La zona Fresnel

… ¡Y por qué es similar a la Zona de peligro!

Introducción

Este es el quinto de una serie de publicaciones de blog que se centran en la tecnología inalámbrica y la seguridad en Cisco Meraki.

Los AP Meraki son conocidos por su capacidad de formar enlaces de malla inalámbricos ad hoc entre sí y luego enrutarlos. Esta funcionalidad funciona automáticamente a grandes distancias y permite a los clientes extender sus LAN.

Uno podría pensar ingenuamente que todo lo que se necesitaría para que este tipo de conexión funcione es la línea de visión entre los dos transmisores. Sin embargo, la física de la propagación de ondas electromagnéticas hace que esto sea un poco más complicado que eso. Afortunadamente, un físico francés llamado Augustin Jean Fresnel (pronunciado Fre-nell) resolvió esto a principios del siglo XIX. En esta publicación explicaremos por qué este es el caso.

Ya no puedes cambiar las leyes de la física (Capitán):

Para entender cómo funciona esto, primero tenemos que entender la verdadera naturaleza de las ondas de radio que usamos en Wi-Fi. Se ven así:

Como podemos ver, todas las ondas de radio toman la forma de una onda sinusoidal con la que todos estamos (con suerte) familiarizados desde las matemáticas de la escuela secundaria. Estas ondas de radio se moverán en línea recta desde el transmisor al receptor. El problema surge cuando las ondas de radio que emanan del transmisor se extienden en ángulo, creando un efecto conocido como difusión. Esto se puede ver en el perfil de radio de 5 GHz de la antena Cisco AIR-ANT2513P4M-N, que es compatible con los puntos de acceso exteriores de Meraki y se utiliza en casos de uso de alta dirección, como se muestra a continuación:

Si las ondas de radio no encuentran obstáculos, entonces continuarán hasta que se queden sin energía. Sin embargo, en un entorno urbano es probable que se encuentren con una superficie, que puede reflejar la onda de radio de tal manera que se reciba en el receptor pero que esté “desfasada” con la onda de radio original. De modo que si la onda de radio reflejada está media longitud de onda (o un múltiplo de media longitud de onda) detrás de la onda de radio original no reflejada. Esto puede reducir la potencia de la señal recibida y se denomina “cancelación de fase”. Funciona así:

Esto da como resultado una pérdida de señales porque las dos ondas se combinan entre sí, como se ilustra a continuación:

Lo que hizo Monsieur Fresnel fue calcular qué tan desfasadas estarían las señales para un área elíptica (algo así como una forma de salchicha) entre el transmisor y el receptor. Hay secuencias de zonas infinitas, pero para fines de radio punto a punto y, por lo tanto, señales de Wi-Fi, solo las tres primeras son importantes. Estas zonas se ilustran a continuación:

La primera y tercera zonas tienen el efecto de cancelación que se muestra arriba, mientras que la segunda zona tiene un efecto aditivo. Esto simplemente significa que para maximizar la señal necesitamos mantener la primera zona de Fresnel lo más despejada posible de cualquier fuente de obstrucción y reflexión. La guía más ampliamente aceptada es que la primera zona de Fresnel debe estar 60% libre de obstrucciones, es decir, una obstrucción no puede sobresalir más del 40% hacia la zona desde la línea de visión directa en cualquier punto entre el transmisor y el receptor, como esta:

Si necesita calcular cuál sería la zona de Fresnel para su conexión inalámbrica Meraki punto a punto, entonces todo lo que necesita es esto, o si tiene algunas horas de sobra, puede derivar las ecuaciones de los primeros principios.

¿Qué hay de las tortugas?

Siempre y cuando sigamos esta sencilla regla para enlaces punto a punto, entonces todo es fácil, ¿verdad? Bueno, hay una cosa más a considerar, y esto puede sorprender a Kyrie Irving (a pesar de que solo estaba trolleando), pero la curvatura de la tierra también puede ser un obstáculo.

Cuando un enlace de punto a punto de longitud supera las 7 millas, la curvatura de la Tierra impedirá el límite del 60% que discutimos anteriormente y mostramos a continuación:

Para mitigar este efecto, la altura del transmisor y el receptor se vuelven muy importantes, especialmente cuando se intenta habilitar el servicio de red en áreas remotas sin servicio celular para casos de uso interesantes.

Conclusión:

Aunque los AP Meraki crearán automáticamente enlaces punto a punto entre sí, aún debemos ser cuidadosos al implementar el servicio. La magia Meraki todavía tiene que obedecer las leyes de la física.