maría elena campoverde guachilema tesis previa a la obtención...

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DISEÑO DE LA RED DE TRANSMISIÓN DE DATOS PARA ELPROYECTO "SISTEMA DE PRONOSTICOHIDROMETEOROLOGICO DE LAS LADERAS DELPICHINCHA Y ÁREA METROPOLITANA DE QUITO-SISHILAD" EMAAP-QUITO

María Elena Campoverde Guachilema

Tesis previa a la obtención del Título deIngeniero Electrónico en la Especialización de

Telecomunicaciones

Quito, Marzo 1999

Certifico que la presente tesis ha sido

elaborada en su totalidad por la Señora;

María Elena Campoverde Guachilema

Ing. MigueJHinoj0saDIRECTOR DE TESIS

AGRADECIMIENTO

Mi más profundo agradecimiento a todas aquellas personas que de alguna

manera contribuyeron en ia realización de este trabajo. Muchas gracias por

sus ideas ,: por compartir sus conocimientos y por su apoyo,

DEDICATORIA

A Dios- por-haberme .dado'.-el don divino; de la vidá:y; haberme permitidorealizar este Trabajo. : -

A mi Madre por su intenso amor, abnegación y sacrificio.

A mi Hija adorada.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1

DESCRIPCIÓN Y REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA

1.1 Generalidades1.1,1 Antecedentes

1.2 Descripción General del Sistema de Estaciones Pluviográficas,Estaciones Limnigráficas y Estaciones Climatológicas ubicadas en lasLaderas del Pichincha y Área Metropolitana de Quito1.2.1 Sistemas de Medición1.2.2 Sistema de Estaciones Pluviográficas, Estaciones Limnigráficas y

Estaciones Climatológicas1.2.2.1 Descripción de los equipos e instrumentación destinados

al monitoreo hidrometeorológico

1.3 Descripción de las Necesidades a cubrirse por el sistema de moniíoreoh id rom eteoroióg ico

12

44

5

8

15

CAPITULO 2

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS TÉCNICAS

2.1 Sistemas de Telemetría 18

2.2 Consideraciones en el diseño de la red de comunicaciones inalámbrica delsistema de monitoreo hidrometeorológico 20

2.3 Soluciones para la transmisión 222.3.1 Sistema de Radiocomunicaciones 22

2.3.1.1 Espectro Radioeléctrico 22' 2.3.1.2 Descripción de ias radiocomunicaciones 23

2.3.1.3 Elección entre transmisión análoga y digital 262.3.1A Técnica de Sondeo-Selección 292.3.1.5 Implementación del sistema de radiocomunicaciones 312.3.1.6 Protocolo de comunicación de datos 34

2.3.2 Sistemas Celulares 352.3.2.1 Sistemas celulares de conmutación de circuitos 352.3.2.2 Sistemas celulares de conmutación de paquetes

(Tecnología CDPD) 362.3.2.3 Norma CDPD 372.3.2.4 Descripción y características del Sistema CDPD 37

CAPITULO 3

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRASMISIÓN DE DATOS

3.1 Diseño del sistema utilizando Radiocomunicaciones 453.1.1 Introducción teórica del diseño de radioenlaces 453.1.2 Balance de los radioeniaces 53

3.1.2.1 Ganancia Total del Sistema 533.1.2.2 Pérdidas Totales del Sistema 543.1.2.3 Cálculo de la Potencia recibida 593.1.2.4 Margen de Desvanecimiento 593.1.2.5 Objetivos de Calidad 593.1.2.6 Disponibilidad de un Sistema Radioeléctrico 60

3.1.3 Diseño de la Red de radiocomunicaciones 613.1.3.1 Determinación de la frecuencia de trabajo y ancho de banda 613.1.3.2 Realización de los perfiles 623.1.3.3 Desarrollo de los balances de los radioenlaces 643.1.3.4 Estudio de campo 65

3.2 Diseño del Sistema utilizando CDPD 733.2.1 Descripción de la Red CDPD en la zona 73

3.2.1.1 Cobertura Celular 733.2.1.2 Capacidad de la Red 74

3.2.2 Estimación del tráfico producido en el sistema de monitoreohidrometeorológico para la transmisión de datos 77

3.2.3 Cobertura CDPD para las zonas en estudio 803.2.4 Sistema Combinado 81

CAPITULO 4

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS

4.1 Especificaciones de los equipos utilizando Radiocomunicaciones4.1.1 Equipo en las estaciones remotas4.1.2 Equipo en las estaciones repetidoras4.1.3 Equipo en la estación central

4.2 Especificaciones de los equipos utilizando Tecnología CDPD

868699

101

110

CAPITULO 5

ANÁLISIS ECONÓMICO

5.1 Análisis económico utilizando Radiocomunicaciones5.1.1 Costos de equipos y partes5.1.2 Costos de los enlaces de radio

114114116

5.2 Análisis económico utilizando el Sistema Combinado(Tecnología CDPD y Enlaces vía radio)5.2.1 Costos de equipos y partes5.2.2 Costos de uso mensual de la red CDPD5.2.3 Costos del Sistema Combinado

5.3 Comparación de Costos entre el Sistema de Radiocomunicacionesy el Sistema Combinado

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

ANEXO 1 Asignación de Frecuencias

ANEXO 2 Perfiles y Balances de los enlaces radioeléctricos

ANEXO 3 Fotografías del Estudio de Campo

ANEXO 4 Predicción de Cobertura de la red CDPD para Quito

ANEXO 5 Reglamento de tarifas por el uso de frecuencias

119119120122

123

125

INTRODUCCIÓN

En la actualidad las telecomunicaciones tienen una permanente utilización, en casi

todas las actividades humanas, no solamente son usadas para los tradicionales

servicios de voz y datos. Dentro de los servicios de datos se han multiplicado las

aplicaciones. Entre estas aplicaciones tenemos las de transmisión de datos de

mediciones realizadas por sensores eíectrónícos, llamados sistemas de telemetría.

Otra aplicación es la transmisión de datos obtenidos de diversos dispositivos como

son los PLC's que realizan funciones de control, llamados sistemas de telecontrol.

En estas dos aplicaciones el uso de las telecomunicaciones apropiadas permiten

optimizar la función de estos sistemas.

En nuestro país encontramos aplicaciones de telemetría y telecontrol

implementados en la campos petroleros, en el Sistema Nacional Interconectado de

distribución de energía eléctrica, en el Sistema de Sismógrafos del Instituto

Geofísico de ¡a Escuela Politécnica Nacional, por hablar de unas pocas

aplicaciones grandes. Estos sistemas ofrecen servicios a la explotación y

utilización de recursos , servicios de ayuda a la comunidad,

Específicamente en la ciudad de Quito, la Empresa Municipal de Agua Potable y

Alcantarillado de Quito (EMAAP-Q) a través de su Programa de Protección de las

Laderas del Pichincha deberá implementar un sistema de telemetría con 43

estaciones de medida del tipo automático que se adquirieron para el monitoreo

hidrometeorológico de las laderas del Pichincha y del Distrito Metropolitano de

Quito. El objetivo de este sistema de monitoreo es el de tener una herramienta que

permita prevenir desastres como son inundaciones, deslizamientos de tierra y para

mejorar el funcionamiento del sistema de alcantarillado.

Para cumplir con este objetivo se ejecutarán algunos programas de prevención y

ayuda. Entre estos programas de prevención se encuentra la construcción de

presas y diques de regulación, canales de desvío, colectores de aguas servidas,

etc.

Estas 43 estaciones hidrometeorológicas están a cargo del Proyecto "SISHILAD", el

cual requiere monitorear a estas estaciones desde una estación central en forma

automática y en tiempo real. La finalidad de este trabajo es el de realizar un estudio

de factibilidad técnico y económico de las posibles alternativas a utilizarce como

medio de transmisión de datos para este sistema de telemetría , una vez realizado

este estudio, realizar el diseño de la red de comunicación de datos que cumpla con

los requerimientos del sistema.

Para cumplir con los objetivos de esta tesis, la misma consta de cinco capítulos,

cada uno de los cuales trata los siguientes temas:

El Capítulo Uno describe de una manera resumida al sistema de monitoreo, como

se encuentra conformado, que tipo de estaciones constituyen la red, sus principios

de funcionamiento. Y también describe los requerimientos de comunicación de los

datos provenientes de las estaciones hidrometeorológicas.

El Capítulo Dos realiza un estudio preliminar de las posibles alternativas técnicas o

medios de transmisión de datos que pueden implementarse en el sistema en

estudio. Se muestran dos alternativas a utilizarce, las Radiocomunicaciones y el

Servicio CDPD (Celluiar Digital Packet Data). De cada una de estas dos

alternativas se describe los conceptos más importantes y formas de funcionamiento

para de esta manera determinar cuál de ellos se acopla mejor a los requerimientos

del sistema.

En el Capítulo Tres se realizan los diseños de la red de comunicaciones utilizando

las dos posibles alternativas. Para el diseño del Sistema de Radiocomunicaciones

se escoge la frecuencia, se realizan los perfiles y balances de los enlaces

radioeléctricos con lo cual se obtienen las características de los equipos de

transmisión y recepción (potencia, antenas, torres de montaje etc.). Para el diseño

del Sistema con CDPD se analiza cobertura del sistema CDPD en las zonas en

estudio y el volumen de datos que manejará el sistema de monitoreo. Después de

analizar la cobertura se obtiene que algunas estaciones no pueden utilizar este

sistema por lo que se diseña la red utilizando conjuntamente radiocomunicaciones

y CDPD de lo cual resulta al que se ha denominado Sistema Combinado.

En el Capítulo Cuatro se describen las especificaciones técnicas mínimas de los

equipos que deberán ser utilizados en las estaciones remotas, estaciones

repetidoras y estación central para implementar los dos sistemas recomendados: el

Sistema de Radiocomunicaciones y el Sistema Combinado.

El Capítulo Cinco analiza económicamente la implementación de los dos sistemas

recomendados. Para el Sistema de Radiocomunicaciones este análisis económico

incluye costos de los equipos y partes, costos de enlaces de radio, costos de

instalación y mantenimiento. De igual forma para ef Sistema Combinado se incluye

costos de equipos y partes, costos de enlaces de radio, costos de uso mensual del

Servicio de CDPD, costos de instalación y mantenimiento. Al final se realiza una

comparación de costos de los dos sistemas.

En cada uno de los capítulos se ha procurado exponer de la manera más clara

posible cada uno de los temas a tratarse, profundizando lo suficiente en los más

importantes para el diseño de esta red de comunicación de datos. Espero que este

trabajo sirva de guía para que esta red de comunicaciones se implemente en el

futuro de la mejor manera posible y cumpla con sus objetivos de ayuda a la

comunidad de Quito.


CAPITULO 1


1.1 GENERALIDADES

Los peligros de inundación y deslaves producidos en los últimos años en las

Laderas del Pichincha han obligado al Municipio de Quito y en este caso a la

Empresa de Agua Potable y Alcantarillado (EMAAP-Quito) con el apoyo del Banco

Iníeramericano de Desarrollo (BID) a implementar el Programa de Protección de las

Laderas del Pichincha. Este proyecto tendrá como fin el de construir obras de

protección y mejorar el funcionamiento de la red de alcantarillado que constituye el

verdadero problema de la Ciudad de Quito,

Dentro de los proyectos implementados por este Programa de Protección, en el

año de 1994 la EMAAP-Quito junto con el Instituto Nacional de Metereología e

Hidrología (INAMHl) y el Instituto Francés de Investigación Científica ORSTOM

inició del proyecto de investigación SISHILAD (Sistema de Pronóstico Hidrológico

de las Laderas del Pichincha y Área Metropolitana de Quito". Este proyecto ha

venido realizando un estudio hidrológico de la zona a través de la recopilación de

datos de precipitaciones pluviales y caudales obtenidos por el sistema de sensores

instalados en dos quebradas principales de las Laderas del Pichincha: Quebrada.

Rumihurcu con una área de 10.5 km2 y la Quebrada. Rumipamba con una área de

6.5km2.

El proyecto SISHILAD tiene como objetivo el de crear un modelo matemático que

permita identificar los riesgos vinculados con los eventos hidrometeorológicos

extremos a fin de reducir los daños que provocan. Entre estos riesgos cuentan las

crecidas , deslizamientos de tierra, flujos de lodo que descienden de las laderas y

provocan la obstrucción del sistema de alcantarillado y causan daños a la

propiedad privada de aquellas personas que habitan en la zona.

Para la realización de este modelo matemático se necesitarán años de pruebas y

mediciones en la zona, y que estas mediciones sean precisas y lleguen de la

manera más oportuna para su procesamiento a través de paquetes de simulación

hidrológica.

pag,


Para cumplir con este propósito se ha instalado una red de estaciones

pluviográficas, limnigráficas y meteorológicas que permitan obtener los datos para

el mon ¡toreo.

1.1.1 ANTECEDENTES

En los siguientes párrafos se describirá los trabajos de observación y mediciones

realizadas por el proyecto SiSHlLAD, durante estos últimos años.

DESCRIPCIÓN Y MEDICIONES HIDROMETEOROLÓGICAS DE LA ZONA

El proyecto SISHILAD instaló en un inicio una red conformada por diez estaciones

pluviográficas y cuatro limnigráficas del tipo mecánico con tambor, ubicadas en las

cuencas hidrográficas de las Quebradas. Rumihurcu y Rumipamba, estas dos

quebradas fueron seleccionadas en calidad de cuencas experimentales ya que

además de ser las más grandes, tienen características tales que las mediciones ahí

hechas pueden ser extrapoladas a otras cuencas semejantes.

El contexto físico-geográfico de estas dos quebradas es muy heterogéneo, de

acuerdo a observaciones realizadas existen cinco grandes tipos de usos del suelo

de acuerdo a la altitud (Ver tabla 1.1]:

Altitud

2800

3000

3200

3600

3200

(msnm)

- 3000

- 3200

- 3600

- 4400

- 4000

Descripción del uso del suelo

Asentamientos de vivienda, urbanizaciones que

que era el cinturón verde de Quito.

reemplazan a lo

Bosque de eucaliptos que divide a las urbanizaciones de la parte

baja de los terrenos cultivados en la parte alta de

fuertes.

pendientes muy

Terrenos de cultivo y pastizales.

Páramo utilizado como zona de pastoreo.

Arbustos de especies nativas.

Tabla 1.1. Descripción del uso del suelo

Estas características del suelo influyen decisivamente en la formación de las

crecidas, debido a la gran capacidad de retención de agua por parte de la


vegetación y los suelos del páramo, con io cual el suelo retiene mayormente la

humedad y con acumulación de esta se produce los deslizamientos.

El contexto físico de la zona es heterogéneo y junto con las precipitaciones

atmosféricas la diversidad aumenta. Es así que en las zonas altas la frecuencia y

duración de las lluvias es mayor que en la ciudad de Quito. Por este motivo se

decidió que los pluviógrafos se ubiquen a unos 250m de altitud, uno respecto del

otro, en tanto que las estaciones limnigráficas se ubicaron en pisos altitudinales.

Las mediciones realizadas con instrumentos mecánicos también indican que las

intensidades de lluvia disminuyen a medida que se asciende por las laderas, pero

la precipitación sigue siendo más alta a medida que se alcanza altura, esto se debe

a que las lluvias son más prolongadas y de mayor duración como se mencionó

anteriormente.

Los pluviógrafos y limnígrafos instalados son del tipo de registrador con papel y

tambor (tipo mecánico), para obtener los datos se hace imprescindible el ir a los

sitios y sustituir las fajas o rollos pluviográficos y medir la lámina total acumulada

en los recercónos. En el caso de los limnígrafos se hace necesario el

mantenimiento diario debido a la acumulación de sedimentos. Estas situaciones

producen que los registros de medición no sean del todo continuos, así como al

estar trabajando con elementos mecánicos se corre el riesgo que fallen con

frecuencia, lo que hace que no se obtengan los datos de precipitaciones y caudales

con la precisión y regularidad requerida para los estudios pertinentes. Otro

problema es el costo económico y en personal que se requiere para las visitas a

estos lugares.

Después del primer período de mediciones se recomendó la obtención de una red

de estaciones automáticas y digitales, no tan solo ubicadas en las laderas del

Pichincha sino en toda el área del Distrito Metropolitano donde también existe

riesgo de aluviones y deslizamientos.

pág, 3


1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE ESTACIONES

PLUVIOGRÁFICAS, ESTACIONES LIMNIGRÁFICAS Y ESTACIONES

CLIMATOLÓGICAS EN LAS LADERAS DEL PICHINCHA Y ÁREA

METROPOLITANA DE QUITO.

1.2.1 SISTEMAS DE MEDICIÓN

En un sistema de medida una magnitud o propiedad es medida y los valores

recopilados son convenientemente visualizados. Si se desea indicar los valores

medidos en puntos situados a cierta distancia de donde se realiza la medición será

necesario utilizar un medio de transmisión de la información entre el dispositivo de

medida y el dispositivo de visualización (almacenamiento). Para un sistema de

transmisión de medidas remotas se recomienda los sistemas de medida

electrónicos debido a la fácil y confiable manipulación de los datos electrónicos.

Un sistema electrónico de medición básico consta de lo siguiente:

1.- EL TRANSDUCTOR (sensor) ,que convierte la magnitud medida en una salida

eléctrica utilizable. Existen transductores de muchos tipos, que se clasifican de

acuerdo al principio de transducción que utilizan. Así pueden ser: capacitivos,

inductivos, resistivos, reluctivos, electromagnéticos, piezoeléctricos,

poíenciométricos, fotoconductores, fotovoltaicos, termoeléctricos etc. Dependiendo

de la magnitud a medirse y del rango de medida se escogerá el íransductor con el

principio más adecuado.

2.- EL ACONDICIONADOR DE SEÑAL, que convierte la señal de salida del

transductor en un valor apropiado como señal de entrada para el dispositivo

visualizador. Estos'elementos pueden ser circuitos muy simples como una red de

resistiva, o más complejos como amplificadores, filtros, convertidores analógicos-

digitales etc.

3.- LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN ,que proporciona la energía eléctrica

adecuada para los elementos del sistema. Las fuentes de aumentación pueden ser

baterías, paneles solares etc.

pág,4


4.- EL DISPOSITIVO VISUALIZADOR que permite la lectura de la información

requerida acerca de la magnitud que se mide. Estos visualizadores pueden ser

registradores gráficos, displays, impresoras de caracteres, etc.

M4ÉM1LD TWNECtCItRAZN30EN4DCRDE

fflfc.czsosrnvovasu-tEUDCR INiltmtlAICNCE MÍOS

Fig, 1,1 Sistema Electrónico de Medida

1.2.2 SISTEMA DE ESTACIONES PLUVIOGRÁFICAS, ESTACIONES

LIMNIGRÁFICAS Y ESTACIONES CLIMATOLÓGICAS

Con e! apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID) se obtuvieron 43

estaciones del tipo automático (pluviógrafos, Estación Hidrológicas y estaciones

climatológicas) para ser instaladas en los lugares recomendados. Estos equipos

son del tipo automático con la capacidad de almacenamiento digital y de transmitir

sus datos en tiempo real. Estas características permiten mejorar la precisión de los

tiempos de medición y la medición de las intensidades de las lluvias. Su

mantenimiento y operación no requiere de mucho personal, reduce el número de

inspecciones a los sitios y el procesamiento de la información es ágil y confiable si

se cuenta con una adecuada y también confiable red de comunicaciones, que es el

motivo del presente estudio.

Este sistema de estaciones está conformada por el siguiente equipo:

• 25 Estaciones Pluviográficas

• 10 Estaciones Limnigráficas

• 8 Estaciones Climatológicas.

La ubicación de cada una de estas estaciones puede observarse en la Fig.1.2.

•*'f

:••->• r>- -r~:


Estaciones Pluviográficas Estaciones Hidrológicas

No.2357891112

14151617182021222324262829303132

33

Identificación

P1P2P3P4P5P6P7P8

P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P20P21P22P23P24

P25

NombreRUMIHURCU 2RUMIHURCU 3RUMIHURCU 5RUMIHURCU 7RUMIHURCU 8RUMIHURCU 9RUMI PAMBABODEGAS EMAAP

IÑAQUITO INAMHIDAC AEROPUERTOANTENASLA CHORRERACUMBAYAZAMBIZAEL CINTOIZOBAMBACONOCOTOGUAYLLABAMBALA TOLACALDERÓNRIO GRANDE 1RIO GRANDE 2RIO GRANDE 3QUITOOBSERVATORIOEL TROJE

No.

34

35363738394041

4243

Identificación

H1H2H3H4H5H6H7H8

H9H10

NombreRUMIHURCOALTORUMIHURCO MEDIORUMIHURCO BAJOELCOLEGIORUMIPAMBA MEDIARUMIPAMBA BAJACOLECTOR EL BATANMACHANGARA ENMOJASRIO GRANDEQDA. CONOCOTO

Estaciones ClimatológicasNo.1461019252713

IdentificaciónC1C2C3C4C5C6C7C8

NombreRUMIHURCU 1RUMIHURCU 4RUMIHURCU 6RUMIPAMBABELLAVISTAYARUQUISAN ANTONIOIASA-ESPE

Estaciones Limnigráficas = Estaciones Hidrológicas

pág,7


1.2.2.1 DESCRIPCIÓN DEL LOS EQUIPOS E INSTRUMENTACIÓN

DESTINADOS AL MONITOREO HIDROMETEOROLÓGICO.

Pluviógrafos Electrónicos.-

El pluviógrafo es un equipo que permite obtener valores de las precipitaciones

lluviosas, es decir valores de las láminas de agua depositadas en el aparato que en

general dan una medida de las láminas depositadas sobre áreas de terreno donde

se ubica el pluviógrafo. Esta lámina de agua vienen expresada en mm. Con este

parámetro medido y el promedio de tiempo en el que se realiza la medición se

puede obtener la intensidad de lluvia.

La cantidad de lluvia es captada por una báscula electrónica que emite una señal

eléctrica cada vez que la cantidad de lluvia llega ai valor fijado en el sensor, este

valor es la resolución del sensor, es decir que se emitirá una señal eléctrica o

llamado también disparo cada vez que se acumule 0,1 mm de agua de lluvia. Estos

disparos son acumulados en un contador digital del acumulador de datos.

Características técnicas:

Área del orificio receptor: 200 cm2

Resolución: 0.1 mm

Precisión: 1 %

Modo de activación: con un impulso de lluvia

Temperatura de trabajo: -5° a 50°C

Humedad: O a 100%

Alimentación : 12V mediante batería o energía solar.

Interfaz: RS-232C para conexión directa a un modem serie, sistema de radio / de

satélite.

Formato de información de salida: ASCII

pág,8


Fig. 1.3 Pluviógrafo Electrónico

Estación hidrológica electrónica.-

Un Estación Hidrológica electrónico proporciona el valor de nivel de agua. Para

este caso de aguas superficiales. El método sensor es piezocapacitivo. La altura

del nivel de agua se mide por medio de una sonda de medida de presión de

referencia cerámica, que detecta la presión hídrostática de la columna de agua a

través de un diafragma de presión capacitivo y convierte este valor en una señal

eléctrica (4-20mA) que luego es utilizada en registradores de tambor, indicadores

visuales, registradores de cinta, acumuladores de datos etc.

Este sistema de medida es apropiado para medidas de niveles de agua en lechos

de ríos que llevan agua permanentemente (torrentes, cuencas de río, quebradas)

Características Técnicas.-

Cuerpo de la Sonda de acero inoxidable

Precisión: O.Scm

Alcance de la medición: O - 5m

Temperatura de trabajo: 5° a 50°C

Humedad: O a 100%

El intervalo de consulta programado está dirigido por los sucesos, quiere decir que

se efectúa sólo un almacenamiento cuando se produce una alteración del nivel del

agua io que permite economizar memoria.

Como mínimo se efectúa una consulta diaria para garantizar la seguridad del

funcionamiento.


Interfaz: RS-232C para conexión a un modem

Cable: 100m

ACUMULADOR DE DATOS

CABLE DE LA SONDA

SION

Fig.1. 4 Estación Hidrológica

Estaciones climatológicas electrónicas.-

Esta estaciones contienen 8 tipos de sensores distintos para la obtención de datos

climatológicos:

Sensor de Precipitación Lluviosa: Con iguales características del pluviógrafo

electrónico ya descrito.

Sensor de Dirección de Viento: Tipo potenciométrico es decir que convierte un

cambio en la magnitud a ser medida en un cambio en la relación de tensiones,

mediante un cambio en la posición de un contacto móvil (escobilla) sobre un

elemento resistivo en cuyos bordes se ha aplicado una excitación. El

potenciómetro traduce la dirección del viento en un rango de O a 5V lineales de

salida. Puede medir direcciones de O a 360°, con una precisión + 5°.

pág, 10


Ex.

-

Fig. 1.5 Sensor de dirección de viento

Sensor de la Velocidad del Viento: Este sensor es del tipo Anemómetro de

copas, la rotación de ia copas a una velocidad proporcional responden a la

velocidad del viento y lo traducen a una señal eléctrica.

Su rango de medida va desde O a 250Km/h con una presión de ±5%

Fig.1.6 Anemómetro de Copas

pág,ll


Sensor de Humedad: Para medir humedad relativa del O a 100%. Este sensor

utiliza el principio de cambio de capacitancia de una delgada lámina de un polímero

de acuerdo a como absorbe el vapor de agua que es lo que produce la humedad.

Este cambio de capacitancia se transforma en una señal eléctrica lineal que luego

es acondicionada para proporcionarnos una salida de O a 5V. Un parámetro

importante en este tipo de sensores es el tiempo de respuesta (tiempo máximo de

absorvancia del agua hasta que exista el cambio de capacitancia) que es 20 seg

con un 90% de carga a una temperatura de 20°C.

S. V

Fig. 1.7 Sensor de Humedad

Sensor de Temperatura del Aire: Que puede medir un rango de -20 a 60°C, tipo

termistor (sensor de temperatura resistivo utilizando un semiconductor) variación de

la resistencia del semiconductor que se utilice con la variación de la temperatura.

Esta variación de resistencia se traduce a una señal eléctrica de O a 5V

A R

Fig. 1.8 Sensor de la temperatura del aire

pág,12


Sensor de la Temperatura del Suelo: Es similar at sensor de temperatura del aire

con la diferencia que la sonda es introducida en ei suelo y puede medir

temperaturas de -15° a 40°C

Sensor de la Presión Barométrica:

Este instrumento mide la presión atmosférica o barométrica la cual depende de la

altura, su rango de medición es de 600 a 1100 milibares, con una precisión de 0.3

milibares.

El acondicionador de señal de este sensor nos entrega un voltaje de O a 5Vdc.

Fig. 1.10 Sensor de Presión Barométrica

Sensor de Radiación Solar: Este sensor obtiene datos de la radiación solar

directa y la difusa. Una célula de silicio fotovoltaica provee una señal de salida

proporcional a la radiación de energía solar desde O a 1400W/m2. El sensor

responde hasta un 100% de cambio del nivel de radiación en un milisegundo. El

acondicionador de señal proporciona una salida de voltaje de 0-5Vdc,

Fig. 1.11 Sensor de Radiación Solar

pág,13


Recolector de Datos para las Estaciones:

Las diferentes señales obtenidas de los sensores deben ser procesadas a través

de algún dispositivo que permita obtener la información en un formato adecuado

para la transmisión de estos datos. Este dispositivo es el llamado acumulador de

datos o conocido como "data logger" al cual se conectan las salidas eléctricas de

cada uno de los sensores descritos anteriormente.

El acumulador de datos controla la colección, almacenamiento y transmisión de

todos los datos recolectados desde los sensores. Para cumplir con su función el

acumulador de datos está compuesto por lo siguiente:

• Microprocesador para control del sistema, este microprocesador funciona con un

reloj en tiempo real.

» Memoria EPROM, con capacidad suficiente para almacenar el programa de

funcionamiento del acumulador de datos.

• Memoria RAM: mínimo de 32Kbytes que aproximadamente puede almacenar

unos 5000 eventos provenientes de los sensores. Esta memoria puede ser

ampliable hasta 512Kbytes.

• Entradas analógicas y digitales, para la conexión de los diferentes tipos de

sensores. (Ver Tabla 1.2)

entradas analógicas: 8

entradas digitales: 8

Nombre del Sensor

Sensor de Precipitación

Sensor de Dirección del viento

Sensor de Velocidad del viento

Sensor de Humedad

Sensor de Temperatura del Aire

Sensor de Temperatura del suelo

Sensor de Presión Barométrica

Sensor de Radiación Solar

Estación Hidrológica Electrónico

Tipo de Sensor

Digital

Análogo

Análogo

Análogo

Análogo

Análogo

Análogo

Análogo

Análogo

Tabla 1.2 Clasificación de ¡os sensores por el tipo análogo o digital

pág,14


• Conversor análogo-digital, que dígitaiiza los datos provenientes de los sensores

análogos, lo que permite un mejor aprovechamiento de la seña!.

• Puerto de Comunicaciones serial RS-232, RS-485. Para este caso solo se

cuenta con la RS-232. Este puerto de comunicaciones puede ser conectado a

un radiomodem, modem satelital o modem CDPD para transmitir los datos.

Actualmente al no existir la red de comunicaciones, los datos proporcionados por

las estaciones son almacenados, y durante las visitas periódicas de los técnicos

de la EMAAP estos datos son obtenidos a través del puerto RS-232 conectado a

un computador portátil.

La colección, procesamiento y transmisión de los datos de los sensores son

controlados por el programa contenido en la memoria EPROM que tiene las

siguientes características:

• Los parámetros, de los sensores pueden ser programados individualmente,

incluyendo lo que es intervalos de transmisión, intervalos de muestreo, valores

iniciales.

• Los datos de los sensores pueden ser calibrados para reportar en unidades de

ingeniería.

« Prioridades de datos en la transmisión.

• Todos los parámetros pueden ser programados con una computadora portátil en

e( sitio donde esté ubicado el acumulador de datos, o remotamente utilizando

algún medio de transmisión.

1.3 DESCRIPCIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE

MONITOREO HIDROMETEOROLÓGICO

Como se ha mencionado anteriormente con este sistema de monitoreo

hidrometeorológico se busca obtener los datos necesarios para realizar un modelo

matemático del comportamiento hidrometeorológico de las Laderas del Pichincha y

Área Metropolitana de Quito con lo cual se podrá predecir deslaves, controlar el

flujo de las aguas provenientes de las laderas del Pichincha y que desembocan en

el sistema de Alcantarillado de Quito, permitiendo que estas no se sobresaturen.

Para lo cual es necesario establecer con los datos obtenidos de los equipos de

monitoreo una base de datos, esta información que será procesada en un futuro,

permitirá controlar otros sistemas.


El sistema de monitoreo estará en capacidad de generar interrogaciones a las

estaciones remotas, recibir los datos de éstas, formar la base de datos y permitir la

consulta, edición, graficación y reportes de estos datos, para lo cual requiere de

una confiable red de comunicación de datos.

Se deberá recolectar los datos en forma automática, lo que implica una transmisión

en tiempo real. Ei modo de transmisión de datos deberá ser programable a

intervalos de tiempo definidos por los técnicos que estén a cargo del sistema, y de

acuerdo a las necesidades de obtención de datos.

El sistema también estará ,en posibilidad de generar alarmas de acuerdo a valores

umbrales prefijados en el sistema.

El sistema deberá realizar un monitoreo de estado de la red que permita solucionar

posibles fallas del sistema como falta de energía para los equipos, temperatura de

operación de las unidades, los parámetros prefijados de los sensores, etc.

Este sistema de monitoreo está conformado por un software que dará el

tratamiento a la base de datos y manejará las comunicaciones entre la estación

central y las estaciones remotas. Y el hardware conformado por todas las

estaciones automáticas anteriormente descritas, los equipos de la estación central

y la red de transmisión de datos. Motivo de esta tesis es el estudio del hardware

que conformará precisamente la red de transmisión de datos que deberá ser

adquirido posteriormente.

Al ser el primer objetivo a cumplirse con este monitoreo, el diseñar un modelo

matemático que describa el comportamiento hidrometeorológico de la zona se hace

imprescindible el no perder los datos en momentos críticos como son lluvias

intensas, presencia de neblina, es decir en condiciones atmosféricas críticas. La

experiencia indica que justamente los sistemas de comunicaciones tienen su mayor

índice de fallas en estos momentos precisamente cuando ,por ejemplo, fallan

teléfonos, comunicaciones vía radio, microondas se interrumpen. Situaciones que

no se pueden evitar pero si minimizar.

Como parte de seguridad del sistema en cada una de las estaciones remotas se

cuenta con un módulo recolector de datos que posee la suficiente memoria RAM ,

pág, 16


que almacenará la información en caso de que la transmisión de datos falle. Pero

si ¡os datos son de importancia para determinar por ejemplo deslaves,

inundaciones, será muy importante que la comunicación no se pierda en

condiciones críticas, de ahí que habrá que dotar al sistema de las debidas

seguridades para evitar posibles fallas.

Pág, 17


CAPITULO 2


En el presente capítulo se realizará una descripción de los posibles sistemas a

utilizarse para la transmisión de datos en el monitoreo hidrometeorológico descrito

en el capítulo 1. En esta descripción se procurará dar una visión completa de los

aspectos técnicos más relevantes de las dos posibles tecnologías a utilizarce para

e! propósito: El Sistema de Radiocomunicaciones y los Sistema Celulares

(Tecnología CDPD).

2.1 SISTEMAS DE TELEMETRÍA

Un sistema de telemetría se considera a un sistema de mediciones con capacidad

de visualización remota de los datos. Es decir comunicación de las mediciones

realizadas a través de radio o cable. La aplicación de telemetría en un sistema de

medición o control ofrece muchas ventajas como son:

Ventajas de la Telernetría.-

• Permite un efectivo y eficiente monitoreo y control de un sistema de mediciones.

• Detección rápida de errores en el sistema.

« Mejor utilización de recursos del sistema,

• Desarrollo de bases de datos y obtención de información para asistencia en el

futuro de planeamientos, simulaciones, y diseño de otros sistemas

complementarios.

• Provee de una gestión en la información para la toma de decisiones.

La telemetría puede utilizar para la transmisión de datos sistemas inalámbricos

como son la radiofrecuencia, microondas, sistemas celulares, sistemas satelitales

etc. O puede utilizar también soluciones de cable como líneas telefónicas, cable

coaxial, fibra óptica.

Para el caso en estudio se escogerá un sistema inalámbrico por las siguientes

razones:

« Los sitios donde están ubicadas las estaciones no tienen acceso a líneas

telefónicas.

pág. 18


• El costo de utilizar cable sería extremadamente alto comparado a un sistema

inalámbrico debido a la no existencia de una red telefónica en el sitio y a las

grandes distancias de los lugares escogidos a zonas cercanas donde pueda

existir red telefónica.

• Con una red de comunicaciones inalámbrica los equipos de medición pueden

ser reubicados de acuerdo a las necesidades de monitoreo en la zona.

• Se disminuyen los costos de mantenimiento.

• Con una red de comunicaciones inalámbrica se aumenta la versatilidad del

sistema, pudiéndose agregar nuevos servicios a la red cada vez que sea

necesario.

Tipos de datos que pueden ser transmitidos en un sistema de íelemetría.-

Digitales.- ON u OFF

• Swiíches de Control

• Switches de Nivel

• Switches de Seguridad

• Switches de alarmas

Análogos.- Señales que varía en forma continua

• Sensores de presión

• Sensores de nivel

« Sensores de temperatura

• Sensores de flujo

• Sensores de humedad

Pulso,- Señal de frecuencia

• Consumo de energía

• Consumo de gas

» Consumo de un flujo

Métodos de comunicaciones en Telemetría.-

• Sistema de Sondeo,- La estación central o master sondea (interroga) a cada

estación esclava en turno. La esclava responde con el estado correspondiente.

pág. 19


• Reporte de Eventos.- Cuando el valor de una entrada cambia de acuerdo a la

programación deseada, la unidad transmite el "cambio de estado" a través de un

mensaje. Esta es la llamada transmisión en tiempo real.

• Reporte de Eventos con actualizaciones integradas.- Transmite los datos en

tiempo real y a la vez realiza un reporte periódico con el estado de las entradas

para chequear la integridad de la comunicación.

Aplicaciones más comunes de los sistemas de telemetría.-

Existen muchas aplicaciones donde se puede implementar un sistema de

telemetría, que básicamente permite el monitoreo o control de la aplicación.

« Sistema de suministro de agua

• Sistema de alcantarillado

• Industria petroquímica

• Tuberías de gas y petróleo

• Enlaces de PLC's a distancias remotas

• Seguridad

• Validación de tarjetas de crédito, etc

• Sistemas de control ambiental

2.2. CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE LA RED DE

COMUNICACIONES INALÁMBRICA DEL SISTEMA DE MONITOREO

H1DROMETEOROLÓGICO

Existen muchos aspectos que considerar en el desarrollo efectivo del diseño de

una red de comunicaciones inalámbrica. Esto incluye las características de los

equipos de aplicación, la tecnología usada en la red de transporte de datos, el

tiempo de vida de la batería de los equipos, la funcionalidad de la ruta de los

mensajes o datos transmitidos, y el nivel de seguridad requerido en la red de

comunicaciones.

Equipos de la Aplicación.-

Los equipos de aplicación están ubicados en los sitios remotos, y pueden ser

sensores, PLC's, medidores electrónicos etc. Para nuestro caso son los

pluviógrafos, limnígrafos y las estaciones climatológicas que están conectados a los

pág. 20


módulos de acumulación de datos que poseen una interface de salida de datos

RS-232 a través de la cual se puede realizar la comunicación.

Nombraremos de ahora en adelante a estos equipos de aplicación como

Estaciones Remotas que estarán en capacidad de enviar sus datos a la Estación

Central de acuerdo a la programación de obtención de datos que se realice

utilizando el programa almacenado en los acumuladores de datos.

Tipo de Red de Comunicación de Datos.-

El tipo de red de comunicaciones a utilizarse dependerá de algunos factores como

son:

• Área de cobertura de la red de comunicaciones.

« Utilización de comunicación síncrona o asincrona

• Tipo de transmisión. Análoga o Digital.

» Requerimientos de velocidad de transmisión de datos. La velocidad dependerá

del sistema que se utilice y si la transmisión es en tiempo real esta velocidad

estará directamente relacionada con el tiempo de retardo de la señal.

• El protocolo de comunicación de datos a ser utilizado en la red de

comunicaciones, que dependerá del equipamiento que se use.

Fuente de alimentación de las Estaciones Remotas (Tiempo de Vida de fas

Baterías).-

El tiempo de vida de las baterías es una consideración importante en el diseño de

una red de comunicaciones inalámbrica ya que ellas afectan directamente el

funcionamiento de las estaciones remotas y de la transmisión de sus datos. Ai

estar localizados los puntos de transmisión en lugares poco accesibles se deberá

dimensionar adecuadamente estas baterías o fuentes de energía que se usen para

evitar conflictos en la comunicación.

Seguridad de la comunicación,-

En este aspecto se pueden mencionar:

• Utilización de algún método en la detección y corrección de errores.

• Incluir en el diseño de la red de transmisión de datos un camino alternativo de

comunicaciones. Es decir tener dos alternativas para enviar los datos

utilizándose el camino alternativo cuando el normal haya sido interrumpido, esto

dependerá del uso de la red de comunicaciones, del fin que esta persiga.

pág. 21


• Equipo redundante para la adquisición de datos, por ejemplo acumuladores de

datos que salvaguardan la información que no puede ser enviada.

2.3 SOLUCIONES PARA LA TRANSMISIÓN

En esta sección se analizará las dos posibles soluciones a la transmisión de datos,

que se ha escogido: Ei Sistema de Radiocomunicaciones y los Sistemas Celulares

(Tecnología CDPD).

2.3,1 SISTEMA DE RADIOCOMUNICACIONES

2.3.1.1 ESPECTRO RADIOELECTRICO

El espectro radioeléctrico se muestra en la Fig.2.1. Las ondas de radio, la

microonda, infrarojo, y porciones de luz visible del espectro pueden ser usadas

para transmitir información por ondas moduladas en amplitud, frecuencia o fase de

las ondas. Los rayos ultravioleta, rayos X y rayos gama debería incluso ser

mejores por su alta frecuencia, pero son difíciles de producir y modular, y no se

propagan bien a través de edificios y son peligrosos para la vida humana. Las

bandas listadas abajo son los nombres oficiales de la ITU y se basan en las

longitudes de onda

Banda

LF (Low Frequency)

MF (Médium Frequency)

HF (High Frequency)

VHF (Very High Frequency)

UHF (Ultra High Frequency)

SHF (Super High Frequency)

EHT (Extremely High Frequency)

THF (Tremendously High Frequency)

Longitud de onda

[l][m]

10000 a 1000

1000 a 100

100 a 10

10 a 1

1 a 0.1

0.1 a 0.01

0.01 a 0.001

0.001 a 0.0001

Frecuencia

[ñ [Hz]

30k a 300k

300k a SOOOk

SOOOka 30M

30 M a 300M

300M a 3000M

3G a 30G

30G a 300G

300G a 3000G

Tabla 2.1 Clasificación del Espectro Radioeléctrico

pág. 22


fCHz)

105 106 107 108 109 10!0 10" 1012 1013 1014 10>s

PART

MART-,.

c

DIOvi•>

1

3AXIAL

RAD•

TV

SATELr

MICRC

'E. %b

XDNDAS>_.

i

FIBRAÓPTICA

^ ^

LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF

Fig. 2.1 Espectro Radioeíéctrico y su uso en las comunicaciones

La administración del espectro radioeléctrico en la actualidad en nuestro país esta a

cargo de la Secretaría Nacional de Telecomunicaciones (SENATEL), bajo la

supervisión de la Superintendencia de Telecomunicaciones.

2.3.1.2 DESCRIPCIÓN DE LAS RADIOCOMUNICACIONES

Las ondas de radio son fácilmente generadas, pueden viajar largas distancias, y

penetrar edificios fácilmente, por lo cual son ampliamente usadas para

comunicaciones. Las ondas de radio también son omnidireccionales, significando

que ellas viajan en todos los sentidos desde la fuente.

Las propiedades de ondas de radio son dependientes de la frecuencia. A bajas

frecuencias, las ondas de radio pasan aceptablemente a través de obstáculos, pero

la potencia decae con la distancia desde la fuente de transmisión, bruscamente

como 1/r3 en el aire, donde res la distancia. A altas frecuencias, las ondas de radio

tienden a viajar en línea recta y rebotar en los obstáculos, y tienden también a ser

absorbidas por la lluvia.

Existen las siguientes configuraciones básicas de red para sistemas de

radiocomunicaciones y que pueden ser utilizadas en telemetría.

pág. 23


Enlace Punto a Punto.-

Este tipo de enlace es utilizado para intercambiar datos entre dos puntos diferentes,

utilizando modos simple, half dúplex ó full dúplex, dependiendo de la aplicación y de

¡as necesidades. Para lo cual se utilizará una frecuencia para transmisión y

recepción, o un par de frecuencias distintas, una para transmisión y otra para

recepción.

ENLACE PUNTO A PUNTO

RADIOMODEÍil

RADITJIUODEMEQUIPO DE

APLICACIÓN

RED TCP/IP

Fig. 2.2 Enlace Punto a Punió

Enlace Punto a Multipunto.-

Los enlaces punto a multipunto son usados para intercambiar datos entre una

estación central (llamada también estación base, hosí, etc ) y algunas estaciones

remotas, todas ellas operando a una sola frecuencia o un par de frecuencias. Un

típico modo de operación para esta configuración es simple, la cual emplea solo

una frecuencia para transmisión y recepción. Algunos sistemas pueden requerir

operación dúplex, la cual puede ser ¡mplementada usando radios dúplex en la

estación base y en las remotas.

La estación base estará interrogando a las remotas en una secuencia particular. Si

la base necesita transferir datos a la remota, esta esperará hasta que la secuencia

alcance a la remota en particular, y entonces los datos podrán ser transferidos. En

pég. 24


todos los casos las acciones son tomadas por la estación base. Una remota nunca

podrá comenzar a transmitir por si sola, excepto después de haber sido interrogada

por ia base. Esto evita interferencias entre las remotas.

Puede existir el caso de que no exista línea de vista para la transmisión de radio

entre la estación base y la remota, para lo cual se hace imprescindible utilizar una

estación repetidora tal como se indica en la Fig.2.4

ENLACE PUNTO A MULTIPUNTO

ESTACIÓN B.HSE

PC DE MONITOREO~ -«.J^j. RADIOMODEB

Fig.2.3 Enlace Punto a Multipunto

ENLACE CON REPETIDORES

Fig. 2.4 Enlace punto a multípunto utilizando repetidores

pág. 25


2.3.1.3 ELECCIÓN ENTRE LA TRANSMISIÓN ANÁLOGA Y DIGITAL

TIPOS DE TRANSMISIÓN

En un sistema de comunicaciones se puede utilizar transmisión análoga o

transmisión digital.

La transmisión análoga dominó desde sus inicios aproximadamente 100 años el

mundo de las comunicaciones, hasta estos últimos años con el aparecimiento de

la electrónica digital y de los computadores digitales, los sistemas analógicos se

encuentran en proceso de transición a sistemas digitales debido a las múltiples

ventajas que ofrecen ellos.

Entre las ventajas que ofrecen los sistemas digitales tenemos las siguientes:

Facilidad de Multiplexaje.- Varias señales pueden ser enviadas por un mismo

canal. Señales como son voz, información , música, imágenes, con lo que los

equipos y las transmisiones se vuelven más eficientes.

Facilidad en el Control de las Señales.- En un sistema digital pueden incluirse

señales de control de la información, que pueden ir en canales independientes. En

un sistema analógico es difícil insertar señales de control.

Uso de tecnología moderna.- Los equipos son más pequeños, menos complejos

y más confiables que los equipos analógicos.

Funcionabilidad para bajas relaciones S/N (señal a ruido).- La regeneración

digital de la señal elimina prácticamente todo ruido producido, en el medio de

transmisión. Los enlaces dan una funcionabilidad libre de error para relaciones S/N

de 15 a 25 [dB]. La interferencia se elimina en el proceso de regeneración digital.

Regeneración de las señales.- En los sistemas analógicos se cuentan con

amplificadores que tratan de compensar la atenuación de los canales de

transmisión, esta compensación no es completamente exacta si se considera una

atenuación diferente para las distintas frecuencias. Los regeneradores digitales por

el contrario, pueden restablecer la débil señal de entrada a su valor original en

forma exacta, porque los únicos valores posibles son "unos" o "ceros".

pág. 26


A continuación se dará una breve explicación de ciertos parámetros que deben ser

tomados en cuenta para el diseño de un sistema de comunicaciones digital.

Ancho de Banda

El ancho de banda se lo considera como el máximo rango de frecuencias que un

canal de transmisión es capaz de transmitir sin distorsión.

Para analizar el ancho de banda de una señal se utiliza su transformada de Fourier.

Y se define como el intervalo de frecuencias positivas en el que la magnitud de |

H(w) | 1 se mantiene dentro de un determinado factor numérico. Este valor puede

ser - 3dB denominados también puntos de media potencia. Para que se realice

una comunicación efectiva se necesita un ancho de banda mínimo B.

Teorema del Muestreo

Muestrear una señal analógica es convertirla en una señal digital. El teorema del

muestreo permite el muestreo la señal si perder información.

Este teorema fue enunciado por Nyquist, y dice:

La frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual a dps veces el ancho de banda

de la señal a muestrearse.

fai>2B

Capacidad del Canal

La tasa límite (bps) de transmisión de información a través de un canal se

denomina capacidad del canal.

El teorema de Hartley-Shánnon, establece que la capacidad de un canal gaussiano

blanco de banda limitada es:

C = B-log2(l+S/N)

donde: B = ancho de banda del canal

S/N ~ es la razón señal a ruido expresado en decibelios

Tipos de Modulación Digital

Dentro de la modulación digital encontramos modulación en amplitud (ASK),

frecuencia (FSK) y fase (PSK). De estos tres principales métodos se derivan

muchos otros tipos de modulación.

La elección del método de modulación más apropiado para determinado sistema

de comunicaciones depende sobre todo de tres factores:

1 I H(w) | es la magnitud de la función de transferencia del sistema.

pág, 27


1. Eficiencia del ancho de banda (bps/Hz)

2. Desempeño del error (Pe contra S/N)

3. Complejidad del equipo (costo)

Los desempeños con respecto a la probabilidad neta de error de ios sistemas ASK,

FSK y PSK se grafican en la Fig.2.5 sobre un intervalo de tasas de error para los

sistemas de operación típicos. E/TI es 'a densidad espectral de potencia del ruido.

10-:

no coherente

¡K coherente

io-7

10-s

10 15E/n [dB]

Fig. 2.5 Probabilidades de error para sistemas de modulación digital binaría

En la Fig. 2.6 se muestra un esquema comparativo de la complejidad de los

equipos de los diferentes esquemas de modulación

Baja

BPSK

QAM.QPSK

OQPSK, MSK

_CPFSK detección óptima

_QPRPSKM-aria

APK

Complejidad Alta

' DQPSK. DPSK

CPFSK detección con discriminador

FSK detección no coherente

OOK detección de envolvente

F/g.2.6 Complejidad relativa de esquemas de modulación representativos

Analizando estas figuras se pueden obtener varias conclusiones, entre estas

tenemos que la modulación PSK coherente requiere la menor cantidad de potencia

pág. 28


que cualquier otro método de modulación dígita! binaria pero necesita de un equipo

de mayor complejidad.

La modulación FSK tiene un equipo menos complejo, es fácil de construir y su

potencia de transmisión es aceptable, este tipo de modulación es frecuente para

tasas de transmisión de datos medias y bajas.

Para escoger un tipo de modulación apropiada dependerá de los compromisos

entre los tres factores mencionados anteriormente, además de todas las

distorsiones, ruido y desvanecimiento que puedan presentarse.

Los fabricantes de equipos de comunicaciones han determinado que métodos de

modulación son los más apropiados para cada aplicación y de acuerdo a esto los

han incluido en sus equipos.

Para la aplicación de telemetría que estamos tratando en este trabajo de tesis se

recomienda utilizar la modulación FSK.

2.3.1.4 TÉCNICA DE SONDEO - SELECCIÓN

Para muchos sistemas como el de Telemetría que está en estudio, la configuración

más apropiada para la transmisión de-datos es la de punto-multipunto debido al

gran número de estaciones remotas que se pueden enlazarse a una estación

central. Si se utilizaría una configuración punto-punto se necesitaría por cada

estación remota un canal de comunicaciones y en la estación base un radiomodem

por cada estación remota, lo que incrementaría el costo dé la red enormemente y

también produciría dificultades cada vez que se quisiera aumentar una nueva

estación remota, debido a la capacidad del host de la estación base.

Para la comunicación de estos sistemas se utiliza la técnica de Sondeo-Selección,

la cual consiste en lo siguiente:

El equipo controlador en la estación base está encargado de sondear a las

estaciones remotas. Es decir la estación base envía a cada estación remota un

mensaje invitando a transmitir los datos de estas últimas. Estos mensajes deberán

contener la identificación de la estación remota a la cual desea direccionar su

mensaje. Cada estación remota conoce su propia dirección y sólo responde

cuando se le interroga con su dirección, aún cuando reciba interrogaciones

generadas en el sondeo que correspondan a otra dirección.

pág. 29


Cuando la estación remota identifica su dirección en un sondeo emitido por la

estación base responderá con un acuse de recibo positivo ACK si tiene datos que

transmitir, luego de enviar su ACK procede a transmitir sus datos. Si la estación

remota no tiene datos que transmitir responderá con un acuse de recibo negativo

NACK.

La estación base, generalmente, sondea a todos los terminales en forma

secuencial y cíclica, pero bajo ciertas circunstancias particulares, algunos

terminales importantes pueden obtener varios sondeos durante un mismo ciclo.

Adicionalmente existe una segunda técnica en configuraciones multipunto; la

selección. Un mensaje de selección es emitido por la estación base cada vez que

se desea transmitir datos hacia una estación remota. Este mensaje de selección

también deberá contener la dirección de la estación remota a la cual se desee

enviar datos.

De igual forma que el proceso de sondeo , cuando la estación remota reconoce su

dirección y está lista para recibir datos de la estación central, responderá con un

acuse de recibo positivo ACK. Después de recibir el ACK, la estación base

transmitirá los datos a la estación seleccionada. Si la estación remota está

ocupada enviará un acuse de recibo negativo NACK y la estación base intentará

seleccionar a la terminal remota en una próxima oportunidad.

Base

Remota #1

Remota #2

Remota #3

Remota #n

SONDEO PUNTO A MULTIPUNTO

[SONDEO i| SONDEO2 SONDEOn

Fig, 2.7 Configuración de un sondeo punto-muítipunto

pág, 30


2.3.1,5 IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE RADIOCOMUNICACIONES

A continuación se describirá la configuración básica de la red utilizando como

medio de transmisión los canales de radiofrecuencia.

Las estaciones con su equipo de radio estarán diseñadas para proveer una

confiable comunicación a la estación base. Los datos serán transmitidos en forma

compatible con un software standard de decodificación que se instalará en el host

de la estación base. Si un dato no es recibido, la estación remota tiene un

salvaguarda que es el acumulador de datos que permitirá registrar los datos. De

esta manera si algún dato no es recibido en la estación base este podrá ser

recobrado en cualquier momento puesto que se mantendrá almacenado en la

memoria del acumulador de datos.

Para extender su rango de cobertura de la zona a ser monitoreada , las estaciones

remotas pueden también ser equipadas con un módulo receptor. Ei cual permite

operar en modo almacenamiento y retransmisión, es decir un repetidor que recibe

datos desde otras estaciones remotas y retransmite esta información a la estación

base. Dependiendo del tipo de equipo a ser utilizado se determinará el número de

repetidores que pueden instalarse entre una estación remota y la estación central,

con cada sitio se deberá configurar la trayectoria de la señal en el camino correcto.

Las estaciones remotas estarán en capacidad de operar por largos períodos de

tiempo sin mantenimiento. Pruebas de integridad automática y reportes regulares

indicarán cuando las estaciones remotas necesitan de un mantenimiento. Una

estación remota puede estar en capacidad de funcionar desatendida varios meses

con una simple batería de ácido. Para estaciones con altas corrientes de drenaje

(repetidores) pueden utilizar paneles solares para cargar continuamente a la batería

y hacer mantenimientos periódicos.

Cada estación remota deberá contar un equipo transmisor/receptor que en forma

general estará compuesto por un modem, un radio, antenas y torre apropiadas

para la transmisión, este equipo irá conectado a la interface RS-232 proporcionada

por los módulos acumuladores de datos.

pág. 31


Equipo Transmisor (RadioModem).-

Existen dos opciones para tener el equipo transmisor:

Equipo de radio y modem externo:

ACUMULADOR DE DATOSOS

m Externo

Interface

TRANSMISOR

RtCEP lOR

DUPLEXEF

V

ANTENA

Radio

Fig. 2.8 Equipo de radío y modem externo

Equipo de radio con modem interno:

: DATOS

MODEM

TRANSMISOR

RECEPTOR

DUPLEXEF

\7yANTENA

i

Radiomodem

Fig. 2.9 Equipo de radío con modem interno

Por razones de economía y de ubicación de los equipos se prefiere utilizar la

segunda alternativa, es decir los llamados Radiomodems que irán conectados a la

antena transmisora/receptora.

La información proveniente de la interface RS-232 es modulada digitalmeníe y el

patrón de los bits transmitidos por el radio es el mismo patrón de datos recibidos

como señales electrónicas por el puerto serial del modem. Cuando los datos de

radio son recibidos por e! radiomodem, este recrea las señales de datos por su

pág. 32


puerto serial, de manera tal que la salida de datos es la misma que la entrada de

datos. El radiomodem actúa de manera transparente en enlace serial, justamente

como un simple cable serial. Estos radiomodems pueden tener una cobertura de

varios kilómetros en línea de vista, mayores distancias pueden ser cubiertas con

estaciones repetidoras. Los radiomodems pueden transmitir sus datos con una

sistema de superimposición de direcciones, de modo que más de una red de

modems puede coexistir dentro de una área sin existir interferencia. Una red puede

consistir de dos radiomodems o múltiples radiomodems. Cada radiomodem deberá

tener una dirección apropiada para la recepción y transmisión de datos.

Interface RS-232C

La ¡nterface serial localizada entre el terminal (acumulador de datos de la estación

remota) y el modem obedece ai patrón RS-232C, el cual define las características

mecánicas, eléctricas y funcionales de la ¡nterface.

La especificación mecánica considera un conectar de 9 o 25 patillas.

La especificación eléctrica considera que para decidir un 1 binario se debe tener un

voltaje más negativo que -3 voltios, y que un O binario tendrá cuando el voltaje

positivo sea superior a los +4 voltios. Es posible tener velocidades de datos de

hasta 20 kbps, así como longitudes de cables de hasta 15 metros.

La especificación funcional indica tos circuitos que están conectados a cada una de

las patillas, así como el significado de cada uno de ellos, en la Fig. 2.10 se

muestran algunos de los circuitos principales de RS-232C.

ESTACIÓNREMOTA

TIERRA (1)

TRANSMISIÓN (3)

RECEPCIÓN (2)

SOLICITUD DE ENVIÓ (7)

LIBRE PAJRA ENVIAR (8)

ESTABLECIMIENTO DEDATOS LISTO (6)

MASA COMÚN (7)

DETECCIÓN DEPORTADORA (8)

TERMINAL DEDATOS LISTO (20)

RADIOMODEM

Fig. 2.10 Algunos efe los circuitos principales de RS-232C

pág. 33


Además de los circuitos mencionados anteriormente se tienen otros circuitos que

permiten realizar otras funciones.

La especificación del procedimiento es el protocolo; es decir, el establecimiento de

la secuencia legal de eventos. El protocolo esta basado en la definición de pares

acción-reacción.

2.3.1.6 PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN DE DATOS

Es importante seleccionar el correcto protocolo de comunicaciones para una

aplicación. Los radiomodems pueden ser suministrados con más de un tipo de

protocolo de radio y usuaimente solo uno es correcto para una aplicación en

particular.

Los radiomodem sin protocolo (protocol-less) son apropiados para las aplicaciones

de telemetría. Debido a que este provee un canal de transmisión de datos sobre

un canal de radio donde e! equipo usuario ya tiene su propio protocolo de datos y

que es manejado por el Host de la Estación Central. Con esta característica el

radiomodem maneja los datos del usuario de manera transparente, implementando

su propio protocolo. Los datos pulidos por el módem y el radio transmisor operan a

un apropiado tiempo. El modem simplemente traduce los datos asincronos de

RS-232 en una modulación sobre el canal de radio.

Este modo es el más apropiado para telemetría, telecontrol y aplicaciones tipo

SCADA con acumuladores de datos, PLCs o autoestaciones de telemetría las

cuales ya implementan un protocolo de transmisión de datos, por ejemplo: MOD-

BUS, Alen Bradly PLC, GEC-GEM80 etc.

El modem no interfiere con los datos, o intenta interpretar el contenido de los

mismos, el que maneja el protocolo de comunicaciones será exclusivamente el

Host de la Estación Central. Los datos seriales son transmitidos por radio en el

mismo formato de como son recibidos lo que permite mínimos retardos en la

comunicación y ofrece el tiempo real que es requerido en la red de monitoreo.

pág. 34


2.3.2 SISTEMAS CELULARES

Existen dos posibles sistemas celulares que pueden ser utilizados para la

comunicación de datos, estos son:

» Sistemas Celulares de Conmutación de Circuitos. Normas EAMPS y TDMA.

• Sistemas Celulares de Conmutación de Paquetes. Tecnología CDPD.

En los párrafos siguientes se dará una breve explicación de cada uno de ellos y sus

posibles usos en Telemetría.

2.3.2.1 SISTEMAS CELULARES DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS

Los sistemas de conmutación de circuitos pueden transmitir un continuo tren de

datos usando los canales de voz análogos celulares estándares. Se utilizan

modems apropiados para convertir los datos en formatos adecuados para la

transmisión sobre estos canales . Estos sistemas proveen una gran capacidad de

transmisión, más que cualquier otro sistema celular existente porque los datos

pueden ser transmitidos a mayores velocidades. La cobertura de los datos para un

sistema conmutado es el mismo que para los sistemas de telefonía celular. La

principal desventaja de este sistema es el costo. Si los datos son transmitidos

sobre canales análogos de voz, las operadoras celulares típicamente cargan

comparables aranceles al servicio de voz (cargos mensuales por minuto de uso).

Los sistemas de circuitos conmutados son mejor usados para la transferencia de

grandes archivos, faxes y acceso a internet.

LINEA CELULAR DEDICADA PARA DATOS

»' t j - -j" JSPT ¡ j yim~r-zT?£?~t¿~r3mm8mammwma®s¡a CANAL

DATOS DE "A"A

ABYZ

ABYZ

PAQUETES DE DATOS

DATOS DE "A" DATOS DE "B" DATOS DE "Z"CANAL

VOZ CDPD

CANAL DEvoz

DATODE "Z"

DATODE"B"

CTP: irm 3 sm tcntatimyfCANAL DE

VOZ

DATODE "A"

DATODE "Y" CANAL

Fig. 2.11 Sistemas Celulares

pág. 35


2.3.2.2 SISTEMAS DE CONMUTACIÓN DE PAQUETES CELULARES

(TECNOLOGÍA CDPD)

Los sistemas de paquetes de radio descomponen la trama de datos dentro de

pequeños paquetes para la transmisión sobre canales inalámbricos. Estos

sistemas tales como CDPD transmite paquetes a través de canales celulares. Los

paquetes CDPD pueden ser transmitidos durante los tiempos inactivos de los

canales de voz celulares, pero también pueden ser usados con canales de voz

dedicados. La cobertura es usualmente limitada únicamente a áreas

metropolitanas.

A continuación realizamos una comparación entre la conmutación de circuitos y de

paquetes, para de esta manera determinar las ventajas y desventajas que

presentan cada uno de ellos y escoger el sistema más apropiado para la nuestra

necesidad:

Conmutación de Circuitos Conmutación de Paquetes

La información es continua entre los

usuarios

La información está dividida en paquetes

independientes.

Se requiere establecer una conexión para

la comunicación (llamada)

Si se establece la comunicación esta es

inmediata y continua

No se requiere establecer una conexión

para la comunicación (llamada). El usuario

envía mensaje en cualquier instante

Cada usuario necesita un canal de

transmisión diferente. El canal se vuelve

exclusivo para el usuario que lo mantiene

en ese momento.

Muchos usuarios comparten el mismo

canal de transmisión. El canal no es

exclusivo lo comparten muchos usuarios.

El acceso a la red puede dificultarse en

horas pico

Con el enrutamiento de mensajes, se

pueden manejar los datos en horas pico

La tarifación es por el tiempo de conexión La tarifación es por volumen de datos

transmitidos (generalmente bytes enviados)

Se recomienda para la transferencia de

cargas grandes de información como son:

transferencia de archivos, fax, acceso a

bases de datos

Se recomienda para la transferencia de

cargas menores de información como son:

Telemetría, monitoreo remoto, despacho y

búsqueda de vehículos, transacciones,

verificación de tarjetas de crédito, e-maii.

Tabla 2.2 Comparación de la Conmutación de Circuitos y de Paquetes

pág. 36


De esta comparación realizada llegamos a la conclusión que entre los sistemas

celulares el más apropiado para utilizarlo en nuestra comunicación es el Sistema de

Conmutación de Paquetes (Tecnología CDPD). En las siguientes secciones se

explicará con mayor detenimiento esta tecnología que en realidad es un estándar

para transmisión de datos utilizando la red celular.

2.3.2.3 NORMA CDPD

Las especificaciones del CDPD versión 1.0 (Cellular Digital Packet Data System

Specification Realease 1.0) fueron originalmente presentadas en el año de 1993

por un consorcio de operadoras celulares norteamericanas, las cuales quisieron

sumar un camino confiable para la comunicación de datos en sus redes celulares

instaladas . En este consorcio se incluyeron 8 de las mayores operadoras celulares:

Ameritech Mobile Communications Inc, Bell Atlantic Mobile Systems Corp, Contel

Cellular Inc, GTE Mobile Communications Inc, McCaw Cellular Communiacions Inc,

NYNEX Mobile Communicatios Co, Airtouch Communicatiosn inc, and

Southwestern Bell Mobile Systems Inc.

A partir de ese año se han ido sumando a este grupo de operadoras muchas otras

compañías relacionadas con la industria celular como fabricantes de equipos

terminales, vendedores de aplicaciones, diseñadores de software y cambiaron su

nombre al de CDPD Forum y su función consiste en mantener una completa

compatibilidad entre los diferentes proveedores de equipos, generar

procedimientos que aseguren su interoperabilidad, difundir los criterios respecto al

servicio y garantizar la confiabilidad de los equipos tanto de usuario como de las

operadoras.

En enero de 1995 se publicó una actualización del estándar que es la norma

técnica aceptada en la actualidad por todos los proveedores y operadoras de los

sistemas celulares E-AMPS.

2.3.2.4 DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA CDPD

El CDPD puede formar parte de una red celular existente y operante. Los usuarios

pueden utilizar las redes análogas celulares para transmisión de voz y pueden

comenzar a utilizar el CDPD para datos, usando la misma distribución de

pág. 37


frecuencias y el mismo ancho de banda que es de 30KHz con las mismas

facilidades es decir de hand-off (completa movilidad), etc

Entre sus principales características tenemos las siguientes:

• Transmisión de paquetes de datos sobre la red celular

• La tecnología está basada enteramente en una plataforma de sistemas abiertos.

El modelo de referencia OSI de 7 capas

» Velocidad de transmisión de datos de hasta 19.2Kbps. Debido a que CDPD

envuelve muchos bits de encabezamiento, el rango de velocidad neto de datos

es aproximadamente 9.6kbps. Esta velocidad se considera una ventaja

respecto a la típica de 2400 o 4800bps posibles con modems análogos

celulares.

• CDPD realiza la conexión en unos pocos segundos , versus a los 20 o 30

segundos típicos con los modems análogos celulares.

• Los paquetes de datos son insertados en los tiempos inactivos entre los

segmentos de voz de los canales celulares, o a su vez en un canal fijo dedicado

únicamente a CDPD.

• Los datos son transmitidos sobre redes CDPD usando corrección de errores y

tecnología de encripción lo que proporciona seguridad en el envío de los datos.

« Los paquetes digitales son estructurados en función del NPDU (Network

Protocol Unrt) que es el protocolo de la capa red. Este formato de paquete es la

unidad de transmisión de datos y se la denomina datagrama. Este formato

posee dos secciones de bits de sincronismo , un grupo de bits de

direccionamiento, un campo para señales de control y la información de usuario

a ser transmitida.

• El enrutamiento se basa en dos protocolos definidos por la capa red: el Internet

Protocol (IP) el cual soporta muchas aplicaciones de internet como es www, ftp,

etc. Y el CLNP (Conectionless Network Layer Protocol) que soporta servicios

de red no orientados a conexión, el cual rutea cada paquete individualmente

basados en su destino.

Un sistema CDPD consiste de tres clases de estaciones:

1.- Estación terminal móvil

2.- Estación base

3.- El MTX

pág, 38


Estas estaciones interactúan con estaciones fijas (host estacionarios) y ruteadores

estándares. (VerFig.2.12)

Estación terminal móvil (ETMD)

Son equipos terminales móviles de datos o voz. Estos permiten al usuario tener

acceso a la red por medio de canales E-AMPS en forma full-duplex. Por ejemplo:

computadores portátiles, equipos de telemetría, verificadores de tarjetas de crédito,

alarmas, acumuladores de datos etc. Estos equipos deberán estar conectados a

un modem CDPD interno o externo.

Estación terminal fija

Son igualmente equipos terminales de datos que se mantienen fijas, no tiene una

característica de movilidad. Deben soportar una arquitectura de capas que permita

implementar los protocolos de la capa red y de enlace, necesarios para la

comunicación.

EQUIPO TERMINALMÓVIL DE DATOS

CELDAS CONMDBS

TELEFONOPORTÁTIL

ABONADOTELEFÓNICO

RED PUBLICACONMUTADA

Fig. 2.12 Configuración de un sistema CDPD

pág. 39


Estación base (MDBS)

La estación base retransmite la señal desde la estación terminal móvil hacia el

MTX, y viceversa, utilizando enlaces comunes tanto para voz como para datos.

Cuando se habla de transmisión de datos, la estación base se la suele denominar

MDBS( Móvil Data Base Station) o Estación base para datos móvil.

El MTX

Es la central de conmutación móvil compuesta por:

- MD-IS (Mobile Data Intermedíate System) es un controiador de la estación base,

el cual permite el manejo de la movilidad dei sistema, el enrutamiento de datos y la

administración de recursos de las radio estaciones . Es decir maneja el tráfico a

través de la red, permitiendo la transferencia de datos sobre los usuarios en

movimiento entre las diferentes celdas de una misma operadora.

El MD-IS provee dos funciones cruciales de directorios de la red CDPD: la Mobile

Home Function (MHF) y el Mobile Serving Function (MSF). El MHF mantiene un

directorio de donde cada usuario estación terminal móvil está registrado, y provee

el reenvío de instrucciones cuando una estación terminal móvil tiene transferencia

dentro de otra área. El MSF mantiene un directorio de registros de información que

utiliza para aplicación de contabilidad, y provee encripción para el enlace de datos

inalámbrico, entre otras obligaciones .

El MD-IS también provee la interface para los módulos administrativos y de gestión,

incluyendo la acetificación de usuarios, localización de usuarios, monitoreo del

funcionamiento, y funciones de gestión de la red. Especiales utilidades pueden

monitorear ia ejecución de MHF y MSF, como también la ejecución de la

transferencia de datos entre el MDBS y cada estación terminal móvil de datos.

Este puede proveer estadísticas sobre el número de usuarios activos, registro de

usuarios, y usuarios rechazados. Esto también permite calcular el tráfico enviado

en términos de bytes y paquetes, como también el número de retransmisiones

causadas por errores.

El MD-ls es punto central de control de una red CDPD, por lo que es

extremadamente importante que este componente nunca esté fuera de servicio.

pág. 40


- IS (Intermedíate System) que es el ¡nterfaz necesario para la comunicación de

datos con redes externas a través de Internet o de otras WAN, tanto para usuarios

de estaciones fijas , como para abonados de otras operadoras celulares.

Tres clases de interfaces son definidas por el CDPD. El E-interface (exterior al

proveedor de CDPD) conecta una área de CDPD a una red fija. Esta interface

debe estar bien definida para permitir la conexión de CDPD con una variedad de

redes.

La l-interface (internamente proveída por el CDPD) conecta dos áreas de CDPD

entre ellas. Esta debe ser estandarizada para permitir a los usuarios realizar

"roaming"2 entre áreas. La tercera es la A-interface (interface aérea) entre la

estación base y las estaciones móviles.

Control de Acceso al Medio (MAC, Médium Access Control)

Si decimos que el estándar CDPD trabaja de acuerdo al modelo de referencia OSI,

el MAC es una subcapa dentro de la capa enlace, y su objetivo es transportar la

información entre la MDBS y el ETMD usando el A-interfaz.

Sus funciones principales son:

• Estructurar, formar, delimitar y enviar las unidades de datos del protocolo de

enlace de datos.

» Ejecutar un método para permitir la transmisión compartida por uno o varios

ETMD's

Para cumplir con estas funciones la subcapa MAC realiza lo siguiente:

Encapsulado de datos

Los datos sobre la interface aérea son enviados usando compresión, encripción y

corrección de errores. Unidades de 274 bits comprimidos, encriptados son

envueltos en bloques de 378-bits usando el código de Reed-Soiomon para

corrección de datos. A cada bloque RS3 es adherido siete banderas de 6 bits, para

formar un total de 420 bits. Cada bloque de 420 bits son divididos en siete bloques

de 60 bits (microbloques), los cuales son enviados consecutivamente. Cada

microbloque tiene su propia bandera de 6 bits para indicar el estado del canal.

Estos microbloques van sobre 19.2kbps en canales inversos (desde la base) o

2 Una persona quien ha encendido su modem celular fuera de su área local de servicio deberáregistrar su teléfono celular con el proveedor de servicio celular local antes de obtener su servicio.Este proceso es llamado registración "roamíng" y es un proceso transparente al usuario.

1 Reed-Solomoa

pág. 41


sobre un segundo canal directo (hasta la base), en modo full-duplex. En efecto,

ambos canales directo e inverso (canales forward/reverse) son expandidos en

tiempo, como una secuencia de microbloques de 60 bits. Cada microbloque tarda

aproximadamente 3.125msec en llegar a su destino.

Administración de acceso al canal

En este punto se define el algoritmo DSMA/CD (Digital Sense Múltiple Access/

Colusión Detect), que evita que dos ETMD's utilicen el canal de transmisión al

mismo tiempo.

Cada celda CDPD tiene disponible un único par de canales de transmisión

denominados directo/inverso (forward/reverse).

• El canal directo (forward) lleva la información desde la estación base hacia el

equipo terminal móvil de datos.

• El canal inverso (reverse) lleva la información desde el equipo terminal móvil de

datos hacia la estación base.

El canal directo (forward) es fácil de manejar desde que hay solo un emisor por

celda, que la estación base. Todos los paquetes enviados sobre este son

difundidos, a cada ETDM seleccionado.

Lo complicado es acceder al canal inverso (reverse), porque todas las ETDM's que

deseen enviar datos deberán contender. Cuando una ETDM tiene un paquete para

enviar, esta observará el canal de reverse por una bandera de bits que indique si la

ranura de tiempo está ocupado o inactivo. Si este está ocupado, instantáneamente

espera por la próxima ranura de tiempo, este salta un número aleatorio de ranuras

y vuelve a intentar. Si este vuelve a ver que el canal de reverse está ocupado, este

espera un largo tiempo aleatorio, y repite el procedimiento. Cuando la ETDM

encuentra el canal inverso (reverse) inactivo, este comienza a transmitir sus

microbloques. En el caso de que dos estaciones terminales móviles detecten al

mismo tiempo un canal inactivo y se produce colisión este protocolo se encarga de

detener la transmisión una vez detectado la colisión.

pág. 42


Protocolo INTERNET

Es un protocolo de la capa red que es aplicado en el estándar CDPD, Al protocolo

internet comúnmente se lo denomina IP y se lo utiliza para administrar las

direcciones dentro de la capa red.

Direcciones IP

El tamaño de una dirección IP es de 32 bits que se usan para identificar a la red,

subred y al abonado en forma específica. La estructura general se muestra en la

Fig.2.13

DIRECCIÓN DE RED DIRECCIÓN DE SUBRED IDENTIFICADOR DELEQUIPO TERMINAL

Asignada por eladministradorinternacional deINTERNET. Todos losusuarios una red CDPDtienen la misma direcciónde red

Asignado por el proveedor deservicios CDPD, y tiene unnúmero distinto por cada MD-IS

Asignado por el proveedor deservicios CDPD, e identificaal abonado dentro de la red

Fig. 2.13 Estructura de ta dirección IP

Los formatos usados por las direcciones IP tienen cuatro dígitos decimales de 8 bits

y se representan en la Fig. 2.14

32 bits

CLASE

A

B

=D

E

^ ^_

j 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 M l t l M M M 1 | 1

0 Red Host

10 Red Hosí

110 Red Hosí

1110 Direcciones de Multicast

11110 Reservado para uso futuro

Rango

1.0.0.0 hasta 127.255:255.255

128.0.0.0 hasta 191.255.255.255

192.0.0.0 hasta 223.255.255.255

224.0.0.0 hasta 239.255.255.255

240.0.0.0 hasta 247.255.255.255

Fig. 2.14 Formatos de las direcciones IP

pág. 43


El direccionamiento clase B soporta un grupo de identificad o res de red, 7 subredes

con 3 bits de identificación y 8192 subscriptores.

El direccionamiento ciase C soporta un grupo de identificadores de red y 255

subscriptores.

1 O x x x x x x x X X X X X X X X X X X X X X X X. X X X X X X X X

rDENTlFICADOR DE RED MD-IS rDENTEFICADOR DE USUARIO

1 1 0 x x x x x . X X X X X X X X . x x x x x x x x X X X X X X X X

roENTIFICADOR DE RED IDENTIFIC ADOR DE USUARIO

Protocolos de la Capa Transporte

Son dos los protocolos que se utiliza CDPD en la capa transporte, y son: el TP4

(Transport Protocol clase 4) que es un protocolo orientado a conexión destinado a

manejar los servicios de administración, control y aplicación. Y el TCP

(Transmission Control Protocol) que es un protocolo no orientado a conexión que

se destina a la administración de los recursos de radio en la MDBS.

pág. 44

CAPITULO 3

DISEÑO DEL SISTEMA

CAPITULO 3

DISEÑO DEL SISTEMA

De lo expuesto en el capítulo anterior, se pueden utilizar dos alternativas de

implementación para ei sistema de transmisión de datos requerido: el uno basado

en las radiocomunicaciones, y el otro en un sistema celular con tecnología CDPD.

En este capítulo se realizará el diseño de las dos posibles soluciones.

3,1 DISEÑO DEL SISTEMA UTILIZANDO RADIOCOMUNICACIONES

Previamente a realizar el diseño del sistema basado en las radiocomunicaciones se

realizará una introducción teórica del diseño de radioenlaces, para después aplicar

estos conceptos al diseño del sistema de radiocomunicaciones.

3.1.1 INTRODUCCIÓN TEÓRICA DEL DISEÑO DE RADIOENLACES

Como parte fundamental del diseño de los radioenlaces se hace necesario realizar

un estudio teórico de propagación de las zonas donde irán ubicados los equipos de

monitoreo.

Para realizar el diseño de ios radioenlaces es necesario considerar los siguientes

aspectos:

• El dato de partida está en la ubicación geográfica exacta (coordenadas

geográficas y altura sobre ei nivel del mar) donde se instalarán los equipos de

transmisión de datos.

• Se deberá comprobar a través de un estudio cartográfico la existencia de enlace

por línea de vista entre cada uno de los sitios y la estación base escogida. En el

caso de que no exista línea de vista, o que el sitio esté demasiado distante de la

estación base se escogerá un punto estratégico para un repetidor.

• Se procede a realizar la configuración del sistema, considerando todos los

parámetros del sistema, parámetros ambientales, parámetros de los equipos.

• Con la configuración del sistema se hace el análisis de los objetivos de calidad y

confiabilidad del sistema haciendo uso de las recomendaciones e informes de la

ITU-R y la ITU-T.

Para efecto de cálculo de los trayectos radioeléctricos, se deberán considerar los

siguientes puntos:

pág. 45

DISEÑO DEL SISTEMA

a) Perfil de la trayectoria

Para realizar los perfiles de la trayectoria se utilizan mapas cart

maría elena campoverde guachilema tesis previa a la obtención...

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