Frequency management in a campus-wide Wi-Fi deployment

Over the past years, Internet is spreading more and more. And not only in home devices, but also in other personal devices thus producing a collective mobile lifestyle. At the beginning of its rise, cable solution was the most applied technology. However, in a world becoming a “mobile world”, wired networks can’t fulfil all new challenges. Thus, Wireless networks are increasingly encroaching on the niche of traditional access technologies. In fact, mobile broadband is exponentially being integrated into every aspect of life; and that seems to be only the beginning of what is to come, as the several millions of people using the latest trend gadgets ratify. One of the key technologies that enable mobile Internet access is IEEE 802.11, commonly known by its trademark, Wi-Fi, which assures interoperability and backward compatibility between products. Part of the popularity achieved by Wi-Fi is due to the use of unlicensed (i.e. free) spectrum. Traditionally, only three of the fourteen frequency channels established in the 2.4GHz are used. This is so in order to avoid interference, as these channels (1, 6 and 11) belong to non-overlapping frequencies. However, the recent explosive growth in the number of wireless devices together with the multitude of wireless protocols operating in the unlicensed radio spectrum bands and sharing the same spectrum, lead to a saturation of the limited available spectrum, thus causing the frequency channels assigned to be repeated in close cells. Definitely, it results in interference and performance degradation, and broadly, a non-optimal performance of the network. Within this context, in which the number of users is very large but the radio resources are scarce, efficient channel allocation becomes crucial for the successful deployment and operation of IEEE802.11-based WLANs. And this is indeed the main purpose of this Master Thesis, in which a system able to establish communication with a controller and set a new channel distribution according to a renowned mathematical algorithm is exposed. The presented system has been tested in CBL – UPC Barcelona Tech campus, giving satisfactory outcomes and conclusions as a result. But before going deep into the process details, this work also reviews WLAN 802.11 standards and radio resource management techniques used nowadays, so the reader will easily understand the context which encompasses this work and how the system presented is able to improve an already settled technology.Castellà: Desde hace unos años, Internet se está extendiendo cada vez más. Y no sólo en los hogares, sino también en aparatos de uso personal que están convirtiendo nuestro estilo de vida en un estilo “móvil”. Al principio de su aparición, la tecnología cableada era la más recurrida. Sin embargo, en este mundo cada vez más móvil, nos encontramos con que las redes cableadas no pueden satisfacer los nuevos retos. Es por esto que las redes inalámbricas están invadiendo el espacio de las tecnologías de acceso tradicionales. De hecho, la banda ancha móvil se está acoplando a un ritmo vertiginoso en muchos aspectos de nuestra vida; y esto parece ser sólo el comienzo, como demuestran los varios millones de personas que utilizan los aparatos tecnológicos más modernos. Una de las tecnologías clave que permiten acceso móvil a Internet es IEEE 802.11, más conocida como Wi-Fi, término comercial que asegura interoperabilidad y compatibilidad entre productos. Parte de su popularidad se debe al uso del rango de frecuencias libres de licencia. Tradicionalmente, sólo tres de los catorce canales que establece la banda de 2,4GHz son asignados. Esto ha sido siempre así para evitar interferencias, ya que estos canales (1, 6 y 11) pertenecen a frecuencias que no se solapan. Sin embargo, la reciente explosión en el número de dispositivos inalámbricos así como la cantidad de protocolos que trabajan en el mismo rango frecuencial, provocan una saturación de este espectro limitado, haciendo así que se asignen los mismos canales en celdas cercanas. Sin duda, esto se traduce en interferencias, y en general, hace que el comportamiento de la red no sea el óptimo. En este contexto, en el que el número de usuarios es elevado pero los recursos radio escasos, la asignación eficiente de canales se vuelve crucial para tener buen despliegue y funcionamiento de las redes WLAN basadas en IEEE802.11. Y éste es de hecho el propósito principal de esta Master Thesis, que presenta un sistema capaz de establecer comunicación con una controladora y decidir una nueva distribución de canales según un conocido algoritmo matemático. El sistema que se presenta ha sido probado en el campus CBL–UPC Barcelona Tech, obteniendo resultados y conclusiones satisfactorios. Pero antes de entrar en los detalles del proceso, este trabajo también analiza los estándares IEEE 802.11 así como las técnicas actuales utilizadas en la gestión de recursos, de manera que el lector entenderá fácilmente el contexto en el que este trabajo se realiza y cómo el sistema presentado es capaz de mejorar una tecnología ya asentada