A través de una descripción de usos comerciales inalámbricos en Tanzania y Kenia, este capítulo enfoca soluciones técnicas que proveen una disponibilidad del 99,5%, en acceso a Internet y conexión de datos en países en desarrollo. En contraste a los proyectos que se dedican al acceso ubicuo, nosotros nos enfocamos en brindar servicios a organizaciones, en general a aquellas que tienen necesidades críticas de comunicación internacional. Describiré dos enfoques comerciales de conectividad de datos inalámbricos radicalmente diferentes, resumiendo las lecciones clave aprendidas durante diez años en África del Este.
En 1995, junto con Bill Sangiwa, fundé CyberTwiga, una de los primeros ISPs en África. A mediados de 1996 comenzaron los servicios comerciales, limitados a la transmisión de correo electrónico a través de discado por un enlace SITA de 9.6 kbps (¡que costaba más de US$ 4000 por mes!). Sintiéndonos frustrados por los servicios PSTN erráticos, y alentados por el despliegue exitoso de una red de tres nodos punto a multipunto para las autoridades de los puertos de Tanzania, negociamos con la compañía celular local para colocar una estación base punto a multipunto en su torre central. A fines de 1998, al conectar varias corporaciones a este sistema privado Wi-LAN a 2.4 GHz validamos el mercado y nuestra capacidad técnica para proveer servicios inalámbricos. Como los competidores también instalaban redes a 2.4 GHz surgieron dos cosas: existía un mercado saludable para los servicios inalámbricos, pero debido al ruido RF a 2.4 GHz la calidad de la red se vio disminuida. Nuestra fusión con la compañía celular a mediados del año 2000 incluía planes de una red inalámbrica nacional construida sobre la infraestructura celular existente (torres y enlaces de transmisión) y asignaciones de espectros de RF privados.
La infraestructura ya estaba en sitio (torres para celulares, enlaces de transmisión, etc.), por lo tanto el diseño de las redes de datos inalámbricas y su despliegue era algo sencillo. La capital de Tanzania, Dar es Salaam, es un lugar muy plano, y dado que el socio celular operaba una red análógica, las torres eran muy altas. Una empresa asociada en el Reino Unido, Tele2, había comenzado operaciones con el equipamiento Breezecom (ahora Alvarion) a 3.8/3.9 GHz, por lo tanto seguimos su ejemplo.
A fines del 2000, habíamos establecido una cobertura en varias ciudades, utilizando circuitos de transmisión E1 fraccionados para transporte (backhaul). En la mayoría de los casos el pequeño tamaño de las ciudades conectadas justificaba el uso de una sola estación base omnidireccional PMP; solo en la capital comercial, Dar es Salaam, se instalaron estaciones base de tres sectores. Los límites de ancho de banda se configuraban directamente en los radios de los clientes quienes normalmente tenían una única dirección IP pública. Los enrutadores de borde en cada estación base enviaban tráfico a las direcciones IP estáticas de los clientes evitando que el tráfico de difusión inundara la red. Las presiones del mercado mantuvieron los precios bajos en aproximadamente US$ 100 mensuales por 64 kbps, pero en aquel momento (mediados/fines del 2000) los ISPs podían operar con tasas de sobresuscripción impresionantes y muy provechosos. Las aplicaciones muy consumidoras de ancho de banda como las que comparten archivos entre pares (P2P), voz, y ERPs simplemente no existían en África del Este. Con los enormes costos de las llamadas internacionales, las organizaciones rápidamente pasaron del fax al correo electrónico, a pesar de que el costo del equipamiento inalámbrico estaba entre US$ 2000-3000.
Las capacidades técnicas se desarrollaron localmente, requiriendo capacitación del personal en el extranjero sólo en temas como SNMP y UNIX. Además de mejorar las capacidades de la compañía, estas oportunidades de entrenamiento generaron lealtad entre el personal. Teníamos que competir en un mercado laboral en tecnologías de información muy limitado con compañías internacionales explotadoras de oro, con las Naciones Unidas, y con otras agencias internacionales,
Para asegurar la calidad de las instalaciones a los clientes, se contrató una empresa local de radio y telecomunicaciones muy bien capacitada y el progreso de la obra se controlaba estrictamente con tarjetas de trabajo. Las altas temperaturas, el duro sol ecuatorial, la lluvia y las tormentas eléctricas sometían el equipamiento externo a condiciones extremas; la integridad del cableado de RF era vital.
Los clientes a menudo no tenían personal competente en telecomunicaciones, abrumando a nuestros empleados con la tarea de configurar muchos tipos y topologías diferentes de equipamiento de red.
Los obstáculos de infraestructura y las regulaciones a menudo impedían las operaciones. La compañía celular controlaba estrictamente las torres, por lo tanto si había un problema técnico en las estaciones base podían pasar horas o días antes de que pudiéramos tener acceso a la misma. A pesar de los generadores de respaldo y los sistemas UPS que teníamos en cada ubicación, la energía eléctrica siempre era problemática. Para la compañía celular el suministro de energía en las estaciones base era menos crítico. Los suscriptores celulares simplemente se asociaban a otra estación base; pero nuestros suscriptores fijos al servicio inalámbrico de datos se quedaban sin línea.
En cuanto a las regulaciones, la mayor interrupción ocurrió cuando las autoridades de telecomunicaciones decidieron que nuestra operación era la responsable de interferir las operaciones del satélite en la banda C para el país entero, y nos ordenó desconectar nuestra red.
A pesar de que los datos demostraron que no éramos los responsables de la falla, el regulador decomisó nuestros equipamientos en una maniobra altamente publicitada. Por supuesto la interferencia persistía, y más tarde se determinó que provenía del radar de un barco ruso dedicado a controlar las actividades espaciales. Negociamos en reservado con el regulador, y fuimos recompensados con 2 x 42 MHz de espectro privado en las bandas 3,4/3,5 GHz. Los clientes se conectaron por líneas discadas durante el mes que tomó reconfigurar las estaciones base y la instalación de nuevos CPE.
Al final la red creció hasta alcanzar aproximadamente 100 nodos ofreciendo buena conectividad, aunque no excelente, a 7 ciudades a través de más de 3000 km de enlaces de transmisión. Sólo la asociación con el operador celular hizo que esta red fuera posible. La escala del negocio de Internet/datos por sí sólo no habría justificado construir una red de datos de esas dimensiones y hacer las inversiones necesarias para tener frecuencias privadas. Desafortunadamente, el operador celular tomó la decisión de cerrar el negocio de Internet a mediados de 2002.
A principios del año 2003 fui contactado por una compañía keniana, AccessKenya, que cuenta con un fuerte apoyo del Reino Unido y respaldo técnico para diseñar y desplegar una red inalámbrica en Nairobi y sus alrededores. Beneficiándonos con el apoyo de magníficos profesionales en redes y negocios, un equipamiento inalámbrico mejorado, los progresos en la interconexión de redes, y un mercado más grande, diseñamos una red de alta disponibilidad que obedecía a las regulaciones locales.
Dos factores regulatorios determinaron el diseño de nuestra red. En ese momento en Kenia los servicios de Internet tenían un licenciamiento separado a los de redes de públicas de datos, y una misma compañía no podía tener ambas licencias. Transmitiendo el tráfico de múltiples ISP competidores o usuarios corporativos, la red tenía que operar con total neutralidad. Por otro lado las frecuencias “privadas”, como las 3,4/3,5 GHz, no estaban asignadas exclusivamente a un sólo proveedor, y estábamos preocupados por la interferencia, y la capacidad técnica y/o voluntad política del regulador para hacer cumplir la ley. Además, el espectro en 3,4/3,5 GHz era muy caro: alrededor de US$ 1000 anuales por MHz, por cada estación base. Es decir, una estación base que usaba 2 x 12 MHz implicaba el pago de licencias de más de $10,000 al año. Como Nairobi es un lugar montañoso con muchos árboles altos y valles, las redes inalámbricas de banda ancha demandaban muchas estaciones base. Los gastos debidos al licenciamiento simplemente no tenían sentido. En contraste, las frecuencias de 5,7/5,8 GHz estaban sujetas a una única tasa anual de aproximadamente US$ 120 por radio desplegado.
Para acogernos al primer requerimiento regulatorio elegimos proveer servicios utilizando túneles VPN punto a punto, no por una red de rutas IP estáticas. Un ISP nos entregaría una dirección IP pública en su NOC. Nuestra red realizaba una conversión de IP pública a privada y el tráfico transitaba nuestra red en un espacio IP privado. Del lado del usuario, se realizaba una conversión de IP privada a pública proveyéndole todas las direcciones enrutables requeridas a la red del usuario.
La seguridad y la encriptación contribuían a la neutralidad de la red y la flexibilidad constituía una ventaja competitiva de nuestra red. El ancho de banda se limitaba a nivel del túnel VPN. Basado en la experiencia de operabilidad de nuestra compañía afiliada en el Reino Unido, VirtualIT, seleccionamos Netscreen (ahora parte de Juniper Networks) como el vendedor de enrutadores cortafuego VNP.
Nuestro criterio para el equipamiento de banda ancha inalámbrico eliminaba dispositivos de altas prestaciones. Factores de forma, confiabilidad y facilidad de instalación fueron más importantes que el rendimiento. Todas las conexiones internacionales a Internet a Kenia en el 2003, y aún en este momento, son realizadas vía satélite. Con costos 100 veces más grandes que la fibra óptica, la conectividad satelital pone un techo económico en la cantidad de ancho de banda adquirido por los usuarios finales. Juzgamos que la mayoría de nuestros usuarios requerían una capacidad en el orden de 128 a 256 kbps. Por ello seleccionamos la plataforma Canopy recientemente introducida por Motorola, considerándola en línea con nuestro negocio y nuestro modelo de red.
Broadband Access, Ltd., nació en julio de 2003, lanzando la red “Blue” (Azul). Comenzamos en pequeño, con una única estación base. Queríamos que la demanda motivara nuestra expansión, en lugar de confiar en la estrategia de construir grandes tubos y esperar poder llenarlos.
Canopy, y mejoras de terceros, como las estaciones base omnidireccionales, nos permitieron hacer crecer nuestra red al mismo ritmo que crecía la cantidad de tráfico, bajando los gastos iniciales de capital. Sabíamos que la compensación vendría cuando la red se expandiera; en ese momento tendríamos que sectorizar el tráfico y realinear los radios de los clientes. La curva de aprendizaje suave de una red pequeña más tarde pagó grandes dividendos. El personal técnico se sentía cómodo con el soporte de una red simple, en lugar de tener que lidiar con ella además de equipos de RF y de una topología lógica complejos. Para darles un ejemplo, el equipo técnico tomó clases de entrenamiento Motorola durante dos días.
Utilizando un diseño típico punto a multipunto, con estaciones base enlazadas a una estación central mediante troncales de microondas de alta velocidad Canopy, la red se desplegó en los techos de los edificios, no en torres de antenas. Todos los arrendamientos estipulaban el acceso del personal al suministro de energía 24 horas los 7 días de la semana, protegiendo la exclusividad de nuestra frecuencia de radio. Por otro lado, no queríamos restringir a los dueños de ofrecer espacio en sus techos a los competidores siempre que se garantizara que nuestros servicios no se verían interrumpidos.
Las instalaciones en los techos proveían muchas ventajas, acceso físico ilimitado y sin restricciones por la oscuridad o la lluvia, ayudando a alcanzar el objetivo de un 99.5% de disponibilidad de red. En los grandes edificios también había muchos clientes, y fue posible conectarlos directamente al corazón de nuestra red de microondas. Las instalaciones en techos tenían la desventaja de que había más tráfico de personas –los trabajadores manteniendo el equipo (A/C), o reparando goteras ocasionalmente podían dañar el cableado. Como resultado, todas las estaciones base se instalaban con dos grupos de cableado para todos los elementos de la red, uno principal y uno de repuesto.
La prospección de sitios confirmaba la disponibilidad de un camino libre para las ondas de radio y para los requerimientos de los clientes. El equipo de prospección registraba las coordenadas de cada cliente mediante GPS, y llevaba un medidor de distancia láser para determinar la altura de los obstáculos. Luego de la recepción del pago por el equipamiento se contrataban personas para realizar las instalaciones, siempre bajo la supervisión de personal técnico. Además, Canopy tiene la ventaja de que las CPE y los elementos de las estaciones de base son livianos, por lo tanto para hacer la mayoría de las instalaciones no se necesitan muchas personas. El cableado de las unidades Canopy es muy simple, con cables UTP para exteriores conectando los radios directamente a las redes de los clientes. Por todo esto se podían hacer instalaciones completa y adecuadamente en menos de una hora, y el equipo contratado no requería de entrenamiento avanzado o herramientas especiales.
Como recolectamos cientos de posiciones de usuarios con el GPS comenzamos a trabajar junto con una compañía de topografía para incluir esos lugares en mapas topográficos, lo que constituyó una herramienta clave de planificación para el emplazamiento de estaciones base.
La arquitectura de túnel VPN punto a punto, con sus capas física y lógica separadas requiere que los clientes adquieran el ancho de banda inalámbrico y el equipamiento VPN. Para un estricto control de calidad, rechazamos categóricamente que los clientes adquirieran su propio equipamiento; ellos nos lo debían comprar a nosotros para tener garantías de servicio y de repuestos, de esta forma cada cliente tenía el mismo paquete. Generalmente las instalaciones costaban del orden de US$ 2500, y los costos mensuales por el ancho de banda de 64 a 128 kbps eran de US$ 500-600. Un beneficio del enfoque de túnel VPN era que podíamos cortar el tráfico de un cliente en la red lógica (por ejemplo, si su red había sido atacada por un gusano o si no pagaban la cuenta), mientras que la capa de radio permanecía intacta y manejable.
Cuando la red creció de una estación base a diez, y el servicio se expandió hasta la ciudad de Mombasa, el diseño de red de RF y los enrutadores se fueron proveyendo de redundancia o de sustitución en caliente (hot swap). Se requirieron considerables inversiones en inversores y UPS de doble conversión en cada estación base para mantener el servicio a despecho de un suministro errático de energía eléctrica. Después de varios problemas con los clientes que atribuimos a los apagones (caída de las conexiones VPN), simplemente incluíamos una pequeña UPS como parte del paquete de equipamiento.
Agregar un analizador de espectro portátil a nuestro capital inicial de inversión fue costoso, pero altamente justificado cuando operábamos la red, para ubicar operadores deshonestos, confirmar las características operativas del equipo y verificar la cobertura de RF mejorando nuestro desempeño.
El prestar una atención extrema al monitoreo nos permitió afinar bien el desempeño de la red y almacenar datos históricos de gran valor. Los mismos eran graficados mediante MRTG o Cacti (como lo describimos en el capítulo seis), y se obtenían datos sobre parámetros de fluctuación de retardo (jitter), RSSI, y tráfico que permitían detectar operadores deshonestos y posibles deterioros de los cables / conectores, así como la presencia de gusanos en las redes de los clientes. No era algo poco común que los clientes reclamaran que su servicio se había interrumpido durante horas o días y demandara un crédito; en esos casos el monitoreo histórico verificaba o invalidaba dichos reclamos. La red Blue en Tanzania combinó varias lecciones sobre cómo mejorar la RF y las tecnologías de red.
Por los próximos años los circuitos satelitales van a proveer toda la conectividad a Internet para África del Este. Varios grupos han presentado propuestas para dar conectividad mediante fibra submarina, lo que revitalizará las telecomunicaciones cuando suceda. En comparación con regiones con conectividad de fibra, los costos de ancho de banda en África del Este van a permanecer aún muy altos.
Por lo tanto las redes de ancho de banda inalámbricas para distribuir servicios de Internet no deben enfocarse en el rendimiento, sino en la confiabilidad, la redundancia y la flexibilidad.
La confiabilidad de nuestra red inalámbrica fue nuestro punto clave para lograr ventas. Del lado de la red esto se traducía en inversiones cuantiosas para la sustitución de infraestructura, como los respaldos de energía y la atención de los detalles como la conectorización de los cables (crimping) y el cableado en sí. En este sentido, las razones más comunes por las que un único usuario perdía conectividad eran problemas de cableado o de conectorización, mientras que esencialmente no hubo fallas debido a los radios. Una ventaja clave de competitividad de nuestro proceso de instalación en el cliente era que obligábamos al personal contratado a adherirse estrictamente a las especificaciones. Por esta razón fue que los sitios cliente bien gestionados permanecían conectados por cientos de días con cero caída no programada de la red. Controlábamos nuestra infraestructura tanto como nos era posible (por ejemplo en los techos de los edificios).
En nuestra experiencia, las alianzas con los proveedores celulares que parecían potencialmente tan atractivas, trajeron más problemas de los que resolvieron. En África del Este, el negocio de Internet genera una fracción de los ingresos de la telefonía móvil, y por lo tanto es marginal con respecto a las compañías celulares. Intentar desarrollar una red utilizando infraestructura que no le pertenece y que además, desde el punto de vista del proveedor celular es un gesto de buena voluntad, va a repercutir en que sea imposible cumplir con las obligaciones de servicio.
Implementar redes de gran redundancia, con capacidad para respaldo o hotswap es una proposición muy costosa en África. Sin embargo, los enrutadores centrales y el equipamiento VPN en nuestro punto central de presencia eran completamente redundantes, estaban configurados para hacer un respaldo consistente, y para ser probados rutinariamente. En el caso de las estaciones base tomamos la decisión de no instalar enrutadores duales, pero sí tener en stock enrutadores de repuesto. Juzgamos que en el peor de los casos, de 2 a 3 horas sin red (un fallo a la 1AM de un domingo, bajo la lluvia) sería aceptable para los clientes. Del mismo modo, los miembros del personal que trabajaban los fines de semana tenían acceso a un armario de emergencia que contenía respaldos para el equipamiento de los clientes, tales como radios y proveedores de energía.
En el diseño lógico y en el de RF de la red se desarrolló la flexibilidad. La arquitectura de túnel VPN punto a punto desarrollada en Nairobi fue extraordinariamente flexible en cuanto al servicio a los clientes o las necesidades de la red. Como un simple ejemplo, las conexiones cliente podían programarse para detenerse durante las horas de menos tráfico para permitir realizar un respaldo fuera del sitio. También podíamos vender múltiples enlaces a destinos separados, incrementando el retorno de nuestras inversiones en la red al tiempo que ofrecíamos nuevos servicios a los clientes (como monitoreo remoto de cámaras CCTV).
Con respecto a la RF, teníamos suficiente espectro para planificar una expansión, así como para armar un diseño de red de radio alternativa en el caso de tener interferencia. Con el crecimiento de las estaciones base, probablemente el 80% de nuestros clientes estaban al alcance de dos estaciones base de modo que si una estación base fallaba, podíamos restaurar el servicio rápidamente.
El separar las capas lógica y de RF en la red Blue introdujo un nivel adicional de complejidad y costos. Considerando la realidad a largo plazo de que las tecnologías de radio van a avanzar más rápidamente que las técnicas de interconexión, separar las redes, en teoría, nos da la flexibilidad de reemplazar la red RF existente sin afectar la red lógica. O podemos instalar diferentes redes de radio a tono con las nuevas tecnologías (Wimax), o las necesidades de los clientes, manteniendo la misma red lógica.
Finalmente, uno debe rendirse ante la evidencia de que las sofisticadas redes que desplegamos serían completamente inútiles si no cumplimos escrupulosamente con los compromisos con el cliente. Esto es, después de todo, por lo que se nos paga.
Adam Messer, Ph.D.