm. A continuación en la tabla 2, se puede observar el promedio de la potencia de la señal percibida en cada uno de los días recorridos.

La aplicación permite la exportación de datos en archivos en formato CSV, los cuales son documentos en formato sencillo para representar datos en forma de tablas, en donde las columnas se separan por tablas [12]; además de hacer también la exportación de los datos en archivos con el formato KML, el cual es un lenguaje de marcado basado en XML para representar datos geográficos [13].

Tabla 2. Potencia de los AP's escaneados por día

Datos que fueron estudiados y analizados para obtener una serie de resultados para su posterior investigación. Y para poder realizar una representación gráfica de cada uno de los aspectos importantes que pueden surgir de dichos datos. El recorrido fue realizado caminando alrededor de diez cuadras en el centro de la ciudad de Mérida, específicamente, iniciando en la esquina de la calle 16 con avenida 4, bajando por la avenida hasta el viaducto de la 26, y regresando por la avenida 5 de nuevo hasta la calle 16. Realizado en un tiempo entre 30 y 45 minutos en la primera ronda de escaneos realizados el mes de Noviembre del año 2014 a una velocidad de 5 Km/h aproximadamente por varios días seguidos a la misma hora para conseguir una mejor precisión de los resultados. En la Figura 4 se puede observar en un mapa el recorrido realizado.

Fecha

Potencia