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CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
El marco metodológico incluye el tipo de investigación, las técnicas,
procedimientos y metodología que serán utilizados para llevar a cabo la
investigación. Con este procedimiento se realizará el estudio y responder a lo
planteado para el efecto del diámetro de la gota de lluvia en la atenuación a la
frecuencia de 2,4 Gigahertz.
1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
Para Arias (1999) el tipo de investigación se refiere al grado de profundidad
con que se aborda un objeto o fenómeno.
De esta manera, Sabino (1996) señala que el tipo de la investigación puede
subdividirse según su propósito: Básica y Aplicada y según la profundidad con que
se aborda el tema: Exploratoria, Documental, Descriptiva, Correlacional y
Explicativa.
Considerando lo anteriormente expuesto, esta investigación según su
propósito es del tipo Básica, debido a que el trabajo tiene por finalidad recolectar
datos empíricos para formular, ampliar o evaluar teorías en un período de tiempo
(Arias). En este sentido, esta investigación busca simular el efecto de la lluvia con
la variación del diámetro de la gota, en un enlace inalámbrico para recolectar
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información que permita establecer su efecto en la atenuación originada por el
diámetro de la gota de lluvia a la frecuencia de 2,4 GHz.
Dentro de estas investigaciones se conciben hipótesis descriptivas, las
cuales tienen la particularidad de ser generales y especificas, permitiendo la
comprobación (por la verificación) de los supuestos planteados por el investigador
(Bavaresco, 1994).
Según José V. Altamirano (1991) la investigación explicativa es la
explicación que trata de descubrir, establecer y explicar las relaciones
causalmente funcionales que existen entre las variables estudiadas y sirve para
explicar cómo, cuándo, dónde y por qué ocurre un fenómeno (...).
En este aspecto, la presente investigación pretende correlacionar el
diámetro de la gota de lluvia como uno de los factores de atenuación sobre los
enlaces inalámbricos a la frecuencia de 2,4 GHz, mediante un experimento que
evidenciara las condiciones que produce esta atenuación y el sentido en el cual,
las variables diámetro de la gota de lluvia y atenuación de la señal, guardan
relación.
2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION
Según Arias, el diseño de investigación es la estrategia que adopta el
investigador para responder al problema planteado.
En esta investigación se definirá y se justificara el tipo de investigación,
según el diseño o estrategia por emplear.
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En atención al diseño, la investigación se clasifica en investigación
experimental. Una investigación experimental es un proceso que consiste en
someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones o estímulos
(variable independiente), para observar los efectos que se producen (variable
dependiente) (Arias, pag. 48).
Según lo anterior, este tipo de investigación es experimental debido a que
en la misma se manipula la variable diámetro de la gota de lluvia, cambiando el
tamaño de la misma y variando la tasa de transmisión sobre un enlace inalámbrico
en la frecuencia de 2,4 GHz, con una potencia de señal, distancia, longitud de
onda constante, con el fin de recopilar toda la información necesaria para realizar
un profundo análisis y conocer la tasa de error en los enlaces inalámbricos a esta
frecuencia debido a la influencia pluviométrica variando el tamaño de la gota.
Para esto, se realizara un diseño experimental con arreglo factorial de los
tratamientos, Chacin Lugo (2000) afirma que este diseño se origina por la
asignación de los tratamientos a un conjunto de unidades experimentales
previamente establecidas.
Chacin Lugo expone que los experimentos factoriales investigan
simultáneamente los efectos de diferentes factores.
Un factor seria una causa o variable independiente que puede variar a
voluntad del experimentador. Un factorial sería, cada uno de los tratamientos
básicos que intervienen en la formación de una combinación de tratamientos. En
el caso particular de esta investigación tenemos dos factores: el diámetro de la
gota de lluvia y la tasa de transmisión del enlace inalámbrico.
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El termino niveles, se refiere a las diferentes clases, dosis o cantidades de
un factor. Un nivel puede ser entonces una clase, estado o cantidad particular de
un factor (Chacin Lugo). Podemos definir en esta investigación dos factores
(diámetro de la gota y tasa de transmisión) con 3 y 55 niveles, puesto que
tenemos 3 tamaños de gotas de lluvia y 55 tasas de transmisión.
El modelo que define el experimento, según Montgomery Douglas y Runger
George (2003) es el siguiente:
i= 1,2,…a
Υyt=µ+τi+βj+(τβ)y+εyk j= 1,2,…b
K=1,2,…n
Donde µ es el efecto promedio global, ϒi es el efecto de i-ésimo nivel del
factor A (precipitación) β j es el efecto del j-ésimo nivel del factor β (tasa de
transmisión) (γß) es el efecto de la interacción entre A y B (precipitación y tasa de
transmisión) y εp es un componente de error aleatorio que tiene una distribución
normal con media cero y varianza 02. En este caso el interés recae en probar la
hipótesis de que no hay efecto principal para el factor A, ni para el factor B, y
ningún efecto de interacción AB.
3. METODOLOGIA APLICADA
Para el desarrollo de esta investigación se plantearon 4 fases a seguir las
cuales tienen el propósito de satisfacer los objetivos de la investigación basados
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en una metodología planteada por Clint Smith, (1999) donde se fundamentan los
pasos necesarios para el desarrollo de un trabajo de investigación como el
propuesto.
En consecuencia, para un mejor entendimiento de la investigación, se hace
necesario explicar de manera breve cada uno de los pasos a seguir durante el
desarrollo del experimento, con el fin de conocer el proceso para determinar la
atenuación ocasionada por el diámetro de la gota de lluvia a la frecuencia de 2,4
Ghz.
Fase I: Diseño del Microsimulador de Lluvia y Montaje de los Módulos del
Enlace Óptimo Inalámbrico.
Esta fase se llevará a cabo en las siguientes etapas:
I.1) Diseño del Microsimulador de lluvia.
El simulador de lluvia consiste en un recipiente cerrado de vidrio de 6
milímetros de espesor, rectangular de 0,5 metros de ancho, 1 metro de largo y 1
metro de altura. En el cual se conecta una bomba de agua, alimentada con un
voltaje de 110 voltios, cuya función es recircular el agua en ese recipiente. Las
conexiones para recircular el agua en este simulador consiste en un arreglo de
tuberías plásticas de 1/2 pulgada de diámetro con agujeros en un tramo. Asimismo
se construyeron 3 recipientes de forma rectangular de 90 cm de largo por 47 cm
de ancho, de material acrílico de 3, 4 y 6 milímetros de espesor, perforados, con
agujeros en toda su extensión, separados 1,5 cms aproximadamente, en los
cuales se variaron los diámetros de las gotas.
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Figura 17. Diseño del Microsimulador de lluvia.
Fuente: Jugo (2011)
I.2) Construcción del Microsimulador de lluvia
El recipiente de vidrio de forma rectangular el cual es comparado con una
pecera, es el envase que contiene el agua. El mismo se construyó de vidrio para
observar todo el proceso en detalle. En su parte posterior se instaló una bomba de
agua de ½ Hp de potencia y 110 voltios para su funcionamiento. La recirculación
del agua se hace a través de tuberías plásticas de ½ pulgada de diámetro, tanto
en la succión como en la descarga.
Para la descarga, se hizo un arreglo de tuberías en forma de un cuadrado
dividido por otro tubo, los cuales fueron perforados para simular una regadera y
cuyo caudal se regula por una válvula o llave de paso, ésta, descarga el agua
encima de bandejas construidas con material acrílico, de 90 cms de largo por 47
cms de ancho y con una altura de 7 cms para contener el agua, más liviano que el
vidrio y con mayor facilidad para ser perforada con agujeros en el fondo,
separados, con cuyos diámetros se pueden obtener gotas de 1, 2 y 3 milímetros
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de diámetro, estos agujeros están separados 1,5 centímetros entre sí,
aproximadamente, para simular la lluvia. En total, se construyeron 3 bandejas.
Figura 18. Simulador de Lluvia
Fuente: Jugo (2011)
I.3) Prueba del Microsimulador de lluvia.
En las tuberías del Microsimulador de Lluvia, recircula el agua del recipiente
con la bomba a través de las tuberías y retorna al envase luego de caer en la
bandeja, la cual almacena de forma eventual el agua y la distribuye de manera
uniforme en el espacio interno del recipiente. La cantidad pluviométrica para esta
investigación se encuentra entre los valores de 376-570 mm, cuya característica
es considerada de normal a fuerte para las precipitaciones. Las bandejas en la
cuales se descarga con uniformidad el agua de los tubos, fueron intercambiadas
para variar el diámetro de la gota 1, 2 ó 3 centímetros de diámetro.
I.4) Prueba del Modulo de Enlace Inalámbrico.
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Para establecer el enlace de radio frecuencia de 2,4Ghz, se conectaron dos
equipos transmisor y receptor a través del cableado coaxial en antenas en los
extremos de tres centímetros, equivalentes a ¼ de onda, los extremos fueron
conectados con conector tipo N a los equipos transmisor/receptor modelo aurora
2400, cuya potencia de transmisión es de 26 dbm, a una frecuencia de transmisión
de 2,4Ghz a 2,47 Ghz, programable en libre espectro, la potencia umbral del
receptor es de -90 dbm @10-6 de tasa de error de bit BER con margen de
desvanecimiento requerido de 38 dbm. Se conecto y ajustó el vatímetro para la
determinación de la potencia de salida en dbm. Las antenas se montaron sobre
pequeñas mesas para soportarlas y se separaron tres metros, en la búsqueda de
un nivel de señal adecuado a los niveles de RSSI óptimos. Con la finalidad de
direccionar la señal, se fabricó unos conductos con segmentos de tubos plásticos
de 3 pulgadas de diámetro.
El equipo Radio Microondas Modelo AURORA 2400, como uno de los
principales del experimento, posee características de fábrica que deben ser
interpretados bajo los valores establecidos en la siguiente tabla:
Tabla 5.
Nivel de la Señal Vs. RSSI
NIVEL DE ENTRADA
(dbm)
RSSI (VOLTAJE)
-90 1,38 -89 1,436 -88 1,492 -87 1,54 -86 1,6 -85 1,66 -84 1,71
70
NIVEL DE ENTRADA
(dbm)
RSSI (VOLTAJE)
-83 1,76 -82 1,82 -81 1,87 -80 1,88 -79 1,96 -78 2,03 -77 2,1 -76 2,22 -75 2,3 -74 2,36 -73 2,42 -72 2,48 -71 2,54 -70 2,61 -69 2,67 -68 2,73 -67 2,79 -66 2,85 -65 2,88 -64 2,94 -63 3 -62 3,06 -61 3,12 -60 3,18 -59 3,22 -58 3,24 -57 3,26 -56 3,3 -55 3,36 -54 3,4 -53 3,45 -52 3,49 -51 3,52 -50 3,57 -49 3,62 -48 3,67 -47 3,69 -46 3,73 -45 3,75
Continuación Tabla 5
71
NIVEL DE ENTRADA
(dbm)
RSSI (VOLTAJE)
-44 3,78 -43 3,81 -42 3,85 -41 3,89 -40 3,91 -39 3,93 -38 3,95 -37 4 -36 4,05 -35 4,06
Fuente: Manual Aurora 2400 La tabla 5. Representa los niveles de recepción de la señal RF,
correspondientes a cada valor de voltaje asignado de RSSI en el equipo, Este
voltaje está definido por el fabricante, cumpliendo con las normas IEEE 802.11.
Este representa la cantidad de señal de RF al momento de realizar la alineación
en las antenas y establecer la calidad de transmisión.
Figura 19. Medidor de dbm
Fuente: Jugo (2011)
Para su medición se utilizó un multímetro digital, modelo 77 III de la marca
FLUKE del cual se tomaban los valores de voltaje recibidos en el equipo receptor
AURORA 2400.
Continuación Tabla 5
72
Figura 20. Registro de Parámetros
Fuente: Jugo (2011)
Los valores recogidos en las siguientes tablas corresponden a la simulación
de una densidad pluviométrica entre 376 y 570 mm:
Tabla 6.
Valores Obtenidos con la bandeja para gota de 1 milímetro
BANDEJA PARA
GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO
NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.38 -89 1.43 -88 1.39 -87 1.40 -86 1.37 -85 1.37 -84 1.36 -83 1.36 -82 1.33 -81 1.29 -80 1.28 -79 1.9 -78 1.95 -77 1.97 -76 2.03 -75 2.10
73
BANDEJA PARA
GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO
NIVEL (dbm) VOLTAJE -74 2.20 -73 2.25 -72 2.27 -71 2.29 -70 2.33 -69 2.37 -68 2.37 -67 2.37 -66 2.37 -65 2.37 -64 2.39 -63 2.40 -62 2.39 -61 2.39 -60 2.40 -59 2.42 -58 2.42 -57 2.39 -56 2.37 -55 2.37 -54 2.40 -53 2.38 -52 2.33 -51 2.33 -50 2.33 -49 2.33 -48 2.31 -47 2.30 -46 2.40 -45 2.41 -44 2.42 -43 2.40 -42 2.39 -41 2.38 -40 2.40 -39 2.40 -38 2.40
NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE
Continuación Tabla 6
74
BANDEJA PARA
GENERAR LA GOTA DE 1 MILÍMETRO
NIVEL (dbm) VOLTAJE -37 2.41 -36 2.41
Fuente: Jugo (2011)
Tabla 7.
Valores obtenidos con la bandeja para gota de 2 milímetros
BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 2
mm
NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.28 -89 1.34 -88 1.32 -87 1.30 -86 1.33 -85 1.33 -84 1.29 -83 1.37 -82 1.36 -81 1.33 -80 1.34 -79 1.33 -78 1.66 -77 1.85 -76 1.95 -75 2.05 -74 2.10 -73 2.22 -72 2.23 -71 2.27 -70 2.23 -69 2.29 -68 2.20
75
BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 2
mm
NIVEL (dbm) VOLTAJE -67 2.18 -66 2.29 -65 2.29 -64 2.32 -63 2.36 -62 2.30 -61 2.34 -60 2.36 -59 2.35 -58 2.32 -57 2.29 -56 2.39 -55 2.35 -54 2.22 -53 2.20 -52 2.18 -51 2.36 -50 2.28 -49 2.20 -48 2.28 -47 2.35 -46 2.32 -45 2.35 -44 2.33 -43 2.20 -42 2.33 -41 2.40 -40 2.31 -39 2.33 -38 2.33 -37 2.29 -36 2.30 Fuente: Jugo (2011)
NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE
Continuación Tabla 7
76
Tabla 8.
Valores obtenidos con la bandeja para gota de 3 milímetros.
BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 3
mm
NIVEL (dbm) VOLTAJE -90 1.21 -89 1.18 -88 1.20 -87 1.30 -86 1.29 -85 1.19 -84 1.17 -83 1.18 -82 1.24 -81 1.25 -80 1.20 -79 1.29 -78 1.32 -77 1.30 -76 1.32 -75 1.33 -74 1.35 -73 1.41 -72 1.40 -71 1.39 -70 1.49 -69 1.55 -68 1.62 -67 1.60 -66 1.78 -65 1.77 -64 1.83 -63 1.80 -62 1.98 -61 2.18 -60 2.22 -59 2.19
NIVEL ÓPTIMO DE ENLACE
77
BANDEJA PARA GENERAR LA GOTA DE 3
mm
NIVEL (dbm) VOLTAJE -58 2.20 -57 2.35 -56 2.28 -55 2.27 -54 2.26 -53 2.25 -52 2.14 -51 2.23 -50 2.24 -49 2.20 -48 2.33 -47 2.27 -46 2.26 -45 2.31 -44 2.33 -43 2.29 -42 2.27 -41 2.29 -40 2.30 -39 2.33 -38 2.30 -37 2.28 -36 2.24
Fuente: Jugo (2011) Obtenidos los valores de recepción se registraron los datos en tablas.
Posteriormente se analizan mediante el método estadístico ANOVA
Fase III: Análisis de los Datos
Realizada la fase experimental con la respectiva recopilación de datos, se
analizaran estos resultados, donde se realizará el análisis estadístico para diseños
experimentales con arreglo factorial de los tratamientos.
Continuación Tabla 8
78
Comparando la tabla 5 cuyos valores son los ideales y son proporcionados
por el fabricante del equipo AURORA 2400, con las obtenidas en el experimento,
se puede apreciar diferencias entre algunos valores de los resultados para la gota
de 2 m.m. y de 3 m.m., y poca o ninguna variación para la gota de 1 m.m. Es
decir, se puede interpretar en términos de estabilidad que los valores en dbm de
las tablas para el diámetro de la gota de 2 y 3 milímetros se muestran más
inestables, como los obtenidos en para la gota de 1 milímetro.
Si enfocamos estos resultados desde la figura 21. Niveles de Recepción, se
puede apreciar que esa inestabilidad o variación representan la garantía del
enlace en un sistema de comunicación. En este sentido, esta garantía en el
sistema de enlace está representado en esta figura entre -60 y -40 dbm.
Figura 21. Niveles de Recepción
Fuente: Jugo (2011)
79
Fase IV: Evaluación de Hipótesis
Analizados los resultados se evalúan las hipótesis planteada en la
investigación con el fin cumplir con los objetivos de la misma. En este sentido,
Hernández y Baptista (2006) plantean que las hipótesis estadísticas son
exclusivas del enfoque cuantitativo, que si se tiene un componente considerable
de éste y representan la transformación de las hipótesis de investigación, nulas y
alternativas en símbolos estadísticos. Se pueden formular solo cuando los datos
del estudio son cuantitativos. El investigador de traduce sus hipótesis de
investigación y su hipótesis nula en términos estadísticos.
4. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
En esta etapa se aplicaron estas técnicas para elaborar un plan detallado de los
conjunto de procedimientos por medio de los cuales se recopiló la información
necesaria para realizar el trabajo.
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