tesis reconectadores centrosur

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

“ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES PARA RECONECTADORES

DE LA CENTRO SUR”

Tesis previa a la obtención del

Título de Ingeniero Eléctrico. Autores: Luis Iván Sánchez Loor Pedro Adrián Torres Bermeo Director: Ing. Juan Andrade Rodas Tutores: Ing. Emilio Landázuri. Ing. Vinicio Méndez Ing. Tito Torres

Cuenca, Julio 2009

Las ideas expresadas en la presente tesis, son responsabilidad de los autores.

(f)--------------------------------- (f) ---------------------------------

Iván Sánchez Loor Adrián Torres Bermeo

Certifico que bajo mi dirección, la tesis fue realizada por los señores:

Luis Iván Sánchez Loor.

Pedro Adrián Torres Bermeo.

(f)-------------------------------------------

Ing. Juan Andrade Rodas

DIRECTOR

Agradecimientos

A la Universidad de Cuenca por brindarnos los conocimientos necesarios durante todos estos años, los mismos que nos permitirán servir de una manera ética y profesional a la sociedad. A la Facultad de Ingeniería por que dentro de sus aulas se plasmaron cada día los objetivos y metas propuestas. A la Empresa Eléctrica regional Centrosur, y en su nombre al Ingeniero Emilio Landázuri, por confiar en nuestras capacidades y conocimientos y brindarnos todas las facilidades para el normal desempeño de este trabajo de investigación. A todos los profesores de la Facultad de Ingeniería quienes incondicionalmente siempre nos brindaron sus conocimientos y experiencias complementando nuestra formación académica De manera especial al Ingeniero Juan Andrade Rodas quién a más de transmitirnos sus conocimientos como docentes y luego como directores de esta tesis, siempre nos brindó su amistad y apoyo. A todos nuestros compañeros y amigos por convertirse en un pilar fundamental de nuestra formación

Dedicatoria

Quiero dedicar este trabajo de una manera muy especial a Dios y a mi Madre

Lolita quien siempre estará a mi lado, se que desde el cielo está festejando este

que es nuestro logro ya que ella fue y es el motivo por el que alcancé esta meta.

Gracias mami por ser la inspiración en mi esfuerzo por vivir y luchar para salir

adelante. Mami esto es para ti, hoy recuerdo esos días en que me decía que

estudie, que me gradúe y que siga adelante. Gracias por aguantarme tantas

tristezas, sufrimientos y desvelos. También quiero dar gracias por esos consejos

que en aquel momento no comprendía pero que hoy son las palabras que llevo en

mi corazón y me enseñan a vivir. Gracias mamita… nunca la olvidaré.

Agradezco a mi padre Mario por compartir su sabiduría, enseñándome lo que es

el respeto la humildad y la lucha continua necesaria para triunfar en la vida. Hoy

papi le doy gracias por todo su apoyo porque cada vez que lo miro me enseña a

nunca detenerse sin importar los golpes que la vida nos puede dar. Gracias

Papá…

Agradezco a mis hermanos Elsa, Mercedes, Nelly, Alba, Alfonso, Mario, Galo

y Marisol por su apoyo incondicional en todas las circunstancias de mi vida, ya

que con ellos hemos vivido momentos difíciles pero sé que siempre estaremos

juntos. Gracias a todos los quiero mucho.

A una persona muy importante en mi vida Vilma, con quien he compartido

momentos maravillosos, gracias por su amor, paciencia y comprensión durante

todo este tiempo.

A todos mis grandes e innumerables amigos, que no quiero nombrarles por miedo

a olvidarme de alguno de ellos, les agradezco por todos los momentos que hemos

compartido, recuerdo aquellas noches enteras que dedicábamos al juego y al

intercambio de pensamientos. Gracias amigos por ayudarme a vivir.

Adrián.

Dedicatoria

Quiero dedicar este y todos los esfuerzos de mi vida a Dios y al

apoyo y ejemplo que me han brindado mis padres Iván y Norma, a la

compañía y paciencia de mis hermanos Ma. del Rocío, Juan Pablo y

Paola.

Con toda la gratitud a mis grandes amigos Mónica y Freddy por

entregarme su amistad, consejo y apoyo.

Iván.

Universidad de Cuenca Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

Iván Sánchez Loor.

Adrián Torres Bermeo.

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ÍNDICE GENERAL

RESUMEN. .................................................................................................................. 1

INTRODUCCIÓN. ...................................................................................................... 2

CAPÍTULO 1 .............................................................................................................. 4

1.1 TELEMETRÍA AUTOMÁTICA. .......................................................................... 4

1.1.1 Funcionalidades del Sistema de Telemetría............................................... 4

1.2 RECONECTADORES AUTOMÁTICOS............................................................. 5

1.2.1 Reconectadores Electrónicos OVR. .......................................................... 5

1.2.1.1 Gabinete de Control OVR- Características. ....................................... 6

1.3 PCD (DISPOSITIVO DE CONTROL DE POTENCIA) DE LOS

RECONECTADORES. ................................................................................................ 7

1.3.1 Comunicación y Control del PCD. ............................................................ 8

1.3.2 Puerto Serial Frontal RS-232. .................................................................... 8

1.3.3 Módulos. .................................................................................................... 9

1.3.4 Descripción de los Puertos de Comunicaciones. ..................................... 11

1.3.4.1 Puerto de Comunicaciones RS-232. ................................................. 11

1.3.4.2 Puerto de Comunicaciones RS-485. ................................................. 11

1.3.4.3 Puerto de Fibra Óptica. ..................................................................... 11

1.3.5 Descripción de los Módulos de Comunicación. ...................................... 11

1.3.5.1 Descripción del Módulo de Comunicaciones Tipo 2a. .................... 12

1.3.5.2 Descripción del Módulo CPU. ......................................................... 13

1.4 UNIDADES TERMINALES REMOTAS (RTU). .............................................. 13

1.4.1 Estructura de una RTU ............................................................................ 14

1.4.2 RTU Elitel – 4000. ................................................................................... 14

1.4.2.1 Alcance y Soporte. ........................................................................... 15

1.4.2.2 Secuencia y Exploración de IED’s. .................................................. 16

1.4.2.3 Tratamiento de datos. ....................................................................... 18

CAPÍTULO 2 ............................................................................................................ 19

2.1 MODELO OSI. .................................................................................................... 19

2.2 PROTOCOLO DNP3.0 ........................................................................................ 20

2.2.1 DNP3 Serial. ....................................................................................... 21

2.2.2 DNP3 LAN / WAN. ............................................................................ 21

2.2.3 DNP3 en los sistemas SCADA. ........................................................... 22

2.2.4 Arquitectura DNP3............................................................................... 22

2.3 ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN DNP. ...... 23

2.3.1 Características del protocolo DNP 3.0 ..................................................... 23

2.3.2 Respuestas no solicitadas. ........................................................................ 24

2.3.3 Bases de datos de estaciones maestras y remotas. ................................... 25

2.3.4 Capas del protocolo DNP3. ..................................................................... 26

2.3.4.1 Capa Física. ...................................................................................... 27

2.3.4.2 Capa de Enlace de Datos. ................................................................. 27

2.3.4.3 Capa de Pseudo Transporte. ............................................................. 27

2.3.4.4 Capa de aplicación. ........................................................................... 28

2.3.5 Implementación protocolo DNP 3.0 para el PCD de ABB...................... 29




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2.3.5.1 Formato de tramas. ........................................................................... 30

2.3.5.2 Direccionamiento. ............................................................................ 34

2.3.5.3 Verificación CRC. ............................................................................ 34

2.3.5.4 Datos estáticos y eventos. ................................................................. 34

2.4 PRUEBAS FUNCIONALES DEL PROTOCOLO DNP 3.0. ............................. 34

2.4.1 Modo Monitor RS232. ............................................................................. 35

2.4.2 DNP3.0 sobre TCP/IP. ............................................................................ 36

CAPÍTULO 3 ............................................................................................................ 40

3.1 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE COMUNICACIÓN. ........................... 40

3.1.1 Redes LAN. ............................................................................................. 40

3.1.1.1 Estándares LAN. .............................................................................. 41

3.1.1.2 Ethernet. ........................................................................................... 41

3.1.2 Redes WAN. ............................................................................................ 43

3.1.2.1 Topología de Redes WAN................................................................ 44

3.1.3 Tipos de Redes WAN. ............................................................................. 47

3.2 ESTRUCTURA DE LA RED WAN DE LA CENTROSUR. ............................. 47

3.2.1 Estructura de la Red Alámbrica. .............................................................. 47

3.2.2 Estructura de la Red Inalámbrica. ............................................................ 50

3.3 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LA RED WAN. .............................. 57

3.4 COBERTURA Y CRECIMIENTOS PREVISTOS DE LA RED WAN............. 59

3.5 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE ACCESO Y GESTIÓN DE LA RED

WAN DE LA CENTROSUR. .................................................................................... 61

CAPÍTULO 4 ........................................................................................................... 63

TECNOLOGÍAS GSM/GPRS/EDGE. ...................................................................... 63

4.1 ESTRUCTURA DE LA RED GSM. ................................................................... 63

4.1.1 Reparto del espectro disponible. .............................................................. 64

4.1.2 Arquitectura de red. ................................................................................. 65

4.1.2.1 Elementos de una red GSM. ............................................................. 65

4.2 ESTRUCTURA DE LA RED GPRS. .................................................................. 67

4.2.1 Tecnología GPRS. ................................................................................... 67

4.2.2 Transmisión por paquetes. ....................................................................... 68

4.2.3 Transmisión en paralelo. .......................................................................... 68

4.2.4 Velocidad de transferencia....................................................................... 69

4.2.5 Principales aplicaciones en GPRS: .......................................................... 69

4.2.6 Arquitectura de una red GPRS................................................................. 69

4.2.6.1 Modificación de elementos de red GSM. ......................................... 70

4.2.7 Enrutamiento de paquetes de datos. ......................................................... 72

4.2.8 SMS (SHORT MESSAGE SERVICE). .................................................. 73

4.2.8.1 Generalidades. .................................................................................. 73

4.2.8.2 Ventajas del Servicio de Mensajería Corta. ..................................... 73

4.3 ANÁLISIS DE COBERTURA DE LAS REDES DE TELEFONÍA MÓVIL. ... 74

4.3.1 Servicio de la Operadora CONECEL (Porta). ......................................... 74

4.3.2 Servicio de la Operadora Movistar. ......................................................... 75

4.3.3 Cobertura GPRS para los Reconectadores............................................... 76




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CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 78

TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE COMUNICACIÓN PARA LOS

RECONECTADORES. .......................................................................................... 78

5.1 TECNOLOGÍA PLC. ........................................................................................... 78

5.1.1 Redes de Distribución de Energía. ........................................................... 78

5.1.2 Arquitectura de red BPL. ......................................................................... 79

5.1.3 BPL de media tensión. ............................................................................. 84

5.1.4 Problemas de BPL. .................................................................................. 85

5.1.5 Impacto de disturbios y limitación de tasas de datos. .............................. 85

5.1.6 Técnicas de Modulación para Sistemas BPL. .......................................... 86

5.1.6.1 Modulación OFDM. ......................................................................... 87

5.1.6.1.1 OFDM Esquema Multiportadora de Alta Velocidad................... 87

5.1.6.1.2 Esquemas de Modulación y Demodulación para OFDM. ............ 88

5.2 TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA. ............................. 89

5.2.2 Aspectos Generales de WLAN (Wireless LAN). .................................... 89

5.2.3 802.16 ...................................................................................................... 91

5.2.3.1 802.16d ............................................................................................. 91

CAPÍTULO 6 ............................................................................................................ 92

6.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LOS EQUIPOS RECONECTADORES. ..... 92

6.2 ESTRUCTURA GENERAL DE DISEÑO. ......................................................... 92

6.3 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA GPRS. ........................................ 94

6.3.1 Requerimientos técnicos del sistema. ...................................................... 94

6.3.1.1 Análisis del tráfico producido por el sistema durante la transmisión

de datos. 94

6.3.1.1.1 Cálculo del volumen de datos capturados. ................................... 94

6.3.1.1.2 Cálculo de la cantidad de datos enviados por el PCD del

reconectador. .................................................................................................. 95

6.3.1.1.3 Cálculo de la velocidad de transmisión. ....................................... 97

6.3.2 Selección y Características de los equipos GPRS. .................................. 97

6.3.3 Recopilación y fuentes de información. ................................................ 101

6.3.4 Selección de reconectadores para tecnología GPRS.............................. 101

6.3.5 Diseño del sistema GPRS para el reconectador La Paz. ........................ 102

6.3.5.1 Características de la zona de servicio. ............................................ 102

6.3.5.2 Esquema de conexión. .................................................................... 102

6.3.5.3 Número de equipos GPRS en la red. .............................................. 103

6.4 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA BPL. ........................................ 103

6.4.1 Requerimientos del diseño con tecnología BPL. ................................... 103

6.4.2 Selección y características de los equipos BPL. .................................... 104


6.4.4 Selección de reconectadores para esta tecnología. ................................ 106

6.4.5 Diseño del sistema BPL para el reconectador Garaicoa. ....................... 107

6.4.5.1 Características de la zona de servicio. ............................................ 107

6.4.5.2 Esquema de conexión. .................................................................... 108

6.4.5.3 Número de equipos BPL en la red. ................................................. 109




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6.4.5.4 Ubicación de equipos en la red. ...................................................... 110

6.5 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA DE FIBRA ÓPTICA. .............. 111


6.5.2 Esquema de conexión. ........................................................................... 112

6.6 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA INALÁMBRICA. ................... 113

6.6.1 Requerimientos del diseño con tecnología inalámbrica W-MAN. ........ 113

6.6.2 Selección y características de los equipos. ............................................ 114

6.6.2.1 Equipos Alvarion Breeze Access VL. ............................................ 114

6.6.2.1.1 Especificaciones Técnicas. ......................................................... 114



6.6.5 Esquema de conexión. ........................................................................... 121

6.6.6 Diseño de enlaces................................................................................... 122

6.6.6.1 Determinación de los Parámetros de Desempeño de los

Radioenlaces. ................................................................................................... 122

6.6.6.2 Enlace estación Señor Pungo– reconectador La Dolorosa. ............ 124

6.6.6.3 Diseño de enlaces considerando Perfiles Topográficos. ................ 126

6.6.7 Número de equipos necesarios para el enlace y ubicación. ................... 130

6.6.8 Configuración de equipos. ..................................................................... 131

CAPÍTULO 7 .......................................................................................................... 132

7.1 ANALISIS DE COSTOS. .................................................................................. 132

7.1.1 Análisis de costos con tecnología GPRS. .............................................. 132

7.1.1.1 Costos por el servicio GPRS. ......................................................... 132

7.1.1.2 Costos por el uso mensual de la red GSM/GPRS. ......................... 133

7.1.1.2.1 Cálculo total por el uso de la red GPRS. .................................... 135

7.1.1.3 Costo de implementación. .............................................................. 136

7.1.2 Análisis de costos con tecnología BPL. ................................................. 137

7.1.2.1 Costo de equipos y partes. .............................................................. 137

7.1.3 Análisis de costos con tecnología de fibra óptica. ................................. 138

7.1.3.1 Costos referenciales de equipos y partes. ....................................... 138

7.1.4 Análisis de costos con tecnología inalámbrica W-MAN. ...................... 139

7.1.4.1 Primera alternativa ............................................................................... 139

7.1.4.1.1 Costo de equipos y partes. .......................................................... 139

7.1.4.2 Segunda alternativa. ............................................................................. 140

7.1.4.2.1 Costo de equipos y partes. ............................................................. 140

7.1.4.2.2 Costo por el uso de la infraestructura existente. ........................... 140

7.1.5 Evaluación de costos para el diseño final. ............................................. 141

7.1.5.1 Comparación entre tecnología inalámbrica y GPRS. ......................... 141

7.1.5.1.1 Comparación entre GPRS y WMAN (Primera alternativa). ...... 141

7.1.5.1.2 Comparación entre GPRS y W-MAN (Segunda alternativa). .... 142

7.2 DISEÑO FINAL PARA LOS RECONECTADORES. ..................................... 142

7.2.1 Diseño final para los Reconectadores (Primera alternativa). ..................... 143

7.2.1.1 Reconectadores enlazados con tecnología GPRS........................... 143

7.2.1.2 Reconectadores enlazados con tecnología inalámbrica W/MAN. . 143

7.2.1.3 Esquema de conexión para los reconectadores .............................. 144




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7.3 RECOMENDACIONES PARA LOS FUTUROS RECONECTADORES. ..... 145

7.3.1 Cobertura Estación Señor Pungo. .......................................................... 146

7.3.2 Cobertura estación Guaguazhumi. ......................................................... 147

7.3.3 Cobertura estación Altarurco. ................................................................ 148

7.3.4 Cobertura estación Buerán. .................................................................... 149

7.3.5 Cobertura estación Villaflor................................................................... 150

7.3.6 Cobertura estación Simbala. .................................................................. 151

7.3.7 Cobertura estación Loma Paica. ............................................................ 152

7.3.8 Cobertura estación Guallil. .................................................................... 153

CAPÍTULO 8 .......................................................................................................... 155

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................... 155

8.1 CONCLUSIONES ............................................................................................. 155

8.2 RECOMENDACIONES. ................................................................................... 156

Referencias. .............................................................................................................. 159

Anexos 1 .................................................................................................................. 162

Reconectadores que no tienen enlace con las estaciones de la red WAN ................ 163

Anexo 2 .................................................................................................................... 168

Recomendaciones para la Estación Guaguazhumi ................................................... 169

Recomendaciones para la Estación Ñuñurco ........................................................... 172




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ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 1

Figura 1. 2 Reconectador Trifásico OVR. ................................................................... 6

Figura 1. 3 Gabinete de Control. .................................................................................. 6

Figura 1. 4 Almacenamiento de datos y perfil de carga. ............................................. 7

Figura 1. 5 HMI del Panel Frontal para Unidades ANSI. ........................................... 8

Figura 1. 6 Parte Posterior Típica de Panel. ................................................................ 9

Figura 1. 7 Modulo de comunicaciones Tipo 2a. ...................................................... 13

Figura 1. 8 Estructura de Red RTU Elitel 4000. ....................................................... 15

Figura 1. 9 Estados y transiciones de un IED. .......................................................... 16

CAPÍTULO 2

Figura 2. 1 Capas del modelo de referencia OSI. ..................................................... 19

Figura 2. 2 Modelo de referencia híbrido.................................................................. 20

Figura 2. 3 DNP3 en los sistemas SCADA. .............................................................. 22

Figura 2. 4 Arquitecturas DNP3................................................................................ 23

Figura 2. 5 Relación entre maestro y esclavo. .......................................................... 25

Figura 2. 6 Capas DNP3. .......................................................................................... 26

Figura 2. 7 Comparación entre las arquitecturas de protocolos DNP3 y OSI........... 29

Figura 2. 8 Trama DNP3. .......................................................................................... 32

Figura 2. 9 Formato de tramas de la capa de enlace de datos. .................................. 32

Figura 2. 10 Diagrama de conexiones modo monitor. .............................................. 35

Figura 2. 11 Pantalla de resultados de la prueba modo monitor en el software

ASE2000. ................................................................................................................... 36

Figura 2. 12 Diagrama de conexiones modo maestro directo. .................................. 37

Figura 2. 13 Interface DB25 hembra RS485. ............................................................ 38

Figura 2. 14 Diagrama de conexiones modo maestro a través de la red LAN. ......... 38

Figura 2. 15 Pantalla de resultados de la prueba sobre la red LAN de la Centrosur. 39

CAPÍTULO 3

Figura 3. 1 Conexión Host-Hub Ethernet. ................................................................ 42

Figura 3. 2 Conexión Host-Hub Ethernet. ................................................................ 43

Figura 3. 3 Backbone de Gigabit Ethernet. ............................................................... 43

Figura 3. 4 Topología en anillo. ................................................................................ 44

Figura 3. 5 Topología en estrella. ............................................................................. 45

Figura 3. 6 Topología tipo malla. .............................................................................. 45

Figura 3. 7 Topología tipo bus. ................................................................................. 46

Figura 3. 8 Topología de árbol. ................................................................................. 46

Figura 3. 9 Esquema lógico de la red de F.O. 10 GB Ethernet IP/MPLS. ................ 49

Figura 3. 10 Patch cords de F.O. E2000. .................................................................. 50

Figura 3. 11 Router Cisco 7604. ............................................................................... 50

Figura 3. 12 Esquema inalámbrico de la Red WAN. ................................................ 53

Figura 3. 13 Distribución de los equipos en el rack de las estaciones. ..................... 55

Figura 3. 14 Distribución de los equipos en el Rack en agencias. ............................ 57

Figura 3. 15 Diagrama de Frecuencias Backbone SRAL Centro Sur. ...................... 58

Figura 3. 16 Diagrama de Antenas de Última Milla en Estaciones. ......................... 58




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Figura 3. 17 Anillo de Fibra Óptica Cuenca. ............................................................ 59

Figura 3. 18 Red de Fibra Óptica Centrosur. ............................................................ 60

Figura 3. 19 Cobertura tecnología inalámbrica en área de concesión....................... 60

Figura 3. 20 Red de Gestión de la Centrosur. ........................................................... 61

CAPÍTULO 4

Figura 4. 1 Evolución de la tecnología GSM. ........................................................... 63

Figura 4. 2 Arquitectura de una red GSM. ................................................................ 65

Figura 4. 3 Arquitectura de red GPRS (elementos). ................................................. 70

Figura 4. 4 Esquemas de enrutamiento de paquetes de datos. .................................. 72

Figura 4. 5 Cobertura GSM/GPRS de la operadora CONECEL (Porta). ................. 75

Figura 4. 6 Cobertura GSM/GPRS de la operadora Movistar. ................................. 76

CAPÍTULO 5

Figura 5. 1 Estructura de una red de distribución eléctrica. ...................................... 79

Figura 5. 2 Arquitectura de red BPL. ........................................................................ 80

Figura 5. 3 Acoplador capacitivo. ............................................................................. 81

Figura 5. 4 Conexión CPE-Red eléctrica. ................................................................. 82

Figura 5. 5 Función del repetidor BPL...................................................................... 82

Figura 5. 6 Conexión Indirecta Home Gateway........................................................ 84

Figura 5. 7 Medio de trasmisión compartido en redes de acceso BPL. .................... 86

Figura 5. 8 Ortogonalidad de Subportadoras. ........................................................... 88

Figura 5. 9 Configuración WLAN de celda única. ................................................... 90

Figura 5. 10 Configuración WLAN de celdas múltiples. ......................................... 90

CAPÍTULO 6

Figura 6. 1 Esquema general del sistema de comunicaciones. ................................. 93

Figura 6. 2 Router Mobile 3G LSP-260C. ................................................................ 99

Figura 6. 3 Conversor de interface UDS 1100. ....................................................... 100

Figura 6. 5 Gateway de acceso CXP-MVA-GNR. ................................................. 104

Figura 6. 6 Acoplador de media tensión Arteche Overcap-S.................................. 105

Figura 6. 7 Enlace Reconectador Garaicoa –S/E3. ................................................. 109

Figura 6. 8 Diagrama unifilar del enlace. ................................................................ 110

Figura 6. 9 Esquema referencial de conexión para reconectador El Descanso. ...... 113

Figura 6. 10 Unidades de Acceso AU. .................................................................... 116

Figura 6. 11 Esquema de conexión de los equipos AU’s. ....................................... 117

Figura 6. 12 Unidades Suscriptoras SU’s. .............................................................. 118

Figura 6. 13 Esquema de conexión de los equipos SU’s. ....................................... 119

Figura 6. 14 Ubicación Geográfica de los 15 reconectadores y las estaciones

repetidoras de la red WAN de la Centrosur. ............................................................ 120

Figura 6. 15 Arquitectura de enlace con equipos Alvarion tecnología de espectro

ensanchado. .............................................................................................................. 122

Figura 6. 16 Parámetros de desempeño de los radioenlaces. .................................. 123

Figura 6. 17 Reconectadores a interconectar con Señor Pungo. ............................. 127

Figura 6. 18 Perfil topográfico Señor Pungo-La Dolorosa. .................................... 127

Figura 6. 19 Perfil topográfico Señor Pungo-Challuabamba. ................................. 128

Figura 6. 20 Reconectadores a interconectar con Guaguazhumi. ........................... 129




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Figura 6. 21 Reconectadores a interconectar con Altarurco. .................................. 129

Figura 6. 22 Perfil topográfico Altarurco-Cañar. .................................................... 130

CAPÍTULO 7

Figura 7. 1 Esquema de conexión para los reconectadores de la Centrosur. .......... 144

Figura 7. 2 Cobertura Estación Señor Pungo. ......................................................... 147

Figura 7. 3 Cobertura Estación Guaguazhumi. ....................................................... 148

Figura 7. 4 Cobertura Estación Altarurco. .............................................................. 149

Figura 7. 5 Cobertura Estación Buerán. .................................................................. 150

Figura 7. 6 Cobertura Estación Villaflor. ................................................................ 151

Figura 7. 7 Cobertura Estación Simbala. ................................................................ 152

Figura 7. 8 Cobertura Estación Loma Paica............................................................ 153

Figura 7. 9 Cobertura Estación Guallil. .................................................................. 154

ANEXO 1

Figura A1. 1 Perfil Topográfico Señor Pungo-Garaicoa. ....................................... 163

Figura A1. 2 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Descanso. ............................... 164

Figura A1. 3 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Valle. ...................................... 164

Figura A1. 4 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Garaicoa. ................................... 165

Figura A1. 5 Perfil Topográfico Altarurco – Reconectador Suscal. ....................... 165

Figura A1. 6 Perfil Topográfico Simbala – Cumbe. ............................................... 166

Figura A1. 7 Perfil Topográfico Simbala – Reconectador Lentag.......................... 166

Figura A1. 8 Perfil Topográfico Villaflor – Paute. ................................................. 167

Figura A1. 9 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Descanso. ............................... 167

ANEXO 2

Figura A2. 1 Cobertura de Guaguazhumi con antena sectorial de 120 grados

dirección S/E1. ......................................................................................................... 169

Figura A2. 2 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador La Dolorosa. ..... 170

Figura A2. 3 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador El Valle. .............. 170

Figura A2. 4 Cobertura de Guaguazhumi con antena sectorial de 60 grados

dirección SE 12. ....................................................................................................... 171

Figura A2. 5 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador El Descanso. ..... 172

Figura A2. 6 Cobertura de Ñuñurco con antena sectorial de 120 grados dirección SE

12. ............................................................................................................................. 173

Figura A2. 7 Perfil Topográfico Ñuñurco – Reconectador Guachapala. ................ 173




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ix

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO 1

Tabla 1. 1 Resumen de especificaciones. ..................................................................... 5

Tabla 1. 2 Ajustes de comunicaciones. ..................................................................... 10

Tabla 1. 3 Descripción de clavijas. ........................................................................... 11

Tabla 1. 4 Características de los módulos de comunicaciones. ................................ 12

CAPÍTULO 2

Tabla 2. 1 Diferencias entre DNP y otros protocolos. NP y otros Diferencias entre

DNP ............................................................................................................................ 24

Tabla 2. 2 Parámetros de configuración del DNP 3.0. .............................................. 30

Tabla 2. 3 Estructura de formato de tramas DNP. .................................................... 31

Tabla 2. 4 Detalle de los campos de las tramas de enlace de datos. ......................... 33

CAPÍTULO 3

Tabla 3. 1 Características de las redes WAN. ........................................................... 47

Tabla 3. 2 Nodos activos y de paso del anillo de F.O. .............................................. 48

Tabla 3. 3 Enlaces inalámbricos de estaciones. ........................................................ 51

Tabla 3. 4 Enlaces inalámbricos de agencias. ........................................................... 52

Tabla 3. 5 Utilización actual de la red inalámbrica. .................................................. 62

CAPÍTULO 4

Tabla 4. 1 Velocidades de transferencia según la tecnología usada. ........................ 69

Tabla 4. 2 Funciones de los nodos GPRS. ................................................................ 71

Tabla 4. 3 Cobertura GPRS para los Reconectadores. .............................................. 77

CAPÍTULO 5

Tabla 5. 1 Desempeño de sistemas de modulación BPL. ......................................... 87

Tabla 5. 2 Características de OFDM. ........................................................................ 89

CAPÍTULO 6

Tabla 6. 1 Ubicación de los Reconectadores. ........................................................... 92

Tabla 6. 2 Parámetros requeridos por la estación central de procesamiento. ........... 96

Tabla 6. 3 Equipos necesarios para el diseño. ......................................................... 103

Tabla 6. 4 Distancias de enlace y número de repetidores requeridos. .................... 107

Tabla 6. 5 Características del alimentador 0323. .................................................... 108

Tabla 6. 6 Equipos requeridos para el diseño. ........................................................ 109

Tabla 6. 7 Ubicación de equipos en poste. .............................................................. 111

Tabla 6. 8 Distancias de enlace hacia un punto de acceso a la red WAN. .............. 112

Tabla 6. 9 Frecuencias soportadas Alvarion. .......................................................... 115

Tabla 6. 10 Especificaciones Técnicas.................................................................... 115




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x

Tabla 6. 11 Clases de antenas tipo sectorial. ........................................................... 117

Tabla 6. 12 Ubicación de las Estaciones. ................................................................ 120

Tabla 6. 13 Distancias entre Reconectadores y Estaciones. .................................. 121

Tabla 6. 14 Parámetros teóricos calculados para el desempeño de los radioenlaces.

.................................................................................................................................. 126

Tabla 6. 15 Enlaces finales utilizando la tecnología inalámbrica existente. ........... 130

Tabla 6. 16 Equipos necesarios para el enlace. ....................................................... 131

Tabla 6. 17 Ubicación de equipos en poste. ............................................................ 131

Tabla 6. 18 Parámetros de configuración AU Señor Pungo. .................................. 131

Tabla 6. 19 Parámetros de configuración SU’s. ...................................................... 131

CAPÍTULO 7

Tabla 7. 1 Costo de instalación del servicio. ........................................................... 132

Tabla 7. 2 Costo fijo mensual del servicio. ............................................................. 133

Tabla 7. 3 Costo variable mensual del servicio....................................................... 133

Tabla 7. 4 Costo mensual del servicio GPRS. ........................................................ 136

Tabla 7. 5 Costo mensual del servicio GPRS. ........................................................ 136

Tabla 7. 6 Costo de implementación del sistema GPRS. ........................................ 137

Tabla 7. 7 Costo de implementación del sistema BPL............................................ 137

Tabla 7. 8 Costo referencial del sistema. ................................................................ 138

Tabla 7. 9 Costo de implementación del sistema W/MAN. .................................... 139

Tabla 7. 10 Costo de implementación del sistema W/LAN. ................................... 140

Tabla 7. 11 Costo por el uso de la red existente para W/MAN. ............................. 140

Tabla 7. 12 Resumen de Costos. ............................................................................. 141

Tabla 7. 13 Resumen de Costos de operación mensual. ......................................... 142

Tabla 7. 14 Reconectadores enlazados con tecnología GPRS. ............................... 143

Tabla 7. 15 Reconectadores enlazados con tecnología W/MAN. ........................... 144




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1

RESUMEN.

Una de las necesidades de la Empresa Eléctrica Regional Centrosur C.A. es la

provisión de un sistema de comunicaciones, que permita la transmisión de datos en

tiempo real, para integrar los equipos de protección reconectadores situados de

manera distribuida en el área de concesión hacia el sistema SCADA.

El presente proyecto está dedicado al diseño de una red de comunicaciones de datos

que aproveche al máximo la infraestructura existente de la red de comunicaciones de

la empresa. El diseño final obtenido está conformado por dos tecnologías, GPRS y

tecnología inalámbrica WMAN, las mismas que se encargarán de transmitir datos

desde los equipos reconectadores ubicados en las redes eléctricas de media tensión,

hacia una estación central de procesamiento de información ubicada en el edificio

matriz de la Centrosur.

Con este estudio se analizaron diversas tecnologías de comunicación, entre ellas:

BPL, Fibra óptica, GPRS y tecnología inalámbrica WMAN. Una vez abordadas las

mismas, se realizó un estudio técnico económico para los quince reconectadores

propuestos. De este estudio se obtuvo dos alternativas las cuales deben ser evaluadas

por la Centrosur. La primera alternativa consta de un sistema de comunicación

híbrido de tecnología inalámbrica WMAN y tecnología GPRS, mientras que la

segunda opción consta de un diseño únicamente con tecnología GPRS.

El primer diseño del sistema de comunicaciones consistió en enlazar tres

reconectadores usando tecnología inalámbrica WMAN hacia la red WAN de la

Centrosur, y a través de ésta hacia la estación de procesamiento RTU. El diseño se

realizó con equipos de la marca Alvarion, que son equipos que ya están siendo

utilizados por la empresa.

Por otro lado los doce reconectadores restantes se comunicaran mediante un router

GPRS hacia la red de comunicaciones ofrecida por la operadora móvil Conecel

(PORTA). Mediante un canal dedicado existente de 128 Kbps, se transmite la

información de los reconectadores hacia la estación central de procesamiento.




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2

INTRODUCCIÓN.

En el presente proyecto se realiza el diseño de un sistema de comunicaciones que

permita integrar los equipos reconectadores ubicados en puntos estratégicos sobre la

red de distribución de energía de la Empresa Eléctrica Regional Centrosur C.A. hacia

una estación central de procesamiento ubicada en el edificio matriz de la empresa.

Todo esto con el propósito de obtener información en tiempo real sobre las

características operacionales de la red eléctrica para mejorar el rendimiento, y la

calidad de servicio a los usuarios.

Para conseguir este objetivo se ha estructurado este proyecto en diferentes capítulos

que se indican a continuación:

En el CAPITULO I, se aborda una breve introducción a los sistemas de telecontrol y

se estudia las principales características de los dispositivos de control de los

reconectadores específicamente sus módulos de comunicación y puertos. Se

exponen además las principales características de Unidad Terminal Remota ELITEL-

4000.

En el CAPITULO II, se realiza el estudio del protocolo de comunicaciones DNP3

que es el lenguaje en el que se comunican los dispositivos de comunicación de los

reconectadores (PCD’s) con la Unidad Terminal Remota (RTU). Adicionalmente se

hacen pruebas funcionales del protocolo para poder determinar la existencia de

comunicación entre estos equipos.

En el CAPITULO III, se analiza cómo está constituida la red WAN de la Centrosur,

de manera especial la ubicación de las estaciones repetidoras, el alcance y cobertura

de sus antenas, así como también las subestaciones que forman parte del anillo de

fibra óptica, ya que éstos son puntos referenciales para el acceso e integración de los

equipos de comunicación de los reconectadores.

El CAPITULO IV expone los elementos principales de una red GSM/GPRS, para

conocer de forma general esta tecnología, debido a que se ha considerado sus

servicios para realizar la comunicación con los reconectadores que técnica o

económicamente aprovechen sus prestaciones.

El CAPITULO V está dedicado al estudio de varias tecnologías de comunicación que

también se puedan utilizar para la telemetría. Estas son específicamente: BPL, Fibra

Óptica, y tecnología inalámbrica WMAN, este análisis proporcionará las bases para

los diseños que se presentarán en el siguiente capítulo.

En el CAPITULO VI se realiza el diseño de la red de comunicaciones utilizando

cada una de las tecnologías estudiadas, para estos se indican las coordenadas y la

ubicación geográfica de los dispositivos existentes, empleando el Sistema de




2009

3

Información Geográfica (G.I.S.) de la Centrosur. Para desarrollar los diseños se hace

un estudio de la zona de ubicación de los reconectadores, se seleccionan los equipos,

y se realiza un esquema de conexión, con esto se obtiene el número de equipos

necesarios. Para la tecnología inalámbrica se utiliza el software Radio Mobile 9.9.4

para el cálculo de radioenlaces de larga distancia para determinar que reconectadores

pueden ser comunicados con dicha tecnología.

En el CAPITULO VII se hace un análisis de costos para cada una de las tecnologías,

tomando en cuenta los rubros por implementación, operación y mantenimiento, para

poder determinar las que sean más económicas y que permitan proceder al diseño

final del sistema de comunicaciones. Además se indican las recomendaciones para

una futura ampliación de nuevos reconectadores, es decir se indican zonas

geográficas donde se podría utilizar determinadas tecnologías.

En el CAPITULO VIII se presentan las conclusiones obtenidas, y se dan algunas

recomendaciones para la implementación del sistema de comunicaciones.




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4

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES SOBRE LOS DISPOSITIVOS DE TELEMETRÍA.

1.1 TELEMETRÍA AUTOMÁTICA.

La telemetría es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes

físicas. Utiliza un sistema de interpretación y trasmisión para enviar las señales

hacia el operador del sistema, permitiendo de esta manera conocer la información

exacta sobre el evento que sucede en el lugar de origen de la señal.

Los equipos de telemetría obtienen la información mediante sensores (transductores)

que transforman las magnitudes físicas a medir en señales eléctricas equivalentes.

Dichas señales son enviadas al punto de observación generalmente mediante señales

eléctricas para su análisis.

El sistema de telemetría se puede utilizar para la transmisión de datos utilizando

medios no guiados como: radiofrecuencia, microondas, sistemas celulares, sistemas

satelitales y medios guiados como: líneas telefónicas, cable coaxial o fibra óptica.

(Teletrol 2009)

1.1.1 Funcionalidades del Sistema de Telemetría.

Monitoreo y control de variables a distancia.

Consulta de niveles de seguridad.

Programación remota de parámetros.

Envío de señales de alarma al sistema central.

Personalización e integración con los sistemas de gestión propios de una

empresa.

Permite un eficiente y efectivo monitoreo y control de un sistema de

mediciones.

Detección rápida de errores en el sistema.

Mejor utilización de recursos del sistema.

Desarrollo de base de datos y obtención de información para asistencia futura

de simulaciones y diseños de otros sistemas complementarios.

Prestación de servicios distintos al eléctrico como por ejemplo; servicios de

telecomunicaciones.

(Ttnetcom 2009)

Dentro de los equipos de protección de redes eléctricas que han evolucionado en el

sistema de telecontrol y telegestión están los reconectadores electrónicos.




2009

5

1.2 RECONECTADORES AUTOMÁTICOS.

El reconectador es un interruptor con reconexión automática, instalado

preferentemente en líneas de distribución. Es un dispositivo de protección capaz de

detectar una sobrecorriente, interrumpirla y reconectar automáticamente para

reenergizar la línea. Está dotado de un control que le permite realizar varias

reconexiones sucesivas, pudiendo además, variar el intervalo y la secuencia de estas

reconexiones. De esta manera, si la falla es de carácter permanente el reconectador

abre en forma definitiva después de cierto número programado de operaciones, de

modo que aísla la sección fallada de la parte principal del sistema.

La tarea principal de un reconectador entonces es discriminar entre una falla

temporal y una de carácter permanente.

Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas características tiempo-

corriente, las cuales proporciona el fabricante. El reconectador interrumpirá las

corrientes de falla de modo efectivo únicamente si se usa dentro de sus valores

nominales especificados. (Tipán 2009)

1.2.1 Reconectadores Electrónicos OVR.

La Centrosur está implementando reconectadores electrónicos trifásicos OVR, 15

KV - 38 KV, (Figura 1.1). El reconectador OVR de ABB (Asea Brown Boveri)

cumple con las demandas de reconexión y ofrece capacidades como localización de

fallas, monitoreo de control, calidad de servicio, comunicaciones, disparo

monofásico y control de lazo. (Reconectador OVR & Control PCD 2006)

La Tabla 1.1 muestra las principales especificaciones de los reconectadores OVR.

Características Valores nominales del reconectador OVR Unidades

Tensión nominal operación 2.4 - 14.4 24.9 34.5 KV

Máxima tensión de diseño 15,5 27 38 KV

Máxima corriente continua 630/800/1000 630/800/1000 630/800/1250 A

Máxima corriente de interrupción 12,5 12,5 16 KA

BIL 110/125 125 170 KV

Máximo tiempo de interrupción 0.040 0.040 0.040 seg.

Máximo tiempo de cierre 0.060 0.060 0.060 seg.

Precisión: Tensión: ± 1% (con entrada de TP)

Precisión: Corriente: ± 1%

Tabla 1. 1 Resumen de especificaciones.

http://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml




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6

Figura 1. 1 Reconectador Trifásico OVR.

1.2.1.1 Gabinete de Control OVR- Características.

El PCD (Dispositivo de Control de Potencia) está contenido en una caja de metal

adecuada para montaje sobrepuesto en poste (Figura 1.2) y posee las siguientes

características:

Figura 1. 2 Gabinete de Control.

Opera a 85-265VAC o 125VDC.

Hasta 48-horas de respaldo de alimentación cuando se pierde la fuente de

potencia.

Batería a ser cambiada cada 3 – 5 años.

Batería permite varias operaciones durante la perdida de AC (12A-h).

Salida auxiliar regulada de DC (12VDC o 24VDC) @ 10WATTS.

Si la AC es desconectada y el voltaje de la batería cae a 40V entonces la

salida auxiliar de DC es desconectada.

Operación asistida por condensador cuando la batería se descarga y para

proveer soporte cuando la operación se hace con AC y batería muerta.

Prueba automática de la batería que puede ser diaria o semanal y reportado a

través de DNP.




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7

1.3 PCD (DISPOSITIVO DE CONTROL DE POTENCIA) DE LOS

RECONECTADORES.

El Dispositivo de Control de Potencia (PCD) es una unidad de control, basada en

microprocesadores, que está equipado con los protocolos de comunicación abiertos

DNP 3.01, Modbus® RTU, Modbus®ASCII e IEC60870-5-101.

El PCD tiene la capacidad de colectar datos para permitir el análisis de carga,

planificación y actualización del sistema eléctrico.

Almacena los últimos 1024 eventos ocurridos, operaciones manuales y automáticas,

cambios de programación etc.

Almacena las últimas 128 fallas. Registra las corrientes en el momento de la falla así

como los voltajes, la hora a la que ocurre la falla, el elemento que ocasionó el

disparo, el tiempo de aclaración de la falla y de operación de la protección, la

distancia a la falla y la resistencia estimada de falla. (PCD Aparato de Control de

Potencia 2007)

La Figura 1.3 muestra la forma como se almacenan los datos en el registro.

Figura 1. 3 Almacenamiento de datos y perfil de carga.

El PCD tiene las siguientes características principales:

• HMI (Interfaz local humano-máquina) (Figura 1.4).

1 El protocolo DNP 3.0 se analizará en el siguiente capítulo.




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8

• Puerto posterior aislado doble RS-232 y RS-485 (activo únicamente uno a la

vez).

• Comunicaciones opcionales de fibra óptica para comunicaciones libres de

ruido.

Figura 1. 4 HMI del Panel Frontal para Unidades ANSI.

1.3.1 Comunicación y Control del PCD.

El Control PCD tiene comunicación vía:

Línea telefónica usando un Modem

Radio

No licenciado de 900Mhz

Licenciado de 220 MHz & 450 MHz

Ethernet – 900MHz, 2.4 GHz, 5.8 GHz, 802.11b

Comunicación vía Satélite

Celular

Interfaz de Fibra Óptica

1.3.2 Puerto Serial Frontal RS-232.

El puerto serial RS-232 en la HMI del panel frontal sirve para conectar una PC al

PCD. Este puerto se usa con el software de configuración AFSuite basado en

Windows, utilizado para programar, controlar y descargar datos del PCD.




2009

9

El cable de comunicaciones debe tener un conector macho DB-9 en el extremo del

PCD y un conector hembra DB-9 en el extremo de la PC. Este puerto está fijado a

9600 baud y se le asigna la dirección 0.

1.3.3 Módulos.

En la parte posterior, el PCD usa una caja de seis ranuras para tarjetas (Figura 1.5):

Ranura A: PS (Fuente de Poder) o UPS (Fuente de Poder Ininterrumpible).

Ranura B: Control de Reconectador VR, DIO (Modulo de Entradas y Salidas

Digitales) Tipo 2 o DIO Tipo 1.

Ranura C: DIO Tipo 1.

Ranura D: CPU (Unidad de Control Y Proceso) Tipo 2.

Ranura E: COM (Módulo de Comunicaciones) Tipo 3, Tipo 4 o Tipo 5.

Ranura F: PT/CT (Módulo de Tensión y Corriente) Tipo 5, Tipo 6, Tipo 7,

Tipo 8, Tipo 9 o Tipo A.

Figura 1. 5 Parte Posterior Típica de Panel.

Adicionalmente, el PCD tiene una ruta separada de comunicaciones al procesador en

el panel posterior, que está completamente aislada del puerto del panel frontal, que se

usa típicamente para conexión a SCADA (Sistema de Control y Adquisición de

Datos), y se debe ajustar a los protocolos DNP o Modbus. El PCD tiene una

característica denominada “Protocol Autodetect” que permite que el control se

comunique usando el protocolo DNP 3.0, mientras monitorea la comunicación para

comandos Modbus. Si se detecta un pedido Modbus (desde AFSuite, WinPCD, u




2009

10

otra fuente Modbus) el control reconocerá y responderá a la consulta en Modbus.

Después de la respuesta, los contactos del puerto retornan al protocolo DNP, la

comunicación DNP debe cesar durante la comunicación.

La Tabla 1.2 muestra los ajustes básicos de comunicaciones para el PCD. (PCD

Aparato de Control de Potencia 2007)

ABREVIATURA HMI DESCRIPCIÓN

Unit Address

Dirección de la unidad (por defecto es 0001)

Este ajuste es la dirección de comunicaciones de datos del PCD. Este valor

es un valor decimal en el rango de 1 a 65.535. El valor hexadecimal

correspondiente se muestra en corchetes [0001 – FFFF]. Esta dirección

aplica únicamente al puerto del Panel Posterior. El puerto del Panel Frontal,

usado para comunicaciones locales, tiene una dirección fija 000.

FP Baud

FP Frame

Configuración de panel frontal (por defecto es 9600, N, 8,1)

Se especifican dos valores para comunicaciones digitales a través del puerto

de datos del panel frontal. La tasa en baud: 600, 1200, 2400, 4800, 9600

(por defecto), y el patrón de bloque: NONE (ninguno)-8-1 (por defecto),

NONE 8-2. Estos deben coincidir con los ajustes de comunicaciones de la

computadora (u otro aparato digital) comunicándose con el PCD.

RP Baud

RP Frame

Configuración de panel posterior (por defecto es 9600, N, 8,1)

Se especifican dos valores para comunicaciones digitales a través del puerto

de datos del panel posterior. La tasa en baud: 600, 1200, 2400, 4800, 9600 o

19200; y el patrón de bloque: NONE 8-1 (por defecto), EVEN 8-1, ODD 8-

1, NONE 8-2. Estos deben coincidir con los ajustes de comunicaciones de la

computadora (u otro aparato digital) comunicándose con el PCD.

RP Protocol

Protocolo de panel posterior (por defecto es Modbus ® ASCII)

Este ajuste especifica que protocolo de comunicaciones usar para

comunicaciones de datos a través del puerto posterior de datos que se está

comunicando con la computadora conectada al PCD. Las alternativas

disponibles son: ASCII Modbus (por defecto), RTU Modbus y DNP 3.0

IEC870

RTS/CTS Delay (disponible

únicamente a través del puerto

CPU cuando no está presente el

módulo COM

RTS/CTS hardware handshaking (inicio de comunicaciones de hardware)

Cuando está activado, el usuario puede ajustar un valor de 0-3000 ms para

pre retardo CTS Tx, 0-3000 ms para pre retardo CTS y 0-3000 ms para post

retardo Tx.

Parameter 1 – 25

Parámetros puerto posterior 1 – 25

Este ajuste afecta las comunicaciones de datos usando el protocolo DNP3.0.

El PCD tiene un modo especial que permite la interpretación de comandos

Modbus mientras está ajustado en protocolo DNP.

Mode Par 1-8:

Parámetros puerto posterior Modo 1 – 8 .Este ajuste afecta las

comunicaciones de datos usando el protocolo DNP 3.0.

Tabla 1. 2 Ajustes de comunicaciones.




2009

11

1.3.4 Descripción de los Puertos de Comunicaciones.

1.3.4.1 Puerto de Comunicaciones RS-232.

Está disponible en todos los módulos de comunicaciones. Consiste de un conector

de 9 clavijas D-shell (Tabla 1.3) y proporciona comunicaciones punto a punto.

El estándar RS-232 soporta un operador y receptor sobre una distancia de 50 pies

(15,2 m). Sin embargo, el RS-232 soportará también un modem externo o un radio

transmisor remoto desde la subestación, incrementando la distancia de comunicación

a aproximadamente 3,5 millas (5,6 km) en terreno favorable.

Clavija Señal Descripción Entrada/Salida

1 DCD Detector de Portadora E

2 RXD Recibe datos E

3 TXD Transmite datos S

4 DTR Terminal de datos listos S

5 GND Puesta a tierra de señal -

6 DSR Equipo de datos listos E

7 RTS Listo para enviar S

8 CTS Despejar para enviar E

9 RI Indicador E

Tabla 1. 3 Descripción de clavijas.

1.3.4.2 Puerto de Comunicaciones RS-485.

Está disponible en todos los módulos de comunicaciones excepto en el módulo CPU.

El RS-485 es más adecuado para aplicaciones en subestaciones en una red en anillo,

donde se pueden conectar un máximo de 32 aparatos a una distancia máxima con

cable de comunicaciones de 4000 pies (1219 m).

1.3.4.3 Puerto de Fibra Óptica.

Está disponible en los módulos Com 2a y Com 4. Estos puertos tienen conectores

tipo ST (Straight Tip), que soportan una variedad de tamaños de fibras. Se

recomienda la fibra mono modo que soporta hasta 15 kilómetros.

1.3.5 Descripción de los Módulos de Comunicación.

La unidad se conecta al SCADA a través del puerto posterior, mediante uno de los

siguientes métodos:




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1. Módulo COM2a. Este módulo tiene un puerto aislado RS-232, un aislado

RS-485 y un puerto de fibra óptica.

2. Módulo COM3. Esta conexión tiene un puerto aislado RS-232 y un aislado

RS-485. Tiene característica puente de RS-232 a Fibra

3. Módulo COM4. Este módulo tiene un puerto aislado RS-232, un aislado RS-

485 y un puerto de fibra óptica.

4. Módulo COM5. Este módulo se usa únicamente para la Loop Control Option

(Opción de Control de Lazo). El módulo tiene 3 puertos, dos aislados RS-

232 y un aislado RS-485. Uno de los puertos RS-232 no está disponible para

comunicaciones. Se usa, para propósitos de diagnóstico y actualización de

firmware en la tarjeta COM5.

5. Módulo CPU. Este módulo tiene un puerto no aislado RS-232 que sirve para

actualizaciones de firmware en el procesador principal.

Los PCDs adquiridos por la Centrosur, cuentan con el módulo de comunicación

COM Tipo 2a y el módulo CPU, que se analizarán en detalle más adelante. La Tabla

1.4 resume las características de hardware de cada módulo.

Características CPU

(direct) COM 2a COM 3 COM 4 COM 5

Puerto RS-232 (9 clavijas) Y Y Y Y Y

Puerto RS-485

N Y Y Y Y

Puerto de Fibra (conectores ST) N Y N Y N

Característica puente de RS-232 a

RS-485

N

N

Y

Y

N

Software de inicio de

comunicación RTS/CTS ajustable

usando puentes en la tarjeta

N

N

Y

Y

N

Inicio de comunicación RTS/CTS

controlado por hardware con

temporizadores ajustables

Y

N

N

N

N

Puertos aislados N Y Y Y Y

Tabla 1. 4 Características de los módulos de comunicaciones.

1.3.5.1 Descripción del Módulo de Comunicaciones Tipo 2a.

Este módulo tiene tres puertos de comunicaciones, RS-232, RS-485, y un puerto de

fibra óptica (Figura 1.6).

Todos los puertos en este módulo son aislados ópticamente. Todas las

comunicaciones al Com2a deben ser radiales. Es importante notar que el módulo

Com 2a comunica únicamente un puerto a la vez.




2009

13

Figura 1. 6 Modulo de comunicaciones Tipo 2a.

1.3.5.2 Descripción del Módulo CPU.

El puerto RS-232 en la CPU está activo únicamente cuando no existe instalado un

módulo de comunicaciones. Este puerto se usa para actualizaciones de firmware. Si

se proporciona otros medios de aislamiento se puede usar para comunicaciones

externas a SCADA o para programar el control.

Este puerto además tiene líneas reales RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send)

desde el procesador que proporcionan handshaking (inicio de comunicación) de

hardware, que controla el flujo de datos cuando se enlaza con

receptores/transmisores de radio. Cuando se recibe una consulta desde el máster

(equipo principal), el PCD responderá con la característica RTS/CTS delay timer

(temporizador de retardo) activada, el PCD enviará primero su línea RTS, y esperará

hasta que la línea CTS esté en alto (high) desde el máster. Si la línea CTS nunca va a

alta, al final del CTS Tx delay, él procederá a enviar la respuesta indiferente del

estado CTS. Si existe programado un ajuste Post Tx Delay, el PCD mantendrá en

alto la línea RTS durante ese tiempo después de la transmisión de la respuesta. Esta

característica es útil para ciertos tipos de comunicaciones por radio.

1.4 UNIDADES TERMINALES REMOTAS (RTU).

Una RTU es un dispositivo programable convertidor de lógica, que puede leer el

estado de las variables digitales y medir las variables analógicas de un sistema para

enviarlos hasta un centro de control como comandos digitales o puntos de ajuste

analógicos. Las RTUs entonces, son dispositivos que se conectan físicamente a los

equipos ejecutores de los procesos de un sistema para recopilar sus datos digitales de

estado como: abierto/cerrado desde una válvula o un interruptor, o para leer sus

medidas analógicas como presión, flujo, voltaje, corriente, etc.




2009

14

Una RTU también, posee entradas y salidas ampliables y puede ser configurada tanto

en forma local como remota, a través del sistema SCADA.

Este dispositivo es un proveedor de inteligencia en las instalaciones remotas, el cual

permite realizar una comunicación (adquisición, control y transferencia de datos)

desde los instrumentos de campo, hacia el centro principal de control y viceversa.

Basado en la información que se intercambia, un operador puede tomar alguna

acción de control sobre el proceso.

En la actualidad, el avance de la tecnología y el desarrollo de nuevo software ha

reducido considerablemente las prestaciones que inicialmente ofrecían las RTU

como elementos fundamentales de un sistema SCADA, es así que, ahora mismo se

puede afirmar que una RTU se ha limitado a ser un dispositivo conversor y

concentrador de datos. (Tipán 2009)

1.4.1 Estructura de una RTU

Las partes principales que se pueden citar de una RTU son:

CPU y memoria volátil (RAM),

Memoria no volátil para almacenar información de configuración,

Puertos de comunicación serial,

Modem de comunicación,

Protección contra fluctuaciones de voltaje,

Interfaces de entrada/salida,

Reloj de tiempo real.

Anteriormente, el cerebro para que un SCADA tenga la capacidad de controlar todo

un sistema en tiempo real y proveer señales de alarma eran las unidades terminales

remotas RTU, sin embargo; los nuevos requerimientos en cuanto a confiabilidad y

monitoreo de otros parámetros, así como, la necesidad de ahorro de espacio físico,

han logrado que las RTU estén siendo paulatinamente desplazadas por los PLC

(Controlador Lógico Programable) y los dispositivos denominados IEDs

(Dispositivos electrónicos Inteligentes).

1.4.2 RTU Elitel – 4000.

Para el presente proyecto la Empresa Eléctrica Regional Centrosur C.A. ha puesto a

disposición una Unidad Terminal Remota ELITEL-4000 (Sistema Operativo

CENTROSUR 01/12/05), que se describe a continuación.

Se trata de un Sistema de Control Distribuido de líneas eléctricas basado en una red

de unidades DPU2000R (Distribution Protection Unit). La estructura de la red se




2009

15

indica en la Figura 1.7. (Manual del usuario de la Unidad Terminal Remota Elitel

4000 s.f.)

Figura 1. 7 Estructura de Red RTU Elitel 4000.

Los DPU’s siguen un comportamiento maestro-esclavo, tanto a nivel de enlace de

datos como de aplicación, y no realizan el envío de respuestas no solicitadas2.

1.4.2.1 Alcance y Soporte.

El protocolo DNP-3 en los equipos ELITEL-4000, permite integrar a la red equipos

SEL-351, Multilín SR760 y ABB DPU 2000R, o equipos completamente

compatibles a estos.

La RTU 4000 soporta como máximo:

64 IED’s.

8 líneas de comunicación para el protocolo DNP3.

8 IED’s por línea.

En la misma línea de comunicación no pueden coexistir equipos de distinto

fabricante, debido a la incompatibilidad de protocolos. Los tiempos de respuesta del

sistema pueden empeorar cuando más equipos se integren a una misma línea de

comunicaciones.

La respuesta temporal en las líneas con equipos SEL o Multilín es peor que la

conseguida en la actualidad con equipos DPU 2000R, debido a que al utilizar el

protocolo de una forma más general aumentará el tráfico de mensajes. (Perfil DNP

3.0 de la Unidad Terminal Remonta Elitel 4000 s.f.)

2 Las respuestas no solicitadas se analizan en el capítulo 2.




2009

16

1.4.2.2 Secuencia y Exploración de IED’s.

Los posibles estados y sus transiciones en los que se puede encontrar un IED se

reflejan en el siguiente diagrama (Figura 1.8):

Figura 1. 8 Estados y transiciones de un IED.

Cada uno de los estados, subestados y transiciones asociadas, se desarrollan a

continuación.

a. Inactiva.

Definición del estado.- en este estado el IED está excluido del proceso de

exploración.

Adquisición de datos.- el IED no es interrogado en este estado.

Transiciones posibles.- deberá existir una orden sobre una señal reservada

para ello, para pasar un IED a INACTIVO, y lo contrario para activarlo,

pasando al estado de FALLO. Se puede llegar al estado de INACTIVO a

partir de cualquiera de los restantes.

b. Recuperación.

Definición del estado.- en este estado se realiza una integridad de los datos,

tomando todos los datos por medida.

Adquisición de datos.- en este estado todos los datos necesarios se pedirán

por medida. La petición de los datos se engloba mensajes de:

- Petición de las entradas digitales.

- Petición de las entradas analógicas.

- Petición de los contadores.

Además el IED se sincroniza con el ELITEL mediante la transmisión del

correspondiente mensaje.




2009

17

Transiciones posibles.- se pasará a este estado desde el estado NORMAL en

todos los cambios de minuto, con el fin de realizar la integridad de los datos.

También al abandonar un estado de FALLO.

Una vez se haya realizado la integridad de los datos se pasará al estado

NORMAL, pudiendo pasar al estado de FALLO si se diese alguno. Se pasará

al estado de INACTIVA si se recibe la orden correspondiente.

c. Normal.

Definición del estado.- este es el estado estable de los IED’s, en el que

estarán la mayor parte del tiempo. Por ello, se debe intentar tomar el mayor

número de datos por cambios.

Adquisición de datos.- las señales digitales se adquirirán como cambios con

etiqueta de tiempo. Las entradas analógicas y los contadores se pedirán, sin

etiqueta de tiempo, de igual forma que durante la recuperación, de una forma

menos intensiva que las señales digitales.

Transiciones posibles.- al estado NORMAL se llega siempre desde el

estado de RECUPERACIÓN, tanto después de un proceso de integridad de

datos como en el proceso de integridad de datos como en el proceso de

arranque del sistema. Desde el estado NORMAL se pasará al estado de

RECUPERACIÓN cuando se deba realizar una integridad de datos o al

estado de FALLO, en caso de que haya sido detectado algún tipo de fallo. Se

pasará al estado de INACTIVA siempre que se reciba la orden

correspondiente.

d. Fallo.

Definición del estado.- se pasará a este estado cuando haya ocurrido algún

fallo que no se haya podido recuperar con los reintentos.

Adquisición de datos.- en este estado no se toma ningún dato, sino que se

consulta el estado de la línea con el fin de saber cuándo se puede comenzar

un nuevo intercambio de datos con el IED. Esto se traduce en un mensaje del

NE de “Reset of Remote Link”.

Transiciones posibles.- se pasará a este estado desde el estado de

INACTIVA debido a la orden correspondiente. Desde el estado de

RECUPERACIÓN o NORMAL siempre que se haya dado un error no

recuperable. Cuando se reciba una respuesta satisfactoria del IED al mensaje

de consulta de línea se la pasará al estado de RECUPERACIÓN.

El criterio que se ha seguido para distribuir la petición de datos en los

distintos mensajes minimiza la carga de tráfico e intenta aprovechar al

máximo las facilidades ofrecidas por el protocolo.




2009

18

1.4.2.3 Tratamiento de datos.

Los distintos tipos de señales que se tratan, y su número máximo son los siguientes:

Entradas analógicas (EA): 16 señales por IED.

Entradas digitales (ED): 32 señales por IED.

Contadores: 6 contadores por IED.

Salidas digitales: 4 salidas por IED.

Para poder mantener la información en la base de datos del ELITEL, se definen

módulos lógicos de entradas analógicas donde se mantienen tanto las entradas

analógicas, como los contadores y módulos lógicos de entradas digitales donde se

mantienen entradas y salidas digitales. Se necesitan por IED:

3 módulos de ED: 16 entradas digitales + 4 salidas digitales.

2 módulos de EA: 16 entradas analógicas + 6 contadores.

Además se fijan los canales paramétricos necesarios para poder mantener el estado

del fallo de cada IED (un canal por IED). Estos se incorporan a un modulo lógico de

entradas digitales.

El protocolo DNP3 ofrece varias alternativas para acceder a la información del IED.

El criterio seguido debe compactar los mensajes lo más posible en cada caso, y

generar el menor tráfico posible.




2009

19

CAPÍTULO 2

ESTUDIO DEL PROTOCOLO DNP.

2.1 MODELO OSI.

El modelo de referencia OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) lanzado en 1984

fue el modelo de red descriptivo creado por ISO (Organización Internacional de

Estandarización); como un marco de referencia para la definición de arquitecturas de

interconexión de sistemas de comunicaciones.

Es un modelo que muestra cómo puede estructurarse una "pila" de protocolos de

comunicaciones. El modelo en sí mismo no puede ser considerado una arquitectura,

ya que no especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, sino que suele

hablarse de modelo de referencia. Este modelo está dividido en siete capas, que se

muestran en la Figura 2.1. (STALLINGS 2004)

Figura 2. 1 Capas del modelo de referencia OSI.

Tres conceptos son básicos para el modelo:

1. Servicios

2. Interfaces

3. Protocolos

La contribución más grande del modelo OSI es que hace explícita la distinción entre

estos tres conceptos. La definición de servicio indica qué hace cada capa, no la

http://es.wikipedia.org/wiki/1984

http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Internacional_para_la_Estandarizaci%C3%B3n




2009

20

forma en que la entidad superior tiene acceso a ella, o cómo funciona dicha capa.

Define el aspecto semántico de la capa.

La interfaz de una capa indica a los procesos que están sobre ella cómo accederla.

Especifica cuáles son los parámetros y qué resultados se esperan. Incluso, no dice

nada sobre cómo funciona internamente la capa.

Por último, una capa es quien debe decidir que protocolos debe utilizar. Puede usar

cualesquier protocolo que desee, en tanto consiga que se haga el trabajo (es decir,

proporcione los servicios ofrecidos).

A pesar que OSI establece una diferenciación entre las especificaciones y la

implementación ni el modelo ni sus protocolos son perfectos, y se les han hecho

varias críticas que se resumen a continuación:

1. Aparición inoportuna

2. Mala tecnología

3. Malas implementaciones

4. Malas políticas

A pesar de sus problemas, el modelo OSI (excepto las capas de sesión y

presentación) ha probado ser excepcionalmente útil en la exposición de redes de

computadoras. En contraste sus protocolos no han sido muy populares. Como

alternativa se presenta un modelo OSI modificado denominado modelo híbrido

(Figura 2.2). (TANENBAUM 2003)

Figura 2. 2 Modelo de referencia híbrido.

2.2 PROTOCOLO DNP3.0

El protocolo DNP (Distributed Network Protocol) fue desarrollado en 1990 por

Westronic Inc., como un sistema abierto (no propietario), basado en estándares de

interoperabilidad IEC 870-5. Es ampliamente utilizado en aplicaciones de

telecontrol en sistemas eléctricos, donde las estampas y sincronizaciones de tiempo,

como el hecho de que un esclavo transmita información sin ser solicitada, son




2009

21

fundamentales al momento de analizar fallas y sincronizar el accionamiento de todos

los dispositivos. Por esta razón, los equipos que se utilizan en estas aplicaciones,

como relés de protección, reconectadores, etc., en general, incluyen este protocolo

como estándar.

El protocolo DNP3.0 (DNP versión 3.0) está basado en un modelo que incluye tres

de las capas del modelo OSI (sin embargo, DNP agrega una cuarta capa de pseudo-

transporte que permite la segmentación del mensaje), denominado EPA (Enhanced

Performance Architecture, Arquitectura de Rendimiento Mejorado): capa de

aplicación, capa de enlace de datos y capa física. DNP 3.0 es muy eficiente por ser

un protocolo de capas, ya que asegura una alta integridad de datos. Es adecuado para

aplicaciones en el ambiente SCADA completo: RTU-IED, Maestro–Remoto, punto-

punto y aplicaciones de red.

DNP3 es un protocolo que proporciona multiplexación, fragmentación de datos,

comprobación de errores, control de enlace, establecimiento de prioridades, y

servicios de direccionamiento de capa 2 para datos de usuario.

Utiliza especialmente el control de redundancia cíclica (CRC) impregnado dentro de

los paquetes de datos, para hacer frente a los ambientes muy ruidosos en los que se

desenvuelve de forma habitual. Originalmente, el protocolo fue utilizado para

comunicación serial, la versión actual soporta aplicaciones modernas que pueden

llevar mensajes DNP3 sobre TCP/IP. (DNP n.d.)

2.2.1 DNP3 Serial.

DNP3 serie se utiliza como un protocolo de transmisión entre los sistemas de control

y dispositivos remotos. Tiene capacidades generalmente en el contexto de las

aplicaciones SCADA. Los mensajes son transmitidos habitualmente a través de

conexiones en serie.

2.2.2 DNP3 LAN / WAN.

DNP3 sobre LAN/WAN se destina para las conexiones a través de protocolos de

Internet. Tanto TCP/IP y UDP/IP pueden ser utilizados como capa de transporte.

Las tramas de la capa de enlace, están incorporadas en los paquetes TCP/IP. Este

enfoque ha permitido a DNP3 aprovechar la tecnología de Internet, además la

captura económica de datos y el amplio control entre dispositivos remotos. DNP3

sobre LAN / WAN tiene los mismos mensajes y el mismo formato que las tramas

DNP3, hecho que se demostrará más adelante en las pruebas del protocolo.




2009

22

2.2.3 DNP3 en los sistemas SCADA.

DNP3 desempeña un papel importante en los sistemas SCADA. Se utiliza de manera

general para las comunicaciones entre un equipo principal y las RTU’s o IED’s

(Figura 2.3).

Figura 2. 3 DNP3 en los sistemas SCADA.

2.2.4 Arquitectura DNP3.

La Figura 2.3 muestra las diferentes arquitecturas de sistema comúnmente utilizadas

hoy en día.

La Figura 2.3 (a) muestra un simple sistema punto a punto que cuenta con un

maestro y una estación remota. La conexión física entre los dos es usualmente una

línea dedicada o una línea telefónica dial up.

La Figura 2.3 (b) se conoce como diseño multi-drop. Un maestro se comunica con la

estación remota de múltiples dispositivos. Las comunicaciones son típicamente entre

el maestro y la estación remota una a la vez. El maestro pide los datos a la primera

estación remota, y luego se interroga a la siguiente estación para obtener datos, y

continuamente interroga a las estaciones remotas una a una, haciendo un barrido

ordenado (preseteado). El medio de comunicación puede ser una línea dial up multi-

dropped, cable de fibra óptica o radioeléctrico. Cada una de las estaciones remotas

puede escuchar los mensajes del maestro y sólo pueden responder a los mensajes

dirigidos a sí mismo. En algunos sistemas multi-drop, las comunicaciones son

punto a punto. Una estación puede operar como maestro para recolectar/reenviar la

información o comandos desde/hacia una estación remota cualquiera.

La Figura 2.3 (c) muestra un sistema jerárquico, donde el dispositivo central es una

estación remota respecto al maestro de la izquierda y es un maestro con respecto a la

Centro de Control de Estación Maestra SCADA Enlaces

Comunes

Subestación Remota

Dispositivos

Electrónicos Inteligentes

HMI/SCADA

Master

Puntos de

Control

Externo

1200 bps +

(debajo de 300 bps en la instalación

actual)

Radio

Microonda

Spread Spectrum

Par trenzado

Fibra óptica

Dial up

Línea dedicada

Unidad Terminal

Remota (RTU)

Actuador

Acumulador

Controlador Lógico Programable

(PLC)




2009

23

estación remota de la derecha. Este dispositivo generalmente se denomina sub-

maestro.

En las Figuras 2.4 (d, e), en ambas líneas se muestran las aplicaciones del

concentrador de datos y conversores de protocolo. Un dispositivo puede recopilar

datos de múltiples estaciones remotas en la parte derecha de la figura y almacenar

estos datos en su base de datos donde puede recuperarse por una estación maestra en

el lado izquierdo de la figura.

Figura 2. 4 Arquitecturas DNP3.

2.3 ESPECIFICACIONES DEL PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN DNP.

2.3.1 Características del protocolo DNP 3.0

Pueden existir más de 65000 dispositivos con direcciones diferentes en un

mismo enlace, debido a que usa dos bytes de direccionamiento.

Permite mensajes en “Broadcast” (difusión).

Confirmaciones al nivel de la capa de enlace y/o capa de aplicación

garantizando así alta integridad en la información.

Solicitudes y respuestas con múltiples tipos de datos en un solo mensaje, y

permite objetos definidos por el usuario incluyendo la transferencia de

archivos.

Segmentación de los mensajes en múltiples tramas para garantizar una

excelente detección de errores y recuperación de tramas con errores.

DNP3

Master

DNP3

Master

DNP3

Master

DNP3

Master

DNP3

Outstation

DNP3

OutstationDNP3

Outstation

DNP3

Outstation

DNP3

OutstationMaster

Master

Master

DNP3

Outstation

DNP3

OutstationOutstation

Outstation

Outstation

XYZ

OutstationXYZ

Outstation

XYZ

XYZ DNP3XYZ

Master

DNP3

DNP3

Uno a Uno

Multi-drop

Jerarquía

Concentrador

de datos

Concentrador

de datos

(b)

(a)

(c)

(d)

(e)




2009

24

Puede incluir solo datos que hayan cambiado en el mensaje de respuesta

(Reporte por excepción).

Asigna prioridades a un grupo de datos (clases), y los solicita periódicamente

basándose en las mismas.

Los dispositivos esclavos pueden enviar respuestas sin solicitud (Respuestas

no Solicitadas).

Soporta sincronización temporal con un formato de tiempo estándar.

(DNP n.d.)

La Tabla 2.1 muestra la comparación del protocolo DNP con otros protocolos de

comunicación. (Emb 2008)

PROTOCOLOS

CARACTERÍSTICAS DNP Modbus RTU IEC 60870-5-101

Modelo OSI de 3 capas x

Usuarios >500 1000 100

Diseñado para ambientes empresariales x

Grupo de usuarios y comité técnico x x

Control de revisión en documentación

final

x

Documentación definida de test del

protocolo

x x

Programas independientes de

verificación del protocolo

x x

Migración a arquitecturas avanzadas x

Sincronización de tiempo y estampa de

tiempo

x

Maestros múltiples y operación igual a

igual (peer-to-peer)

Limitados x x

Esclavos no solicitados que no necesitan

ser encuestados

x x

Segmentación de mensajes x x

Transferencia de archivos seguro x

Mensajes generales (difusión) x

Objetos de datos definidos por usuario x x

Tabla 2. 1 Diferencias entre DNP y otros protocolos.NP

2.3.2 Respuestas no solicitadas.

Este es un modo de funcionamiento que transmite una respuesta desde un esclavo de

forma espontánea sin haber recibido una petición específica de los datos. No todas

las estaciones tienen esta capacidad. Este modo es útil cuando el sistema tiene

muchos esclavos y el maestro requiere la notificación tan pronto como sea posible

después que se produce un cambio, mientras que haciendo un polling la respuesta

tarda más en ser enviada. Por lo general se usa esta característica para que los




2009

25

dispositivos esclavos reporten los eventos ya sean las alarmas, secuencia de eventos

y/o cambios en las mediciones sin necesidad de preguntar por ellos.

El criterio para que un dispositivo esclavo reporte respuestas no solicitadas se basa

en dos parámetros, configurables en todo dispositivo que se comunique mediante

DNP 3.0 y que soporte esta propiedad:

•Hold count: este parámetro configura un número determinado de eventos o

cambios que tienen que ocurrir para que el dispositivo tome la decisión de

enviar una respuesta no solicitada reportando dichos eventos.

•Hold time: este parámetro configura el tiempo máximo que debe pasar hasta

que el dispositivo envíe una respuesta no solicitada. Con este parámetro se

evita el caso en que ocurran eventos en el dispositivo, pero que no superen en

número al Hold count, entonces el dispositivo espera el Hold time para enviar

los eventos que tiene almacenado.

2.3.3 Bases de datos de estaciones maestras y remotas.

La Figura 2.5 muestra la relación entre la estación maestra y una estación remota y

da una visión sencilla de las bases de datos y software de los procesos involucrados.

Figura 2. 5 Relación entre maestro y esclavo.

Una serie de bloques en la parte superior de la estación remota representan los datos

almacenados en su base de datos y en los dispositivos de salida. Los diversos tipos

de datos son conceptualmente organizados como matrices. Un conjunto de valores

binarios de entrada representa los estados físicos o estados lógicos booleanos de los




2009

26

dispositivos. Las entradas analógicas representan las cantidades de entrada que la

estación remota ha medido o calculado. Un arreglo de contadores representa los

valores contabilizados. Las salidas de control representan; el encendido o apagado

físico o lógico, es decir una apertura o cierre.

Los bloques de datos se etiquetan de 0 a N - 1, donde N es el número de bloques para

el respectivo tipo de datos. En terminología DNP3, los números de bloques se

llaman puntos índices.

La unidad maestra también tiene una base de datos similar a la remota. El maestro

utiliza los valores en su base de datos para visualizar los estados del sistema, el

control de circuito cerrado, alarma de notificación, facturación y más.

Uno de los objetivos del maestro es mantener su base de datos actualizada. Se

realiza mediante el envío de una petición a una estación remota solicitando que

devuelva el valor de la base de datos de la estación remota, proceso denominado

selección (polling). La estación remota responde a la petición del maestro para la

transmisión del contenido de su base de datos. Las flechas de la parte inferior de la

figura 2.4 muestran la dirección de las peticiones (hacia la estación remota) y la

dirección de las respuestas (hacia el maestro).

2.3.4 Capas del protocolo DNP3.

Los enlaces de comunicación entre los dispositivos a menudo no son adecuados, son

susceptibles a ruido y la distorsión de la señal. El software DNP3 es capaz de

proporcionar datos fiables en la transmisión. La Figura 2.6 muestra las capas DNP3.

Figura 2. 6 Capas DNP3.

0 0 0

1 1 1

2 2 2

3 3 3

4 4

5

6

7

8

CÓDIGO DE USUARIO DNP3

ENTRADAS

BINARIAS

ANÁLOGO

CONTADORES

MAESTRO

0 0 0 0 0

1 1 1 1 1

2 2 2 2 2

3 3 3 3 3

4 4 4 4

5 5

6 6

7

8

ENTRADAS

BINARIAS

ANÁLOGO

CONTADORES

SALIDAS DE

CONTROL

SALIDAS

ANALÓGICAS

ESTACIÓN

REMOTA

MEDIO FISICO

PETICIONES

RESPUESTAS

CAPA DE APLICACIÓN

CAPA DE PSEUDO TRANSPORTE

CAPA DE ENLACE

CÓDIGO DE USUARIO DNP3

CAPA DE APLICACIÓN

CAPA DE PSEUDO TRANSPORTE

CAPA DE ENLACE




2009

27

2.3.4.1 Capa Física.

La capa física se refiere principalmente a los medios físicos sobre los cuales se está

comunicando el protocolo. Por ejemplo, maneja el estado del medio (libre u

ocupado), y la sincronización a través del medio (inicio y parada). Comúnmente,

DNP se especifica sobre una capa física serial simple tal como RS-232 o RS-485

usando medios físicos tales como fibra, radio-eléctrico o satélite.

La capa física sirve para el enlace de datos como bits seriales asíncronos, además

soporta datos de 8 bits, 1 bit de inicio, 1 bit de parada, bits de no paridad, niveles de

voltaje y señales de control. El modem usado para la comunicación utilizando PSTN

(Public Switched Telephone Network) o líneas privadas conforman la definición

DCE (Equipo de Comunicación de Datos) para el estándar V.24.

La capa física debería proveer cinco servicios básicos:

Enviar.

Recibir.

Conectar (cuando se usa la comunicación para PSTN).

Desconectar (cuando se usa la comunicación para PSTN).

Estado (por ejemplo indicación de disponibilidad de medios).

2.3.4.2 Capa de Enlace de Datos.

La capa de enlace de datos DNP 3.0 está diseñada para una operación orientada a

conexión y conexiones síncronas o asíncronas de bits seriales de la capa física (como

RS232, RS-485 y transceptores de fibra óptica).

Para ello proporciona detección de errores y detección de duplicación de tramas. La

duplicación de tramas puede presentarse cuando el tiempo de espera por una

confirmación tanto en el maestro como en el esclavo sobrepasa el límite establecido.

La capa de enlace envía y recibe paquetes, que en terminología DNP3 se llaman

tramas. A veces es necesaria la transmisión de más de una trama para transportar

toda la información de un dispositivo a otro.

2.3.4.3 Capa de Pseudo Transporte.

Esta pseudo capa tiene la misión de dividir la longitud de los mensajes de la capa de

aplicación en pequeños paquetes para transmitirlos por la capa de enlace, y cuando

los recibe, reensambla las tramas dentro de los mensajes en la capa de aplicación.

En DNP3 la capa de transporte se ha incorporado a la capa de aplicación. La capa de

transporte requiere de un único octeto general para realizar su tarea. Por lo tanto,




2009

28

desde la capa de enlace se pueden manejar sólo 250 octetos de datos, y uno de esos

se utiliza para la función de transporte, cada trama de la capa de enlace puede

almacenar hasta 249 octetos de la capa de aplicación.

2.3.4.4 Capa de aplicación.

La capa de aplicación realiza operaciones de funcionamiento como: recuperación de

valores actuales (funciones de lectura), asignación de nuevos valores (funciones de

escritura) si los objetos representan puntos de control, provisión y energización de

los puntos de salida (selección, operación o funciones de operación directa) si se

usan contadores, valores actuales almacenados (funciones almacenadas) y encerado

de los contadores.

Todos los objetos de datos son asignados como clases. El protocolo DNP define 4

clases: clase 0 para datos fijos, clase 1 para eventos producidos por cambio de datos,

clase 2 para datos almacenados y clase 3 para eventos producidos por operaciones

guardadas. Solo el dato fijo está siempre disponible y puede ser solicitado usando la

función de lectura. La capa de usuario puede solicitar a la capa de aplicación por el

reporte de eventos clase 1, 2 o 3 o cualquier combinación de ellos.

Los mensajes de la capa de aplicación se dividen en fragmentos, el tamaño del

fragmento máximo está determinado por el tamaño del buffer del dispositivo

receptor. El rango normal es 2048 a 4096 bytes. Un mensaje que es más grande que

un fragmento requiere de múltiples fragmentos. Fragmentar los mensajes es una

función de la capa de aplicación.

En la figura 2.7 se puede ver una comparación entre las arquitecturas del protocolo

OSI y DNP3 indicando la posible correspondencia en términos de funcionalidad

entre ambas.




2009

29

Figura 2. 7 Comparación entre las arquitecturas de protocolos DNP3 y OSI.

2.3.5 Implementación protocolo DNP 3.0 para el PCD de ABB.

A través de la interface del panel frontal PCD se pueden cambiar varios parámetros

de operación. Los parámetros que directa o indirectamente configuran la operación

de DNP 3.0 se listan en la Tabla 2.2. Los parámetros se almacenan en una memoria

no volátil es decir se mantienen cuando el PCD está apagado. (Perfil DNP 3.0 de los

equipos reconectadores PCD2000 de ABB 2006)




2009

30

ETIQUETA DESCRIPCIÓN RANGO UNIDADES POR DEFECTO

Dirección de

unidad

Dirección de Red 0-65535(decimal) 0-FFFF(hex)

Dirección

1

Baudios RP Tasa serial de Baudios 300,1200,2400,4800,

9600,19200

Baud

9600

Tramas RP Paridad, Bits de Datos, Bits de

Parada

N,8,1 E,8,1 O,8,1 N,8,2

E,7,1 O,7,1 N,7,2

Paridad,bits,bits N,8,1

Protocolo RP Selección de Protocolo ASCII (Modbus) RTU (Modbus),DNP3.0

ASCII

Parámetro 1

Retardo entre caracteres

1-255

10 milisegundos

50(500 milisegundos),

0 deshabilitado no se

usa

Parámetro 2 Tiempo de confirmación de enlace de datos

1-255 100 milisegundos

30 (3 segundos), 0 (100 milisegundos)

Parámetro 3 Recuperación de enlace de

datos

0-255 Recuperaciones

2

Parámetro 4 Retardo de transmisión 0-255 Milisegundos 0

Parámetro 5 Grupo de máscara de búsqueda clase 0

0-255 (grupos de búsqueda 0-7)

Máscara de bit 255 todos los grupos habilitados

Parámetro 6 Grupo de máscara de

búsqueda clase 0

0-255 (grupos de

búsqueda 8-15)

Máscara de bit 255 todos los grupos

habilitados

Parámetro 7 Grupo de máscara de

búsqueda clase 0

0-255 (grupos de

búsqueda 16-23)

Máscara de bit 255 todos los grupos

habilitados

Parámetro 8 Grupo de mascara de búsqueda clase 0

0-255 (grupos de búsqueda 24-31)

Máscara de bit 255 todos los grupos habilitados

Parámetro 9 Tamaño de fragmento de la

capa de aplicación

1-8

Tramas

8 (2048 bytes)

0 (1 trama)

Mayor a 8 (8 tramas)

Parámetro 10 Tiempo de confirmación de la capa de aplicación

1-255 Segundos 5 0 1 seg

Parámetro 11 Retardo de notificación de

respuestas no solicitadas

0-255 Segundos 15

Parámetro 12 Dirección de destino 0-255 Dirección 3

Parámetro 13 Número mínimo de eventos

clase 1 para respuestas no solicitadas

0-255

Eventos

10

Parámetro 14 Número mínimo de eventos

clase 2 para respuestas no

solicitadas

0-255

Eventos

25

Parámetro 15 Número mínimo de eventos clase 3 para respuestas no

solicitadas

0-255

Eventos

50

Parámetro 16 Intervalo de tiempo de

escritura

0-255 (0= nunca) Minutos

30

Parámetro 17 Confirmación de enlace de datos

0 (nunca) 1 (solo multitrama)

2 (siempre)

0 (nunca) Mayor a 2 (siempre)

Parámetro 18 Intervalo no solicitado fuera

de línea

1-255 Minutos 15

Parámetro 19 Respaldo

Parámetro 20 Respaldo

Parámetro 21 Variación por defecto para objetos 2

1 o 2 2

Parámetro 22 Variación por defecto para

objetos 30

1-4 2

Parámetro 23 Variación por defecto para

objetos 32

1-4 2

Parámetro 24 Característica automática de protocolo

Deshabilitado habilitado

Deshabilitado

Parámetro 25 Reintentos máximos no

solicitados

0-255

3

[255-indefinido]

Tabla 2. 2 Parámetros de configuración del DNP 3.0.

2.3.5.1 Formato de tramas.

La estructura completa de las tramas DNP (Tabla 2.3), contiene la descripción de los

bytes de cada trama en cada una de las capas.




2009

31

Tabla 2. 3 Estructura de formato de tramas DNP.

Una trama DNP3 (Figura 2.8) consta de una cabecera y de una sección de datos. La

cabecera especifica el tamaño de la trama, contiene información de control de enlace

de datos e identifica la dirección de la fuente y el destino del dispositivo. La sección

de datos comúnmente se llama de carga útil y contiene los datos transmitidos a partir

de las capas superiores.

Byte

Descripción

Petición Respuesta

Formato de

trama de la

Capa de

Enlace

0 Caracter de inicio Caracter de inicio

1 Caracter de inicio Caracter de inicio

2 Longitud del campo Longitud del campo

3 Byte de control Byte de control

4 Dirección destino Dirección destino

5 Dirección destino Dirección destino

6 Dirección fuente Dirección fuente

7 Dirección fuente Dirección fuente

8 CRC CRC

9 CRC CRC

Formato de

trama de la

Capa de

Transporte

10

Cabecera de transporte de

campo

Cabecera de transporte de

campo

Formato de

trama de la

Capa de

Aplicación

11

Cabecera de

solicitud de

aplicación

Control de

aplicación de

campo

Cabecera de

respuesta de

aplicación

Control de

aplicación de

campo

12 Código de

función de

aplicación

Código de

función de

aplicación

13 Object data Indicación

interna

14 Object data Indicación

interna

15 Object data Object data











26 CRC CRC

27 CRC CRC







2009

32

Figura 2. 8 Trama DNP3.

La cabecera contiene: dos octetos de sincronización que ayudan al receptor a

determinar cuando comienza la trama, la longitud especifica el número de octetos en

el resto de la trama, sin incluir los octetos de verificación CRC. El octeto de control

de enlace se utiliza para el envío y recepción de capas de enlace para coordinar sus

actividades.

El formato de tramas de la capa de enlace de datos que se envía a través de la capa

física se muestra en la Figura 2.9, y en la Tabla 2.4 se explica los campos de la

trama.

Figura 2. 9 Formato de tramas de la capa de enlace de datos.




2009

33

CAMPO SUBCAMPO DESCRIPCIÓN

INICIO 2 octetos de arranque de la cabecera (header).

LONGITUD

1 octeto contador de datos de usuario en la

cabecera y cuerpo. Esto incluye los campos de

control, destino y fuente en la cabecera. Los

campos CRC no están incluidos en el contador.

El mínimo valor de longitud es 5, lo cual indica

que solo la cabecera está presente, y el máximo

valor es 255.

CONTROL

DIRECCIÓN

(DIR)

El campo de control contiene la dirección de la

trama, el tipo de trama y la información de

control de flujo.

El bit de dirección indica la dirección física de

la trama con relación a la estación maestra

designada. El valor 1 indica una trama desde la

estación maestra designada; valor 0 indica una

trama desde otra que no sea la estación maestra.

BIT PRIMARIO

(PRM)

Indica la dirección de la trama con relación a la

estación inicial. Valor 1 indica la trama desde

la estación inicial, valor 0 indica una trama

desde la estación que responde.

BIT CONTADOR

DE TRAMA

(FCB)

Es usado para suprimir las pérdidas y

duplicación de las tramas en la estación

secundaria.

BIT DE

VALIDACIÓN

DEL

CONTADOR

(FCV)

Habilita el bit FCB. El valor 1 significa que el

FCB es válido y debe ser chequeado

nuevamente su estado. El estado del bit FCB de

la última trama enviada con el bit FCV activo.

El valor 0 indica que el estado del FCB debería

ser ignorado.

BIT RES Restringido siempre a 0.

BIT DE

CONTROL DE

FLUJO DE DATO

(DFC)

Es usado para prevenir el sobreflujo de los

buffers en la estación secundaria. La estación

secundaria retorna estos bits puestos en 1, si el

siguiente envío de los datos de usuario a esta

estación secundaria causa sobreflujo de los

buffers de enlace de datos.

CÓDIGO DE

FUNCIÓN

El código de función indica los tipos de trama.

DESTINO 2 octetos para dirección destino. El primer

octeto es el LSB y el segundo octeto es el MSB.

FUENTE 2 octetos para dirección fuente. El primer

octeto es el LSB y el segundo octeto es el MSB.

CRC 2 octetos para chequear la redundancia cíclica.

DATOS DE

USUARIO

Cada bloque a continuación de la cabecera tiene

16 octetos de datos definidos por el usuario,

excepto el último bloque que contiene de 1 a 16

octetos según la necesidad.

Tabla 2. 4 Detalle de los campos de las tramas de enlace de datos.




2009

34

2.3.5.2 Direccionamiento.

La dirección de destino define el dispositivo DNP3 que debe procesar los datos, y la

dirección de la fuente que identifica que dispositivo envía el mensaje. Cada

dispositivo DNP3 debe tener una dirección única dentro del sistema.

2.3.5.3 Verificación CRC.

Los datos de carga útil en las tramas de enlace contienen un par de octetos de datos

CRC cada 16 octetos. Esto proporciona un alto grado de fiabilidad en la detección

de errores en la comunicación. El número máximo de octetos de los datos de carga

útil es de 250, sin incluir los octetos CRC (la longitud máxima de la trama de la capa

de enlace es 292 octetos si todos los CRC y los octetos de cabecera se cuentan).

2.3.5.4 Datos estáticos y eventos.

La capa de aplicación trabaja conjuntamente con las capas de transporte y enlace

para que las comunicaciones sean fiables.

En DNP3, el término estático se utiliza con los datos y se refiere al valor actual. Así

la entrada binaria de datos se refiere al estado actual encendido o apagado de un

dispositivo bi-estado. Los datos de entrada analógicos contienen el valor de una

entrada analógica en el instante de su transmisión. Una posibilidad que permite

DNP3 es solicitar todos o algunos de los datos estáticos en un dispositivo remoto.

Los eventos DNP3 están relacionados con acontecimientos importantes que suceden.

Ejemplos de ello son cambios de estado, valores que exceden algún umbral,

variaciones de datos instantáneos, datos transitorios y los nuevos datos de

información disponible.

2.4 PRUEBAS FUNCIONALES DEL PROTOCOLO DNP 3.0.

Las pruebas realizadas se basan en la manipulación, uso y control de las unidades

PCD en forma remota utilizando el protocolo DNP 3.0 a través del software

ASE2000, mediante el monitoreo serial y sobre una red LAN.

Las pruebas se enfocan en el establecimiento y configuración de un sistema de

telemetría controlado por la RTU ELITEL-4000.

ASE2000 (Applied Systems Engineering) es un paquete de software/hardware que

permite hacer pruebas, de monitoreo y comunicaciones de redes en un ambiente de

adquisición de datos, entre una estación primaria (Master) y una estación secundaria




2009

35

(Slave). (ASE2000 Communication Test Set Software and Protocol License

Agreement 2007)

2.4.1 Modo Monitor RS232.

En la figura 2.10 se muestra un diagrama de la conexión del modo monitor, en esta

prueba de laboratorio se intercambian datos entre la estación principal RTU (Master)

y la estación secundaria (Slave; IED control PCD del reconectador) por medio de sus

puertos seriales RS485. La PC que realiza el monitoreo se conecta en paralelo vía

puerto RS232 con las líneas de comunicación entre los equipos que realizan la

transmisión de datos.

Figura 2. 10 Diagrama de conexiones modo monitor.

Una vez realizada esta conexión se debe configurar el software ASE2000 en modo de

monitoreo. Además es necesario configurar las direcciones tanto de la estación

maestra como del esclavo, en este caso son direcciones 255 y 001 respectivamente.

En la figura 2.11 se muestra los resultados obtenidos de esta prueba. La RTU ha

hecho una solicitud de entradas analógicas, y la respuesta del reconectador se pueden

ver en la ventana del software.

De esta manera se ha comprobado el funcionamiento del PCD como esclavo y la

correcta operación de la RTU (Master) en el proceso de intercambio de datos con

este IED usando el protocolo DNP3.0 serial en la comunicación.




2009

36

Figura 2. 11 Pantalla de resultados de la prueba modo monitor en el software ASE2000.

2.4.2 DNP3.0 sobre TCP/IP.

Esta prueba es indispensable ya que tecnologías como GPRS (General Packet Radio

Service) cuentan con una red TCP/IP, es decir los reconectadores necesitan

direcciones IP (Internet Protocol); para esto se debe comprobar el funcionamiento de

estos equipos sobre el protocolo DNP3.0 LAN/WAN.

La Centrosur proporcionó el equipo LANTRONIX UDS 1100 que es el dispositivo

conversor de interfaz RS232/RS485/Ethernet necesario para realizar esta prueba.

Configuración del conversor Serial/Ethernet.

La configuración de este dispositivo se la realiza a través de un administrador Web,

ésta se almacena en la memoria no volátil de la PC. Se puede cambiar la

configuración en cualquier momento, la unidad realiza un restablecimiento después

de los cambios y guarda la misma. Esta aplicación permite configurar un equipo de

forma remota accediendo a su puerto de consola a través del convertidor

LANTRONIX, quien actúa de nexo entre la comunicación serial hacia el equipo

remoto y la conexión Ethernet del computador que emulará un terminal de datos para

permitir la configuración.




2009

37

- Para configurar la dirección IP del dispositivo se interconecta el

equipo LANTRONIX con la tarjeta de red LAN de la PC, mediante

un cable cruzado.

- Se inserta el CD que viene con el equipo, de esta manera se levantará

el AutoRun.

- Para ver el administrador Web UDS1100 se debe hacer click en el

botón Go de la ventana de instalación del dispositivo o accediendo

desde el navegador web.

- Se debe ingresar la dirección IP que se asignará a este dispositivo.

Para la configuración de este dispositivo se asignó la dirección IP:

192.168.00.11. Esta dirección deberá ser la misma que se configure

en el software ASE2000 como host, también el software deberá tener

una dirección IP que será el destino de los datos enviados por el PCD,

esta dirección deberá ser configurada también en el conversor UDS

1100 como host.

(LANTRONIX, UDS1100 User Guide 2007)

El diagrama de conexión en modo maestro de forma directa se muestra en la Figura

2.12, en medio de la comunicación entre el maestro y esclavo (PCD) se ha colocado

el conversor de interfaz, el cual conecta el PCD a través del puerto serial RS485 de

un extremo, mientras que del otro lado a través del puerto RJ45 (10/100) Ethernet a

la PC3, donde el software instalado ASE2000 actúa en modo maestro.

Figura 2. 12 Diagrama de conexiones modo maestro directo.

En el conector DB25 RS-485 hembra del conversor, se utilizan los pines 7, 14 y 15

para la comunicación (Figura 2.13). El puerto serial está calibrado por defecto en

9600 baud, 8 bits, sin paridad y 1 bit de parada.

3 Debido a que la RTU ELITEL 4000 no funciona con redes IP, para estas pruebas se utilizará el

software ASE2000 instalado en una PC.




2009

38

Figura 2. 13 Interface DB25 hembra RS485.

Antes de realizar la solicitud de datos por parte de la estación maestra cabe indicar

que el PCD está configurado con el protocolo DNP3.0 serial, mientras que en el

software ASE2000 se configurará con el protocolo DNP3.0 LAN/WAN.

La segunda opción para esta prueba (Figura 2.14) es la conexión de los equipos a

través de la red LAN de la Centrosur, ya que de esta forma se realiza una simulación

real del funcionamiento dentro de una red TCP/IP. La configuración tanto del

software ASE2000 como la del dispositivo UDS, son exactamente iguales a la prueba

anterior, las conexiones físicas del PCD a través del conversor de interface se

efectuaron hasta un puerto de red LAN ubicado en el laboratorio de protecciones de

la Centrosur, mientras que la conexión de la PC que actúa como maestro se lo hizo

en primera instancia con un puerto dentro del mismo laboratorio, luego para

confirmar los resultados se optó por conectar la PC en un puerto ubicado en un

escenario distinto al primero.

Figura 2. 14 Diagrama de conexiones modo maestro a través de la red LAN.

En la figura 2.15 se muestra los resultados de las pruebas que se realizaron mediante

el software ASE2000, en donde el maestro hace una petición de restablecimiento de

enlace, a lo que el PCD responde mediante un reconocimiento de enlace de datos,

comprobando así que el protocolo DNP3.0 serial puede comunicarse sobre una red

TCP/IP con solo disponer de un dispositivo entre la red y el PCD.




2009

39

Figura 2. 15 Pantalla de resultados de la prueba sobre la red LAN de la Centrosur.




2009

40

CAPÍTULO 3

ESTUDIO DE LA RED WAN DE LA CENTROSUR.

3.1 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE COMUNICACIÓN.

Las redes de comunicación son un conjunto de recursos, públicos y/o privados que se

interconectan entre sí para satisfacer las necesidades de sus usuarios.

En función de la propiedad de los recursos de la red, se distinguen entre redes

públicas y redes privadas. Las redes públicas son aquellas que pertenecen a un

operador público de telecomunicaciones. Mientras que las redes privadas dan

servicio a determinadas empresas siendo éstas las que soportan los costos de

implementación y mantenimiento de la red.

Además, hay una tercera posibilidad la cuál es construir una red privada alquilando

los recursos públicos de un operador, la cuál es conocida como una red privada

virtual (VPN).

En el ámbito de la cobertura que abarquen, se distinguen redes de área local LAN

(Local Area Network), redes de área metropolitana MAN (Metropolitan Area

Network) o redes de área extensa WAN (Wide Area Network).

3.1.1 Redes LAN.

Una Red de Área Local (LAN), se puede definir como una red de comunicaciones de

datos que abarca un área físicamente limitada (generalmente menor que 2 o 3 Km.),

provee comunicación con gran ancho de banda en un medio económico

(generalmente cable coaxial o par trenzado), da una capacidad de conmutación con

una velocidad binaria alta y una tasa de errores reducida.

Las redes LAN poseen las siguientes características principales:

Interconexión de dispositivos

Velocidades de transmisión elevadas (1 Mbits hasta 10 Gbits )

Infraestructura de red privada

Fácil instalación y flexibilidad en la ubicación de equipos y terminales

Para una red LAN existen diversas configuraciones como:

LAN conmutadas.- las redes más populares de este tipo son las redes LAN

Ethernet, las cuales constan de un único conmutador, o alternativamente

implementadas mediante un conjunto de conmutadores interconectados entre

sí. Otro ejemplo son las redes LAN ATM (Asynchronous Transfer Mode),




2009

41

las cuales utilizan la tecnología de red ATM en un entorno local. Finalmente

están las redes LAN con canal de fibra (Fiber Channel).

El concepto básico de una LAN alámbrica es el área geográfica en la cual se

distribuye el cableado, al analizar de esta manera debemos considerar las

limitaciones del cable, las repetidoras y la tarjeta de interfaz con la red; ya

que una red LAN básica debe satisfacer estas especificaciones físicas. La red

LAN alámbrica incluye elementos de interconexión como bridges, routers y

gateways, llamados también dispositivos intermedios, que permiten conectar

la red formando una entidad integrada.

- Routers (enrutadores) y bridges (puentes): son equipos especiales

que permiten conectar dos o más redes. El bridge es el equipo más

elemental y sólo permite conectar varias redes de un mismo tipo. El

router es un elemento más inteligente y posibilita la interconexión de

diferentes tipos de redes de ordenadores.

LAN inalámbricas.- Este tipo de redes son muy habituales, principalmente en

entornos de oficinas, ya que éstas proporcionan ventajas evidentes en

términos de movilidad, facilidad de instalación y configuración.

(PAREDES y MARTÍNEZ 2008)

3.1.1.1 Estándares LAN.

Aunque tienen características propias en la capa física, es la subcapa MAC (Control

de Acceso al Medio) la que diferencia los tipos de redes LAN existentes,

encontrándose sistemas cuyo acceso al medio se basa en colisiones, otros se basan en

reserva mediante el paso de un testigo. Los estándares desarrollados son

responsabilidad del organismo de normalización IEEE, creándose de esta manera las

normas IEEE 802, dentro de las cuales se destacan:

802.1.- Arquitectura general LAN y capas superiores.

802.2.- LLC.

802.3.- LAN Ethernet.

802.4.- LAN en bus con paso de testigo (Token Bus).

802.5.- LAN en anillo con paso de testigo (Token Ring).

802.6.- MAN DQDB.

802.11.- LAN Inalámbricas.

802.14.- LAN de cable, cable modem.

3.1.1.2 Ethernet.

Es una familia de estándares IEEE 802.3, que en su red local presenta una topología

lógica y topología física en bus. Estas redes locales tienen alta difusión en el ámbito

comercial, científico y educativo.




2009

42

IEEE 802.3, es la norma básica que opera a 10 Mbps. Para el acceso se utiliza la

técnica de acceso al medio denominada Carrier Sense Multiple Access/Collision

Detection (CSMA/CD).

Para la transmisión de datos el nodo comprueba si el canal esta libre. De ser positiva

la respuesta se iniciará la comunicación entre nodos siempre verificando el estado del

canal, en caso de existir una colisión se enviará una señal de prueba (JAM) cuya

función es la de informar al resto de nodos de la red que existió una colisión en el

canal, luego de esto, los nodos correrán el algoritmo de BACKOFF que genera

tiempos aleatorios y al término de estos, el nodo podrá transmitir, reduciendo de esta

manera la probabilidad de colisiones. (Kioskea s.f.)

Una evolución de Ethernet se la denomina Fast Ehernet que opera a una

velocidad de 100 Mbps, su topología es la misma (bus) y usa el mismo

formato de trama, garantizando de esta manera compatibilidad entre las dos

tecnologías. La tarjeta de comunicación llamada NIC es de tipo dual (10/100

Mbps).

El hub o concentrador es el elemento básico de la red Ethernet. Su

funcionamiento se basa en el ingreso de una señal por el puerto y que se

propaga al resto de puertos (Figura 3.1).

PC-PT

PC0

PC-PT

PC1

PC-PT

PC2

Hub-PT

Hub0

Figura 3. 1 Conexión Host-Hub Ethernet.

Existen hubs que soportan funciones de control y supervisión, como división

de la red en segmentos o capacidad de gestión remota.

Gigabit Ethernet 802.3z, posee una velocidad de transmisión de 1 Gbps, los

medios de comunicación empleados por esta tecnología son cable coaxial y

fibra óptica, puede operar en half duplex y full duplex.

Este tipo de redes se aplican a conexiones que demandan gran ancho de banda

y exige de la red prestaciones elevadas. Figura 3.2.




2009

43

SWITCH MULTICAPA

1 Gbps

HOST A HOST B

Figura 3. 2 Conexión Host-Hub Ethernet.

10 Gigabit Ethernet 802.3ae, es la última versión de Ethernet, la cual es una

alternativa para reducir los costos de ancho de banda. La conmutación es

mucho más rápida ya que emplea conmutadores mucho más rápidos que los

routers. Este tipo de redes se aplican en redes MAN y WAN en un Backbone

de fibra óptica (Figura 3.3).

BUSSINESS 1 BUSSINESS 2

Switch Multicapa 2 Switch Multicapa 3 Switch Multicapa 4 Switch Multicapa 5

Switch Multicapa 1 Switch Multicapa 6

Fibra

Monomodo

Fibra Multimodo Fibra MultimodoHasta 40 Km

Figura 3. 3 Backbone de Gigabit Ethernet.

3.1.2 Redes WAN.

Las redes WAN (Wide Area Network) son redes de área extendida o de largo

alcance. Una red WAN es la conexión de dos o más redes LAN que están

interconectadas a través de bridges, routers y switches, pueden clasificarse en dos

grandes grupos:

1. Redes de conmutación de circuitos.- este tipo de red garantiza que una vez

establecida la comunicación entres dos computadoras su capacidad no disminuirá




2009

44

debido a actividades adicionales de otros dispositivos de la red. Necesita el

establecimiento de la comunicación, la transmisión de datos y la finalización de

la comunicación. Su desventaja es el elevado costo de implementación e

independientemente de que se transmita o no, el costo siempre será el mismo.

2. Redes de conmutación de paquetes.- en este tipo de red los recursos serán

compartidos por varios usuarios. Los datos de diferentes usuarios se agrupan en

paquetes y son transmitidos a través de la red, estos usuarios pagarán solamente

por el número de paquetes que envíen a través de la red. La desventaja de este

tipo de redes es la congestión que se produce al transmitir los datos de varios

usuarios, debido a que el enlace entre usuarios no es dedicado existe un retardo

en la transmisión, de acuerdo a las condiciones de la red. La conmutación de

paquetes es óptima para la transmisión de datos a ráfagas (burst) y su costo

dependerá del uso que se le dé a la red. (Textos Cientificos s.f.)

3.1.2.1 Topología de Redes WAN.

Los tipos de redes WAN existentes son:

a) Punto a Punto

Esta topología cada nodo se conecta a otro a través de circuitos dedicados.

Dichos canales están siempre disponibles para la comunicación entre los dos

puntos. Esta configuración es solo funcional para pequeñas WANs ya que

todos los nodos deben participar en el tráfico, es decir que si aumenta la

cantidad de nodos aumenta la cantidad de tráfico y esto con el consiguiente

encarecimiento de la red.

b) Anillo

En la topología de anillo (Figura 3.4) cada nodo es conectado a otros dos más

formando un patrón de anillo. Esta topología tiene dos ventajas: por un lado

si existe algún problema en las conexiones en un cable, la información le

sigue llegando al nodo usando otro recorrido y si algún nodo está muy

ocupado el tráfico se puede derivar hacia otros nodos. Extender este tipo de

redes es más caro que extender una red punto-a-punto ya que se necesita al

menos un enlace más.

Figura 3. 4 Topología en anillo.




2009

45

c) Estrella

En esta configuración un nodo actúa como punto central de conexión para

todos los demás, permitiendo así que en caso de que exista un fallo en alguno

de los cables los demás nodos no pierdan conexión con el nodo central

(Figura 3.5). La principal desventaja de esta topología es que algún problema

que exista en el nodo central se convierte en un desastre total para la red ya

que se pierde la conexión de todos los nodos.

Figura 3. 5 Topología en estrella.

d) Malla

En esta topología la esencia es buscar la interconexión de los nodos de tal

manera que si uno falla los demás puedan redireccionar los datos rápida y

fácilmente (Figura 3.6). Esta topología es la que más tolerancia tiene a los

fallos porque es la que provee más caminos por donde puedan viajar los datos

que van de un punto a otro. La principal desventaja de las redes tipo malla es

su costo, es por esto que se ha creado una alternativa que es la red de malla

parcial en la cual los nodos más críticos (por los que pasa más trafico) se

interconectan entre ellos y los demás nodos se interconectan a través de otra

topología (estrella, anillo).

Figura 3. 6 Topología tipo malla.

e) Topología de bus

También conocida como topología lineal de bus, es un diseño simple que

utiliza un solo cable al cual todas las estaciones se conectan (Figura 3.7). La




2009

46

topología usa un medio de transmisión de amplia cobertura (broadcast

medium), ya que todas las estaciones pueden recibir las transmisiones

emitidas por cualquier estación. Como es bastante simple la configuración, se

puede implementar de manera barata. El problema inherente de este esquema

es que si el cable se daña en cualquier punto, ninguna estación podrá

transmitir. Aunque Ethernet puede tener varias configuraciones de cables, si

se utiliza un cable de bus, esta topología representa una red de Ethernet.

Figura 3. 7 Topología tipo bus.

f) Topología de árbol

Esta topología es un ejemplo generalizado del esquema de bus (Figura 3.8).

El árbol tiene su primer nodo en la raíz, y se expande para afuera utilizando

ramas, en donde se encuentran conectadas las demás terminales. Esta

topología permite que la red se expanda, y al mismo tiempo asegura que nada

más existe una "ruta de datos" (data path) entre 2 terminales cualesquiera.

Figura 3. 8 Topología de árbol.

Un aspecto crítico de una red WAN es la disponibilidad de conexión, encontrando

redes que soportan comunicación bajo demanda, donde la conexión se establece

cuando es necesario y solicitado por el sistema que efectúa la llamada y redes de

comunicación permanente, en las que su conexión permanece activa; en la Tabla 3.1

se detallan estas características.




2009

47

COMUNICACIÓN BAJO DEMANDA COMUNICACIÓN PERMANENTE

Conexión disponible durante el

periodo de tiempo preciso.

Al finalizar la transmisión de

datos se anula la conexión.

Se debe establecer la llamada,

mantenerla y anularla.

Canal de comunicación

permanente, sin limitación de

tiempo ni utilización.

Intercambio de información en

cualquier momento.

Tabla 3. 1 Características de las redes WAN.

3.1.2.2 Tipos de Redes WAN.

Entre las redes de datos más comunes se tienen: Ethernet, WLAN, X.25, Frame

Relay, ATM, Redes IP; cada una de estas redes tienen características propias

dependiendo de la tecnología o del servicio que prestan.

Existen redes de líneas dedicadas (punto a punto), que manejan una transmisión de

datos transparente. Una de las ventajas de estas redes es que el enlace entre puntos

finales siempre está activo, garantizando de esta manera una transmisión continua de

datos, ofreciendo velocidad desde uno pocos Kbps hasta varios Mbps.

3.2 ESTRUCTURA DE LA RED WAN DE LA CENTROSUR.

En la actualidad la red WAN IP de la CENTROSUR se utiliza en aplicaciones como:

transmisión de voz, datos, video, VoIP entre agencias, puntos de recaudo, y

aplicaciones para clientes corporativos para servicios de banda ancha.

La WAN cuenta con una infraestructura híbrida compuesta por una red alámbrica e

inalámbrica, constituida principalmente por los siguientes elementos: red troncal

(backbone), red de accesos y red de distribución.

3.2.1 Estructura de la Red Alámbrica.

La red alámbrica está concentrada en la ciudad de Cuenca, constituida por un anillo

metropolitano de fibra óptica de 24 hilos tipo OPGW (Optical Power Ground Wire),

cable óptico Figura “8” del tipo Loose Tube y fibra subterránea. Además tiene una

extensión radial hacia la S/E 18 (Cañar) con cable óptico de 12 hilos.

OPGW es un sistema de cable compuesto tierra-óptico, para instalación en líneas

eléctricas de alta tensión utilizada en la Centrosur como cable de guarda, y por las

plataformas tecnológicas para la prestación del servicio de telecomunicaciones.

El cable óptico Figura “8” se utiliza para instalaciones aéreas con vanos cortos (hasta

de 150 metros), existen en el mercado cables de 6, 12, 24 y 36 fibras con

características tales como resistencia a la corrosión, baja fricción de instalación.




2009

48

Dentro de esta red se tienen definidas las siguientes plataformas:

Fibra óptica (tecnología GPON, Gigabit Pasive Optical Network) para el

sector corporativo industrial y residencial para los servicios de Internet,

transmisión de datos y televisión. Fibra óptica para transmisión de datos corporativos.

(Diseño de la Red WAN para la Empresa Regional Centro Sur CA. y provisión,

instalación y puesta en servicio de la red en su primera etapa 2004)

El anillo está conformado por cinco nodos activos y siete nodos de paso que están

ubicados estratégicamente en las subestaciones (Tabla 3.2). La conexión entre los

nodos de telecomunicaciones utiliza tecnología Ethernet IP/MPLS de 10 Gbps.

NODO TIPO UBICACIÓN

Principal 0 Activo Edificio de la Centrosur

1 Activo S/E 1 (Rafael María Arízaga y Luis Cordero)

2 Activo S/E 2 (Benigno Malo y Calle Larga)

3 Activo S/E 5 (El Arenal)

4 Activo S/E 4 (Parque Industrial)

s/n4 De paso S/E 3 (Max Uhle y Pumapungo)

s/n De paso S/E 6 (El Verdillo)

s/n De paso S/E 7 (Ricaurte)

s/n De paso S/E Cuenca (Rayoloma)

s/n De paso S/E 12 (El Descanso)

s/n De paso S/E 9 (Huablincay)

s/n De paso S/E 18 (Cañar)

Tabla 3. 2 Nodos activos y de paso del anillo de F.O.

El esquema lógico de la red de fibra óptica de la Centrosur (Figura 3.95) presenta una

configuración en anillo, donde cada nodo se conecta entre sí a través de fibra óptica

OPGW, y a través de fibra subterránea para última milla. Cada nodo constituye un

sistema Distribuidor de Fibra Óptica (ODF) conformado básicamente por un rack ó

bastidor que contiene principalmente equipos como; routers Cisco IP/MPLS 7604,

relés de protección, cajas de empalme tipo: F.O. OPGW – F.O. subterránea, F.O.

OPGW – F.O. OPGW, F.O. subterránea 24 hilos – F.O. subterránea 12 hilos,

conversores de medios para multiplexación que trabajan en las ventanas de 1310 y

1550 nm, bandejas de fibra óptica a las que se conectan los pigtails (cables de fibra

óptica) que provienen de las cajas de empalme tipo F.O. OPGW - subterránea, y para

la conexión entre las bandejas se utilizan patch cords de F.O. (cordones de fibra

óptica) E2000-ST ó FC/PC (Figura 3.106).

4 s/n: sin numeración 5 Fuente: DITEL (Centrosur) 6 Fuente: E2000 FIBER OPTIC




2009

49

Figura 3. 9 Esquema lógico de la red de F.O. 10 GB Ethernet IP/MPLS.




2009

50

Figura 3. 10 Patch cords de F.O. E2000.

El router Cisco 76047 (Figura 3.11) posee las siguientes características principales:

- Maneja las siguientes interfaces: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, y 10 Gigabit

Ethernet, en la red de la Centrosur se utiliza la interfaz 10 Gigabit Ethernet.

- Ofrece alto rendimiento con los protocolos IP/MPLS (Multiprotocol Label

Switching).

Figura 3. 11 Router Cisco 7604.

3.2.2 Estructura de la Red Inalámbrica.

La red inalámbrica comprende una estructura que se distribuye desde el edificio

matriz de la Centrosur (nodo cero) con tecnología de microondas hacia la estación

principal ubicada en el cerro Señor Pungo y este se enlaza con las diferentes

estaciones y puntos (Tablas 3.3 y 3.4). El esquema de la red inalámbrica se muestra

en la Figura 3.12.

(Diseño de la Red WAN para la Empresa Regional Centro Sur CA. y provisión,

instalación y puesta en servicio de la red en su primera etapa 2004)

7 (Cisco 2007)




2009

51

ENLACE

#

ENLACE / DIRECCIÓN

A:

BANDAS DE FRECUENCIA Y

CAPACIDAD (E1) POLARIZACIÓN

E1 Lomapaica/Simbala SRAL 8GHZ 1+0 4E1 Vertical

E2 Simbala/Señor Pungo SRAL 7GHz 1+1 HSTBY 4E1 Horizontal

E3 EERCS/Señor Pungo SRAL 7GHz 1+1 HSTBY 16E1 Vertical

E4 Buerán/Señor Pungo SRAL 7GHz 1+0 4E1 Horizontal

E5 Buerán/Altarurco SRAL 7GHz 1+0 4E1 Vertical

E6 Guallil / Señor Pungo SRAL 8GHz 1+0 4E1 Vertical

E7 Patococha/Señor Pungo SRAL 7GHz 1+1 HSTBY 8E1 Vertical

E8 Patococha/Cerro Bosco SRAL 8GHz 1+0 4E1 Vertical

E9 Cutucu/Cerro Bosco SRAL 8GHz 1+0 4E1 Horizontal

E10 Cutucu/S.L. de Upano SRAL 8GHz 1+0 4E1 Vertical

E11 Kilamo/S.L. de Upano SRAL 8GHz 1+0 4E1 Horizontal

Tabla 3. 3 Enlaces inalámbricos de estaciones.




2009

52

Tabla 3. 4 Enlaces inalámbricos de agencias.

ENLACE

DISTANCIA

(Km)

ESTACIÓN

AZIMUT

(°)

ALT. ANTENA

(m)

TIPO DE

ANTENA

ELEVACIÓN

(m)

GIRÓN-SIMBALA

7,96

GIRÓN

67,04

5

FLAT PANEL

2115

SIMBALA

247,04

10

FLAT PANEL

3146

GUALACEO-

VILLAFLOR

8,23

GUALACEO

339,14

5

FLAT PANEL

2431

VILLAFLOR

159,14

5

FLAT PANEL

3039

PAUTE-VILLAFLOR

7,21

PAUTE

222,14

20,3

FLAT PANEL

2421

VILLAFLOR

42,14

13,1

FLAT PANEL

2747

SISIG-GUALLIL

4,1

SIGSIG

215,98

20,3

FLAT PANEL

2606

GUALLIL

35,98

13,1

FLAT PANEL

3276

SUSCAL-ALTARURCO

8,25

SUSCAL

125,14

5

FLAT PANEL

2899

ALTARURCO

305,14

5

FLAT PANEL

3261

TAMBO-ALTARURCO

8,05

P.R. TAMBO

297,05

6

FLAT PANEL

3002

ALTARURCO

113,05

5

FLAT PANEL

3261

CAÑAR-ALTARURCO

10,82

CAÑAR

323,46

5

FLAT PANEL

2930

ALTARURCO

143,46

5

FLAT PANEL

3048

LIMÓN-CERRO

BOSCO

9,67

LIMÓN

246

5

FLAT PANEL

1382

CERRO

BOSCO

66

5

FLAT PANEL

2410

MÉNDEZ-CUTUCÚ

10,65

MÉNDEZ

137,66

10,7

FLAT PANEL

628

CUTUCÚ

317,66

20,6

FLAT PANEL

974

NABÓN-LOMAPAICA

8,77

NABÓN

284,6

5

FLAT PANEL

2804

LOMAPAICA

104,6

5

FLAT PANEL

3433

P.R. MACAS-KILAMO

3,29

P.R. MACAS

267,75

5

FLAT PANEL

1383

KILAMO

87,75

5

FLAT PANEL

1555

STA. ISABEL-

LOMAPAICA

19,86

STA. ISABEL

103,76

5

FLAT PANEL

1470

LOMA PAICA

283,76

5

FLAT PANEL

3433

SUCÚA-UPANO

6,84

SUCÚA

132,9

5,8

FLAT PANEL

996

UPANO

312,9

5

FLAT PANEL

1162

BIBLIÁN-BUERÁN

13,3

BIBLIÁN

337,01

5

FLAT PANEL

2737

BUERÁN

157,01

5

FLAT PANEL

3809

BODEGA MACAS-

KILAMO

2,11

BODEGA

MACAS

316,6

20,7

FLAT PANEL

1383

KILAMO

136,6

19

FLAT PANEL

1555

MACAS-KILAMO

2,14

MACAS

275,76

6

FLAT PANEL

1402

KILAMO

95,76

13,5

FLAT PANEL

1458




2009

53

Figura 3. 12 Esquema inalámbrico de la Red WAN.




2009

54

En la estación Señor Pungo se encuentran los siguientes equipos que están

distribuidos en forma similar en todas las estaciones (Figura 3.13).

Switch MRV OSM 800: este equipo tiene funciones de ruteador y de switch,

sirve como acceso al enlace de microondas.

Conversor G703/10BT PATTOM: proporciona acceso rápido y sencillo a la

conversión coaxial/par trenzado para instalaciones de alta densidad.

DDF (Digital Distribution Frame): una trama de distribución digital de 75

ohmios es utilizada en terminaciones de conexión cruzada y de conexión

entre cables coaxiales de 75 ohmios, para supervisar equipos de transmisión

digital. Una trama de distribución digital es el interfaz de un extremo de

cable coaxial, conectado en redes de transporte de larga distancia o en redes

de acceso cercanos a los abonados. En redes fijas, está instalado un DDF

entre equipos de intercambio y transmisión; también puede servir como

interfaz en redes móviles.

SRAL: es un sistema de microondas para múltiples redes de alta velocidad,

para interconexión de Estaciones Base GSM (Sistema Global para las

Comunicaciones Móviles) y UMTS (Universal Mobile Telecommunications

System), o integración del sistema DCN a través de Ethernet.

EQUIPOS ALVARION: BreezeACCESS VL es la plataforma de banda

ancha inalámbrica multipunto OFDM operando en frecuencias excentas de

licencia y que permite servicios WiMAX (Worldwide Interoperability for

Microwave Access) y de VoIP en las bandas de 5GHz. Consta de una

estación base AU (Acces Unit) y unidades de abonados de clientes SU

(Suscriber Unit).

En la estación base están instaladas Unidades de acceso AU, cada AU incluye una

unidad interna (IDU, Indoor Unit) y una unidad externa (ODU, Outdoor Unit), en el

Rack de comunicaciones de las estaciones se encuentran los AUs.




2009

55

Figura 3. 13 Distribución de los equipos en el rack de las estaciones.

Los equipos que se encuentran en los racks de comunicación de las Agencias están

distribuidos de una forma similar en cada una de ellas con pequeñas variaciones, a

continuación se detallan los existentes en la Agencia Biblián (Figura 3.14)8:

8 Fuente: Diagrama de equipos PDH Backbone y Spread Spectrum de la Centrosur.




2009

56

Switch OS 200/400: es un router IP / MPLS (Internet Protocol / Multi

Protocol Label Switching) de alto rendimiento para: portadoras, proveedores

de servicios de Internet (ISP’s) y proveedores de servicios de datos, diseñado

como un sistema inteligente entre el acceso y las redes.

Los sistemas sirven como proveedores que se conectan a todos los

enrutadores IP, MPLS L2 y los abonados a los servicios y forman parte del

backbone Internet Ethernet IP.

En su chasis se acogen una gran variedad de módulos; 4 y 8 puertos de

10/100 de 100Base-FX, un puerto Gigabit Ethernet y un módulo Gigabit

redundante. Interfaces ópticos multimodo y monomodo están disponibles para

potencia óptica variable.

Patch panel: son utilizados en algún punto de una red donde todos los cables

de red terminan. Son paneles donde se ubican los puertos de una red. Todas

las líneas de entrada y salida de los equipos (ordenadores, servidores,

impresoras, etc.) tienen su conexión a uno de estos paneles. Los patch panels

permiten hacer cambios de forma rápida y sencilla conectando y

desconectando los cables de parcheo. Esta manipulación de los cables se

hace habitualmente en la parte frontal, mientras que la parte de atrás del panel

tiene los cables más permanentes y que van directamente a los equipos

centrales (switches, routers, concentradores, etc.).

SU (Suscriber Unit) Alvarion: en el rack de comunicaciones de las agencias

están instaladas las unidades de abonado SU que les permiten la conexión con

la estación base AU; consta de una unidad interna y una externa.

http://www.ordenadores-y-portatiles.com/router.html




2009

57

Figura 3. 14 Distribución de los equipos en el Rack en agencias.

3.3 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LA RED WAN.

La capacidad del anillo de fibra óptica es de 40 Gbps por cada hilo, tomando en

cuenta que éste está conformado por 24 hilos, la capacidad total es de 960 Gbps.

Actualmente la Centrosur está utilizando únicamente dos de los hilos (uno de ellos es

de redundancia) a 10 GB con una plataforma de software IP/MPLS (Internet Protocol

/ Multi Protocol Label Switching). Este anillo trabaja en la tercera ventana con una

longitud de onda de 1550nm.

El backbone inalámbrico de la red WAN de la Centrosur son enlaces en la banda de

8.2 – 8.5 GHz jerarquía PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), con capacidad

instalada de 16384Mbps (8E1) y expandible a 32768Mbps (16E1), el equipamiento

es Siemens SRAL, como se muestra en la Figura 3.15.

Los accesos o última milla utilizan tecnología inalámbrica de Spread Spectrum FHSS

(Frequency Hopping Spread Spectrum) en la banda libre de 5800 MHz, para

comunicarse con las agencias o puntos de recaudo, como se muestra en la Figura

3.16.

La red en conjunto presenta retardos máximos de 16mseg en los puntos más alejados

de la misma. (Campos y Tapia 2009)




2009

58

Figura 3. 15 Diagrama de Frecuencias Backbone SRAL Centro Sur.

Figura 3. 16 Diagrama de Antenas de Última Milla en Estaciones.




2009

59

3.4 COBERTURA Y CRECIMIENTOS PREVISTOS DE LA RED WAN.

Mediante el anillo de fibra óptica (red alámbrica) que enlaza las principales

subestaciones ubicadas en el cantón Cuenca, se tiene una amplia cobertura del

mismo, como se observa en la Figura 3.17. Mediante un enlace radial la fibra se

extiende hacia la S/E 12 El Descanso y hacia el norte por la S/E 9 Huablincay hasta

llegar a la S/E 18 en Cañar (Figura 3.18).

Desde el mes de Marzo de 2009 se tiene adjudicado el proceso de construcción de

tendido de fibra desde la Subestación 12 hacia los cantones Paute y Gualaceo que

estaría conformado con cable óptico de 24 hilos.

Actualmente se está realizando el diseño de tendido de fibra hacia Macas. Éste

partirá desde Paute hacia Méndez, Macas, además tendrá una derivación hacia San

Juan Bosco pasando por Sucúa y Limón, para integrarse con el anillo de

Transelectric en Gualaquiza.

Para finales de 2009 se tiene previsto el tendido de fibra hacia Santa Isabel, Machala

para interconexión con Transelectric. (Campos y Tapia 2009)

Figura 3. 17 Anillo de Fibra Óptica Cuenca.




2009

60

Figura 3. 18 Red de Fibra Óptica Centrosur.

A través de tecnología inalámbrica (microonda jerarquía PDH) se cubre las

localidades de: Biblián, Suscal, Cañar, El Tambo, Paute, Gualaceo, Santa Isabel,

Nabón, Girón, Sigsig, Limón, Méndez, Macas, Sucúa, como se muestra en la Figura

3.19.

Figura 3. 19 Cobertura tecnología inalámbrica en área de concesión.




2009

61

Para requerimientos futuros, la red puede duplicar su capacidad de ancho de banda,

en función de las necesidades de los clientes corporativos.

3.5 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE ACCESO Y GESTIÓN DE LA

RED WAN DE LA CENTROSUR.

Para acceder a la red alámbrica mediante cualquier tecnología, se debe tener una

interfaz Ethernet, estándar IEEE802.3, Ethernet 10BaseT conector RJ45 que se

conectará al router CISCO 7604 ubicado en cualquiera de los cinco nodos activos

que conforman el anillo de fibra óptica.

Se puede tener acceso a la red inalámbrica mediante un enlace a cualquiera de las

estaciones base con cobertura de la red, este enlace puede ser con tecnolgía Spread

Spectrum. Para el acceso a las estaciones base de la red WAN se cuenta con un

switch MRV 800 en cada una de ellas

La conectividad hacia los diferentes puntos terminales de red (estaciones, agencias,

oficinas, puntos de recaudación y subestaciones) utiliza el estándar IEEE802.3,

Ethernet 10BaseT conector RJ45.

Para el acceso a agencias, oficinas, puntos de recaudación y subestaciones que no

pertenecen al anillo de fibra se tiene un switch OS 200/OS 400 en cada una de ellas.

La red de gestión de la Centrosur se detalla en la Figura 3.20.

Figura 3. 20 Red de Gestión de la Centrosur.




2009

62

La utilización actual de la red inalámbrica alcanza como máximo en ciertas

estaciones repetidoras el 50% de su capacidad total, como se muestra en la Tabla 3.5;

además se observa la disponibilidad de los equipos existentes para una futura

ampliación.

ESTACIONES CAPACIDAD (E19) UTILIZADO

(E1) E1 LIBRE AMPLIACION % DE UTILIZACION

EERCS 16 7 9 0 43,75

SR. PUNGO 16 7 9 0 43,75

GUALLIL 4 1 3 12 25

BUERAN 4 1 3 4 25

ALTARURCO 4 1 3 12 25

SIMBALA 4 2 2 4 50

LOMAPAICA 4 1 3 12 25

PATOCOCHA 8 2 6 0 25

CERRO BOSCO 4 2 2 4 50

CUTUCU 4 2 2 4 50

SAN LUIS UPANO 4 1 3 4 25

KILAMO 4 1 3 12 25

Tabla 3. 5 Utilización actual de la red inalámbrica.

9 E1 = 2048 Mbps




2009

63

CAPÍTULO 4

TECNOLOGÍAS GSM/GPRS.

4.1 ESTRUCTURA DE LA RED GSM.

El sistema GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) es un sistema

estándar, completamente definido, para la comunicación mediante terminales

móviles que incorporan tecnología digital. GSM se considera, por su velocidad de

transmisión y otras características, un estándar de segunda generación 2G, su

extensión a 3G se denomina UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones

Móviles) y difiere en su mayor velocidad de transmisión, el uso de una arquitectura

de red ligeramente distinta y sobre todo en el empleo de diferentes protocolos de

radio W-CDMA (Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha). La

figura 4.1 muestra un esquema de la evolución de esta tecnología y a continuación se

da una breve descripción de cada una de estas etapas. (Mobilein 2001)

Figura 4. 1 Evolución de la tecnología GSM.

GSM.- conocido como 2G digital de segunda generación, tiene una velocidad

máxima de datos de 9.6 Kbps y está basado en la tecnología de conmutación de

circuitos.

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). - es el primer paso hacia

velocidades mayores que las que ofrece la red GSM, que usa conmutación de

circuitos. HSCSD concentra hasta cuatro Timeslots GSM y permite velocidades

de datos de hasta 64 Kbps.

GPRS.- es la introducción de la tecnología de conmutación de paquetes a GSM,

CDMA y TDMA (ANSI-136) de redes móviles, haciendo más fácil la integración

con otros protocolos basados en paquetes como son IP o X.25. GPRS es el primer

paso importante en el camino a 3G, por lo tanto GPRS también es conocido como




2009

64

2.5G. Los anuncios de las velocidades de datos de GPRS varían desde hasta 115

Kbps hasta 117 Kbps.

EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution). - es el segundo paso hacia 3G para

redes GSM/GPRS. EDGE incrementa las tasas de datos de GSM a 384 Kbps,

con paquetes de hasta 8 canales o 48 Kbps por canal. GSM y GPRS está basado

en una técnica de modulación conocida como GMSK (Gaussian Minimum Shift

Keying). EDGE está basado en un nuevo esquema de modulación que permite

una tasa de bits más alta a través de la interface aire, esta modulación es llamada

8 PSK (Eight Phase Shift Keying). Esta modulación se usa también en UMTS.

Las operadoras de la red necesitan incorporar algunos estados para hacer la

transición a sistemas telefónicos móviles de tercera generación.

3G (móviles de tercera generación).- 3G a menudo se relaciona a IMT-2000,

WCDMA y UMTS. IMT-2000 (International Mobile Telecomunications 2000)

es la iniciativa de la ITU (International Telecomunications Union) para un

servicio que ofrecerá acceso de radio a la infraestructura global de

telecomunicaciones, a través de sistemas satelitales y terrestres, sirviendo a

usuarios móviles en redes públicas y privadas.

UMTS.- es la evolución directa de la red GSM/GPRS. Se define a UMTS

como un sistema de comunicaciones móviles que puede ofrecer significativos

beneficios al usuario incluyendo alta calidad de servicios multimedia

inalámbricos. UMTS puede soportar tráfico IP y no IP en una variedad de

modos incluyendo conmutación de paquetes, conmutación de circuitos y

circuitos virtuales. UMTS ofrece tasas de datos de hasta 2 Mbps para

terminales inalámbricos estáticos. Estas velocidades probablemente caen a

un máximo de 384 Kbps para usuarios móviles pedestres y 144 Kbps para

vehículos móviles.

4.1.1 Reparto del espectro disponible.

Cada conexión de voz o datos requiere un mínimo de ancho de banda para que pueda

transmitirse correctamente. A cada operador en el mercado se le asigna cierto ancho

de banda, en ciertas frecuencias delimitadas, que debe repartir para el envío y la

recepción del tráfico a y desde los distintos usuarios.

Por tanto, no puede emplearse una sola antena para recibir la señal de todos los

usuarios a la vez, ya que el ancho de banda no sería suficiente; y además, deben

separarse los rangos en que emiten unos y otros usuarios para evitar interferencias

entre sus envíos. La solución es hacer un reparto del espectro o división del acceso

al canal. Para esto se toma en cuenta lo siguiente:

Empleo de celdas contiguas a distintas frecuencias para repartir mejor las

frecuencias, SDMA (Acceso Múltiple por División del Espacio), y

reutilización de frecuencias en celdas no contiguas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ancho_de_banda

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Divisi%C3%B3n_del_acceso_al_canal&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Divisi%C3%B3n_del_acceso_al_canal&action=edit&redlink=1




2009

65

División del tiempo en emisión y recepción mediante TDMA (Acceso

Múltiple por División del Tiempo). El tiempo se divide en unidades básicas

de 4,615 ms, y éstas a su vez en 8 time slots o ranuras de tiempo de 577 μs.

Separación de bandas para emisión y recepción y subdivisión en canales

radioeléctricos, protocolo FDMA (Acceso Múltiple por División de

Frecuencia).

Variación pseudoaleatoria de la frecuencia portadora de envío de terminal a

red, FHMA (Acceso Múltiple por Saltos de Frecuencia).

4.1.2 Arquitectura de red.

4.1.2.1 Elementos de una red GSM.

Una red GSM consiste de los siguientes componentes de red (Figura 4.2):

Figura 4. 2 Arquitectura de una red GSM.

MS (Estación Móvil).- se trata del equipo de usuario para acceder a los

servicios proporcionados por la red.

BTS (Estación Base Transceptor).- es el equipo que permite la comunicación

a las MS. Consiste de una antena y la electrónica de red necesaria para

comunicarse con un sistema central de control para que puedan encargarse de

la gestión del interfaz radio, a cada antena se le reserva cierto rango de

frecuencias, que se corresponde con un cierto número de canales

radioeléctricos (cada uno de los rangos de frecuencia en que envía datos). El




2009

66

conjunto de la antena con su electrónica y su enlace con el resto de la red se

llama estación base BS (Base Station). El área geográfica a la que

proporciona cobertura una estación base se llama celda o célula. Una

estación base GSM puede alcanzar un radio de cobertura a su alrededor desde

varios cientos de metros (en estaciones urbanas) hasta un máximo práctico de

35 Km (en zonas rurales), según su potencia y la orografía del entorno.

BSC (Base Station Controller).- actúa de intermediario entre la red principal

y las antenas, se encarga del reparto de frecuencias y el control de potencia

que emiten tanto los terminales como BS.

BSS (Subsistema de Estación Base).- es el conjunto de BTS’s + BSC.

MSC (Centro de Conmutación Móvil).- se encarga de iniciar, terminar y

enrutar las llamadas a través del BSC y BS hacia la MS. Es similar a una

centralilla telefónica de red fija, aunque como los usuarios pueden moverse

dentro de la red el MSC realiza actualizaciones en su base de datos interna.

Cada MSC está conectado a los BSCs de su área de influencia, pero también

a su VLR, y debe tener acceso a los HLRs de los distintos operadores.

También se encarga de dar interconexión con las redes de telefonía de otros

operadores.

HLR (Home Location Register, Registros de Ubicación Base).- el registro

HLR es una base de datos que almacena la posición del usuario dentro de la

red, si está conectado o no y las características del abonado (servicios que

puede y no puede usar, tipo de terminal, etcétera). Es de carácter más bien

permanente; cada número de teléfono móvil está adscrito a un HLR

determinado y único, que administra su operador móvil. Al hacer una

llamada, el MSC pregunta al HLR correspondiente si el número llamado está

disponible y dónde está (es decir, a qué BSC hay que pedir que le avise) y

enruta la llamada o da un mensaje de error.

VLR (Registros de Ubicación de Visitante).- es una base de datos más volátil

para el área cubierta por un MSC, almacena los identificativos, permisos,

tipos de abonado y localizaciones en la red de todos los usuarios activos en

ese momento y en ese tramo de la red. Cuando una estación móvil entra en

una zona de MSC, este centro notifica esa situación a su VLR asociado, el

VLR se pone en contacto con el HLR de origen del usuario y verifica si

puede o no hacer llamadas según su tipo de abono. La MS ejecuta un proceso

de inscripción o registro y recibe una dirección de visitante que se traduce en

un número de ruta, MSRN (Mobile Suscriber Roaming Number) que sirve

para encaminar las llamadas destinadas a esa MS. Esta información

permanece almacenada en el VLR mientras el terminal de usuario está

encendido y se refresca periódicamente para evitar fraudes (por ejemplo, si

un usuario de prepago se queda sin saldo y su VLR no lo sabe, podría

permitirle realizar llamadas). El sistema GSM permite acuerdos entre

operadores para compartir la red, de modo que los distintos VLRs y HLRs de

los diferentes operadores deben estar interconectados entre sí. Para la

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobertura




2009

67

comunicación entre diferentes operadores existen protocolos de red

especiales, como SS7 o IS-41; los operadores deciden qué estándar escoger

en sus acuerdos bilaterales de roaming (itinerancia) e interconexión.

AuC (Centro de autentificación).- es una base de datos que guarda el IMSI

(Identidad del Abonado Móvil Internacional) de cada cliente en la red y

proporciona una clave de autentificación individual K que se envía bajo

petición al HLR.

EIR (Registro de Identificación de Equipo).- su función es evitar que se

utilicen equipos móviles que no estén autorizados en la red, para la

comprobación se usa su número de serie o IMEI (Identificación Internacional

del Equipo Móvil).

NSS (Subsistema de Conmutación de Red).- también llamado Core Network

(Núcleo de Red), es el conjunto de MSC, HLR, VLR, AUC, y EIR.

(Ayuso, y otros 1999)

4.2 ESTRUCTURA DE LA RED GPRS.

4.2.1 Tecnología GPRS.

La tecnología GPRS (General Packet Radio Service) o Servicio General de Paquetes

vía Radio se basa en la evolución y optimización de la plataforma GSM, ofrece la

transmisión de datos basados en la conmutación de paquetes, permitiendo mayores

velocidades que con la conmutación de circuitos. La arquitectura de red GPRS utiliza

los mismos nodos de red GSM como MSC/VLR, HLR y BSS.

GPRS es una tecnología estandarizada por el ETSI (European Telecommunications

Standard Institute) como parte de GSM Fase 2, usualmente se le conoce como 2.5 G

para indicar que es una transición entre 2G y 3G.

Una de las principales características de GPRS es que se establece una conexión

física de enlace de subida solo cuando una estación móvil necesita enviar datos a la

red, y un enlace de bajada solo cuando la red necesita enviar datos a la estación

móvil. Esta conexión física es removida cuando se hayan enviado todos los datos,

por lo tanto GPRS da mejor rendimiento a la conmutación de paquetes, ya que la

conmutación de circuitos mantiene la conexión incluso cuando no se están

transmitiendo datos, por lo que impide el acceso al canal a otros usuarios.

La implementación de GPRS lleva capacidades IP a la red GSM y permite la

conexión a una amplia gama de redes de información pública y privada utilizando

protocolos de información estándar como TCP/IP. Al sistema GPRS se le conoce

también como GSM-IP ya que usa la tecnología IP (Internet Protocol) para acceder

directamente a los proveedores de contenidos de Internet. Con GPRS ya no es

necesario el tener un canal dedicado para cada usuario ya que cada canal es

compartido por varios usuarios. El acceso al canal utilizado en GPRS se basa en

divisiones de frecuencia sobre un dúplex y TDMA. Durante la conexión, a cada

http://es.wikipedia.org/wiki/SS7

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=IS-41&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Dúplex

http://es.wikipedia.org/wiki/TDMA




2009

68

usuario se le asigna un par de canales de frecuencia, uno para subida y otro para

bajada. Esto se combina con la multiplexación en el dominio del tiempo,

permitiendo a varios usuarios compartir el mismo canal de frecuencia. Los paquetes

tienen longitud constante, correspondiente a la ranura de tiempo del GSM. Se puede

recibir voz y datos simultáneamente, la conexión se realiza en el mismo momento

que el usuario lo solicita pudiendo ocupar varios canales cuando el flujo de

información así lo exija.

GPRS ofrece velocidades de datos mucho mayores que GSM y se pueden combinar

con las tecnologías de 3G, tales como EDGE (Enhanced Data-Tarifas para Evolución

GSM) para dar aún mayor velocidad de transmisión.

El método de cobro típico para transferencias de datos usando GPRS es el pago por

megabytes de transferencia, mientras que el pago de la comunicación mediante

conmutación de circuitos se cobra por tiempo de conexión, independientemente de si

el usuario utiliza toda la capacidad del canal o este se encuentra inactivo. (Seurre,

Savelli y Pietri 2003)

4.2.2 Transmisión por paquetes.

La comunicación móvil basada en voz, se establece mediante una llamada telefónica

a un número de destino. Una vez establecida la conexión se inicia la comunicación y

al finalizar ésta, la conexión se corta. La ventaja objetiva de GPRS es que ofrece una

conexión permanente (es decir conectividad IP instantánea) entre el terminal móvil y

la red, la conexión se establece en el momento de encender el terminal y permanece

activa hasta que se apague el terminal (característica conocida como always on).

Por otra parte, en lugar de conectarse con un número de teléfono la conexión GPRS

de datos se establece con una dirección de Internet previamente establecida en la

configuración del terminal, denominada dirección IP.

La clave de GPRS se basa en el diferente tratamiento que la red hace de la voz y los

datos, esto permite alcanzar mejores rendimientos que en GSM con la misma

capacidad de red. La información es fraccionada en origen y transmitida en

pequeños bloques, siendo reagrupada posteriormente en su destino. (UDEC s.f.)

4.2.3 Transmisión en paralelo.

La capacidad de fraccionar la información para después recomponerla en el destino,

da la posibilidad de que un mismo terminal pueda recibir en paralelo varios bloques

de datos, lo cual equivale a una mayor velocidad potencial de transmisión.

El tipo de terminal GPRS que se utilice definirá la capacidad de comunicación

simultánea de datos, información que se mide en número de particiones (Time slots)

http://es.wikipedia.org/wiki/Conmutación_de_paquetes




2009

69

de recepción y de transmisión. Así por ejemplo, cuando un terminal GPRS se dice

que tiene capacidad 4+1 significa que utiliza 4 time slots para recibir datos y 1 para

transmitir.

4.2.4 Velocidad de transferencia.

Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía

sensiblemente. La tabla 4.1 muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de

tecnología.

Tecnología Descarga (kbit/s) Subida (kbit/s)

CSD 9.6 9.6

HSCSD High Speed Circuit Switched Data 28.8 14.4

HSCSD High Speed Circuit Switched Data 43.2 14.4

GPRS 80.0 20.0 (Clase 8 &10 y CS-4)

GPRS 60.0 40.0 (Clase 10 y CS-4)

EGPRS (EDGE) 236.8 59.2 (Clase 8,10 y MCS-9)

EGPRS (EDGE) 177.6 118.4 (Clase 10 y MCS-9)

Tabla 4. 1 Velocidades de transferencia según la tecnología usada.

4.2.5 Principales aplicaciones en GPRS:

Navegación por Internet.

Transferencia de archivos.

Servicio de mensajes multimedia (MMS).

Mensajería instantánea.

Aplicaciones Inalámbricas WAP.

Servicios P2P (Peer to Peer) utilizando el protocolo IP.

Servicio de mensajes cortos (SMS).

Posibilidad de utilizar el dispositivo como módem USB.

Correo electrónico y la World Wide Web (WWW).

4.2.6 Arquitectura de una red GPRS.

Es necesario incorporar dos nodos lógicos SGSN y GGSN (Figura 4.3) para

gestionar las aplicaciones GPRS en las redes GSM y actualizar los existentes para

proporcionar una ruta de encaminamiento para los paquetes de datos entre el equipo

terminal y un nodo gateway.

http://es.wikipedia.org/wiki/EGPRS

http://es.wikipedia.org/wiki/EGPRS

http://es.wikipedia.org/wiki/MMS

http://es.wikipedia.org/wiki/WAP

http://es.wikipedia.org/wiki/P2P

http://es.wikipedia.org/wiki/IP

http://es.wikipedia.org/wiki/Servicio_de_mensajes_cortos

http://es.wikipedia.org/wiki/Módem

http://es.wikipedia.org/wiki/USB




2009

70

Figura 4. 3 Arquitectura de red GPRS (elementos).

4.2.6.1 Modificación de elementos de red GSM.

Para la actualización de red requerida en GPRS se necesitan de los siguientes

equipos:

1. Nuevos equipos terminales (TE) para acceder a los servicios GPRS. Estos

nuevos terminales serán compatibles con el sistema GSM para la transmisión

de llamadas de voz.

2. La estación base transceptora BTS requiere actualización del software.

3. Cada BSC requiere una actualización del software y la instalación de nuevo

hardware PCU (Unidad de Control de Paquetes). El PCU proporciona una

interfaz física y lógica al subsistema de estaciones base (BSS) para el tráfico

de paquetes de datos, es decir dirige el tráfico de datos a la red GPRS.

Cuando se origina tráfico ya sea de voz o de datos en el terminal del usuario, este es

transportado por la interfaz aire hacia la BTS, y desde la BTS a la BSC de la misma

manera que una llamada en GSM. Sin embargo, en la salida de la BSC el tráfico se

separa; la voz se envía al centro de conmutación móvil (MSC) por estándar GSM, y

los datos son enviados a un nuevo dispositivo denominado SGSN (Nodo de Soporte

Servidor GPRS) a través de la PCU con una conexión Frame Relay.




2009

71

4. Nodos de soporte de GPRS en la red básica, el MSC no puede manejar el

tráfico de paquetes. Por lo que se requiere de dos nuevos componentes,

llamados nodos de soporte GPRS (GSNs), estos son, SGSN (Nodo Servidor

de Soporte GPRS) y GGSN (Pasarela del Nodo de Soporte GPRS).

5. BG (Border Gateway).- es un nodo de la red móvil pública GPRS,

principalmente requerido por razones de seguridad, proporciona la interfaz

entre el backbone Inter-PLMN (Public Land Mobile Network) e Intra-PLMN

(Public Land Mobile Network) de distintas operadoras, que son también

nuevos elementos basados en el protocolo de internet. Puede ser utilizado

para mantener acuerdos de roaming (itinerancia) entre diversas redes hacia el

backbone inter-PLMN

6. CG (Charging Gateway).- su función principal es recoger los CDRs (Call

Detailed Records) generados por los SGSNs y GGSNs, de manera que los

consolida y pre-procesa antes de enviarlos al sistema de tarificación.

(Cisco 2007)

El SGSN ofrece encaminamiento de paquetes, incluyendo gestión de la movilidad,

autentificación y cifrado entre todos los abonados GPRS que se encuentren en el área

de servicio SGSN. Cualquier SGSN de la red puede prestar servicio a un abonado

GPRS, dependiendo de donde éste se halle. El tráfico se dirige desde el SGSN al

Controlador de la Estación Base (BSC) a través de un PCU con una conexión Frame

Relay y al terminal móvil mediante la Estación Base Transceptora (BTS).

El GGSN se utiliza para la interacción con la red de datos IP externa, como el

Internet público, intranets de empresas y otros servicios móviles, gestionando la

seguridad y la asignación dinámica de direcciones IP. Desde el punto de vista de las

redes externas IP, el GGSN es un servidor que posee las direcciones IP de todos los

abonados a los que presta servicio la red GPRS. El GGSN contiene información de

rutas para encaminar las unidades de datos de protocolo PDU de las redes de datos

externas hacia el SGSN que da servicio a la MS, recoge y almacena datos que son

enviados al gateway de carga (CG). (Mobilein 2001)

La Tabla 4.2 muestra las funciones de los nodos GPRS. (La tecnologia GPRS 2006)

Funciones de los nodos GPRS

SGSN GGSN

Cifrado y autentificación Interface hacia las redes IP y X.25

Gestión de la movilidad Gestión de la movilidad

Gestión lógica del enlace hacia el MS Asignación de los abonados al SGSN

Datos de facturación Direccionamiento hacia las redes fijas

Routing y transferencia de paquetes Gestión de la seguridad

Conexión con el HLR, MSC y BSC Datos de facturación

Tabla 4. 2 Funciones de los nodos GPRS.




2009

72

4.2.7 Enrutamiento de paquetes de datos.

La Figura 4.4 muestra tres esquemas de enrutamiento de paquetes de datos que se

mencionan a continuación:

Mensajes originados en la MS línea 1, empieza en el móvil GPRS y termina

en el Host.

Mensaje iniciado por la red cuando el móvil está en una red local. Línea 2,

comienza en el Host y termina en el móvil GPRS.

Mensaje iniciado por la red cuando el móvil se cambia a otra red GPRS.

Línea 3 punteada.

Figura 4. 4 Esquemas de enrutamiento de paquetes de datos.

Los operadores GPRS permiten roaming (itinerancia) a través de un backbone de red

entre operadores. Se conectan con la red entre operadores a través de un BG (Border

Gateway), el cual tiene protocolos de enrutamiento como el BGP (Border Gateway

Protocol), las redes GPRS empaquetan todos los protocolos de red de datos dentro de

un propio protocolo de empaquetamiento llamado GTP (Protocolo de Túnel GPRS).

El GTP provee seguridad en el backbone de red y simplifica los mecanismos de

enrutamiento y la entrega de datos sobre la red GPRS. (Cisco 2007)




2009

73

4.2.8 SMS (SHORT MESSAGE SERVICE).

4.2.8.1 Generalidades.

El SMS punto a punto proporciona un mecanismo para transmitir mensajes “cortos”

hacia y desde los teléfonos inalámbricos. El servicio hace uso del Centro del

Servicio Corto de Mensajes (SMSC) que actúa como un sistema de almacenamiento

y envío (store and forward) para los mensajes cortos. La red inalámbrica provee el

transporte de mensajes cortos entre los SMSCs y los teléfonos.

Una característica que distingue al servicio es que un teléfono inalámbrico activo

puede recibir o enviar un mensaje cortos en cualquier momento, independiente de si

existe o no una señal de voz o si una llamada de datos está en marcha.

SMS también garantiza la entrega del mensaje corto por la red. Se identifican faltas

temporales, y el mensaje corto se almacena en la red hasta que el destino está

disponible. (NARVAEZ ORTIZ 2009)

4.2.8.2 Ventajas del Servicio de Mensajería Corta.

Las ventajas de SMS al proveedor de servicio son:

1. Una alternativa a los servicios alfa numéricos.

2. Permite el acceso inalámbrico de datos para los usuarios corporativos.

3. Provee servicios de valor agregado tales como e-mail, correo de voz, e

integración de correo de fax, servicio recordatorio, etc.

4. Las ventajas de SMS a los suscriptores se centran alrededor de la

conveniencia, flexibilidad, y la integración de los servicios de mensajería y

acceso de datos.

5. Desde esta perspectiva, la ventaja es poder utilizar el teléfono como extensión

del computador.

El Short Message Service (SMS) es un servicio que permite a suscriptores GSM

enviar un mensaje de texto simple. El bajo costo, la conveniencia que implica el

envío silencioso e inequívoco de datos y la relativa rapidez del relevo de los SMS, se

han traducido en una amplia aceptación de este servicio.

SMS es un servicio del tipo “store and forward (almacenamiento y envío)”, lo cual

permite que si el equipo del destinatario se encuentra apagado, o fuera del área de

cobertura, el mensaje sea almacenado en la red hasta que pueda ser retirado por el

destinatario.

Las posibilidades de comunicación mediante mensajes cortos “SMS" son muchas y

muy variadas, pero siempre limitadas por las características de estos mensajes, 160

caracteres, muy baja velocidad (en comparación con las líneas telefónicas




2009

74

convencionales), duración limitada (24 ó 48 horas normalmente, si no se entregan

antes son cancelados). No es un servicio garantizado (el mensaje suele llegar pero no

hay garantía de ello, ni que de lleguen en el orden en que se han enviado) y

posibilidad de comunicación sólo entre teléfonos celulares GSM entre los que haya

"visibilidad" (que los operadores de los dos teléfonos, emisor y receptor, tengan

convenio de intercambio de mensajes).

Existen muchas especificaciones de formato de mensaje para los servicios prestados

a través de SMS que les dotan de gran potencia y complejidad. Estos problemas no

existen con GPRS puesto que es un sistema exclusivo para envío y recepción de

paquetes de datos de gran tamaño.

Dentro de los servicios que brinda la plataforma GSM, se encuentra el mencionado

servicio de mensajería instantánea SMS sin embargo el presente proyecto utilizará el

servicio GPRS debido a que este servicio permite la transmisión de datos en forma

periódica y SMS la transmisión de datos esporádicos.

El presente trabajo se basa en un sistema de control por lo que requiere un monitoreo

periódico.

4.3 ANÁLISIS DE COBERTURA DE LAS REDES DE TELEFONÍA MÓVIL.

La cobertura celular se refiere al sector geográfico que está dentro del área de

influencia de una o más celdas o sitios celulares y que mantiene un campo eléctrico

superior al límite establecido. El sistema de comunicaciones debe garantizar la

calidad dentro del área de cobertura de la operadora.

4.3.1 Servicio de la Operadora CONECEL (Porta).

Esta operadora celular tiene una cobertura GSM/GPRS del 99% en los principales

cantones del Ecuador, como se observa en la Figura 4.5.

Porta cuenta con 65 nodos activos dentro del territorio nacional. Estos nodos de

datos se encuentran enlazados por microondas redundantes en configuración 1 +1 a

nivel nacional, y a nivel urbano, en las principales ciudades del país, por medio de

fibra óptica.

La red de datos de Porta posee diferentes rutas en configuración de anillo, lo que

permite tener seguridad y ofrecer disponibilidad a la medida de las necesidades

actuales de los sistemas de información.

Porta asigna direcciones IP estáticas al usuario facilitando el acceso a la red

GSM/GPRS. (Paredes y Pérez 2008)




2009

75

Figura 4. 5 Cobertura GSM/GPRS de la operadora CONECEL (Porta).

4.3.2 Servicio de la Operadora Movistar.

Actualmente Movistar está migrando de CDMA a GSM por lo que aún no tiene total

cobertura en el Ecuador. Su cobertura GSM/GPRS cubre cerca de un 70% de los

sectores más poblados en nuestro país, como se muestra en la Figura 4.6.




2009

76

Figura 4. 6 Cobertura GSM/GPRS de la operadora Movistar.

Para la transmisión de datos utilizando la tecnología GPRS, Movistar asigna

direcciones IP dinámicas al usuario cada vez que se solicita este servicio. Lo que

implica que antes de conectarse es necesario comunicarse con la central de datos para

la asignación de dicha dirección, con lo que se retarda la conexión para el usuario.

(Paredes y Pérez 2008)

4.3.3 Cobertura GPRS para los Reconectadores.

En el presente proyecto se realizara un análisis de cobertura de la operadora móvil

CONECEL (Porta) debido a que esta operadora mantiene relaciones comerciales con

la Centrosur actualmente, además la empresa eléctrica tiene contratado un enlace

dedicado de 128 Kbps con esta operadora, que será el mismo que se va a usar para

este diseño.

Este enlace dedicado parte desde un nodo situado en el cerro de Ictocruz (Cuenca) y

mediante comunicación inalámbrica se enlaza con un router cisco 800 ubicado en el

edificio matriz de la Centrosur.




2009

77

Con el objetivo de tener datos reales para determinar si el área de cobertura

GSM/GPRS de la operadora cubre los sitios donde se encuentran ubicados los

distintos reconectadores, se envió las coordenadas geográficas a las oficinas de

DATUN (Transmisión de datos) de Porta para que realicen un análisis de cobertura

de estos lugares.

En la Tabla 4.310

se muestra un reporte de resultados enviados por la operadora, de

donde se concluye que todos los reconectadores pueden ser comunicados con esta

tecnología.

SECTOR (RECONECTADOR) LATITUD (S) LONGITUD (W) COBERTURA RED

La Paz (antiguo camino Loja) 3°19’42.4374” 79°10’12.3093” SI GPRS

Guachapala 2°45’05.4436” 78°39’45.3834” SI GPRS

Sta. Isabel 3°15’38.7042” 79°19’2.7177” SI GPRS

Minas (Baños) 2°55’37.9268” 79°05’40.7206” SI GPRS

Lentag 3°13’58.3201” 79°14’6.2461” SI GPRS

Estación Cumbe 3°02’15.3971” 79°03’9.4791” SI EDGE

El Valle 2°56’37.0335” 78°57’23.5793” SI 3G

El Descanso (vía Jadán) 2°50’49.7015” 78°52’50.1632” SI GPRS

Biblian 2°42’22.7881” 78°53’48.3527” SI EDGE

Cañar 2°34’12.6012” 78°55’51.9251” SI EDGE

Colegio Garaicoa 2°54’45.4930” 78°59’13.0702” SI 3G

La Dolorosa (Ricaurte) 2°50’49.2209” 78°58’18.2934” SI 3G

Suscal 2°27’30.4917” 79°04’46.2228” SI GPRS

Challaubamba 2°51’22.1090” 78°55’24.7317” SI 3G

S/E Paute (entrada a Paute) 2°47’14.3391” 78°45’50.1879” SI GPRS

Tabla 4. 3 Cobertura GPRS para los Reconectadores.

10

Fuente: DATUM (Transmisión de Datos) PORTA.




2009

78

CAPÍTULO 5

TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE COMUNICACIÓN PARA LOS

RECONECTADORES.

5.1 TECNOLOGÍA PLC.

Con el dominio del acoplamiento inductivo y capacitivo, y avances en la técnica de

modulación OFDM (Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal), se

desarrolló BPL (Broadband over Power Lines) que usa la tecnología PLC (Power

Line Communications, Comunicaciones por la Línea de Energía) para enviar y

recibir señales de radio sobre las líneas de energía, para entregar servicios de Internet

de banda ancha ó servicios de banda angosta, para sistemas de comunicación interna

y telecontrol.

La tecnología PLC, utiliza las redes de distribución de energía eléctrica como medio

de transmisión para servicios de telecomunicaciones. Las redes de distribución de

baja tensión están disponibles ampliamente en las viviendas y teóricamente pueden

utilizarse para instalar redes de acceso PLC para evitar la construcción de redes de

última milla.

La aplicación de redes de distribución eléctrica en las telecomunicaciones ha sido

conocida desde los inicios del siglo veinte. El primer Sistema de Frecuencia

Portadora se implementó en redes eléctricas de alto voltaje para distancias sobre los

500 Km, utilizando una potencia de transmisión de la señal de 10 W para tareas de

telecontrol y medición remota. Las aplicaciones de esta tecnología para las empresas

eléctricas son:

Lectura Automática y Remota de Medidores “AMR”

Control de Voltaje y Potencia Reactiva

Aplicaciones SCADA y Monitoreo de Equipos

Manejo de Energía y Control de la Demanda

Conexión/Desconexión remota

Comunicaciones internas de la Empresa

Notificación de Interrupción de Servicio

5.1.1 Redes de Distribución de Energía.

Estos sistemas se basan en tres niveles de red que pueden utilizarse como medio de

transmisión para las redes BPL (Figura 5.1):

Las redes de alta tensión (110-380 kV) conectan las estaciones de potencia

con grandes regiones de distribución o grandes consumidores. Usualmente




2009

79

abarcan grandes distancias, permitiendo el intercambio de energía dentro de

un país. Las redes de alta tensión generalmente utilizan líneas aéreas.

Las redes de media tensión (MV) (10-30 kV) distribuyen a grandes áreas,

ciudades y grandes industrias o clientes comerciales. Los intervalos de

distancias son significativamente más pequeños que en las redes de alta

tensión y se instalan mediante líneas aéreas y subterráneas.

Las redes de baja tensión (230/400 V) distribuyen a los usuarios finales. Sus

longitudes están usualmente sobre unos pocos cientos de metros. En áreas

urbanas, las redes de baja tensión se realizan con cables subterráneos, como

ocurre en el centro histórico de la ciudad de Cuenca, mientras que en las áreas

rurales generalmente se utilizan líneas aéreas.

(Hrasnica, Haidine y Lehnert 2004)

NIVEL DE ALTA TENSIÓN

NIVEL DE MEDIA TENSIÓN

NIVEL DE BAJA

TENSION

SUBESTACIÓN DE

TRANSFORMACIÓN

Figura 5. 1 Estructura de una red de distribución eléctrica.

5.1.2 Arquitectura de red BPL.

Un ancho de banda sobre el sistema de líneas eléctricas requiere un hardware que

haga de interface en un extremo con la red de datos backbone11

y en el otro extremo con el equipo de usuario final. Las señales de banda ancha

atraviesan las líneas de media tensión, haciendo un bypass en los transformadores

mediante acopladores y repetidores debido a que la señal BPL al ser de alta

frecuencia es filtrada en los mismos, además se debe colocar repetidores cada cierta

11 El backbone es una plataforma que permite brindar todo tipo de servicios, como transmisión de datos, voz,

interconexión de redes de alta velocidad y aplicaciones multimedia que exijan calidad de servicio.




2009

80

distancia a lo largo de la trayectoria de transmisión para contrarrestar la atenuación

en las líneas eléctricas.

En la Figura 5.2 se muestra una arquitectura simplificada del sistema BPL.

Figura 5. 2 Arquitectura de red BPL.

Los elementos de una red BPL son:

Cabecera BPL (Head End).

El HE es un módem digital de alta velocidad. Es el dispositivo “maestro” de la

red BPL, estos dispositivos se usan para inyectar y para repetir la señal sobre las

líneas de media tensión, es decir permite conectar el sistema de acceso con la red

externa (WAN, Internet, etc.), usando Ethernet, Fast Ethernet, o Gigabit Ethernet.

La señal se acopla inductiva o capacitivamente hacia un conductor de la red

eléctrica. La señal se repite cada 200-600 m, dependiendo de la densidad de ruido

presente, este valor se puede determinar mediante pruebas, tanto para líneas

aéreas como subterráneas.

Acopladores.

Son aquellos elementos, a través de los cuales los equipos de BPL se "conectan"

a la red de media tensión para inyectar y tomar señales IP. Básicamente, el

acoplador es un dispositivo que mediante un filtro pasa-alto y otro pasa-bajo,




2009

81

permite la separación de la información y el potencial eléctrico en cualquier cable

de la red BPL.

Estos acopladores pueden ser capacitivos para redes eléctricas aéreas de media o

baja tensión o inductivos para redes subterráneas de media o baja tensión. La

Figura 5.312

muestra un acoplador capacitivo.

Figura 5. 3 Acoplador capacitivo.

Modems BPL o CPE (Customer Premises Equipment).

También conocido como adaptador o módem de usuario permite conectar un

equipo de usuario a la red eléctrica (Figura 5.4)13

. Tanto el HE como el CPE

poseen una serie de elementos que actúan como filtros paso alto por encima de

los 9 KHz para separar las señales de alta frecuencia (datos) de las de corriente

eléctrica alterna (60 Hz), ya que estos equipos se alimentan y se comunican por la

misma línea.

El modem PLC implementa todas las funciones de la capa física incluyendo la

modulación y la codificación. La segunda capa de comunicaciones o capa de

enlace de datos también se implementa dentro del modem incluyendo las

subcapas MAC (Medium Access Control) y LLC (Logical Link Control) de

acuerdo con el modelo de referencia OSI.

El CPE está conectado al equipo de usuario a través de un puerto Ethernet, o

interfaces USB (Universal Serial Bus).

12

(Arteche n.d.) 13

(Hrasnica, Haidine y Lehnert 2004)




2009

82

MODEM PLC

INTERFACES DE USUARIO

ACOPLAMIENTO A

LA RED DE ENERGIA

Figura 5. 4 Conexión CPE-Red eléctrica.

Repetidor Intermedio (IR, Intermediate Repeater).

Estos dispositivos regeneran la señal, altamente degradada por la atenuación

provocada por los cables eléctricos, asegurando la calidad en el enlace.

Los repetidores dividen una red de acceso BPL en varios segmentos de red, los

cuales son separados por el uso de diferentes bandas de frecuencia o por

diferentes time slots (Figura 5.5).

Repetidor

Red Eléctrica

f1, t1 f2, t2

Figura 5. 5 Función del repetidor BPL.

En el segundo caso, un time slot es usado para la transmisión dentro del primer

segmento de red y otro slot para el segundo segmento.

En el caso de la segmentación de la red basada en frecuencia, el repetidor recibe

la señal de transmisión sobre la frecuencia f1, amplifica e inyecta nuevamente la

señal dentro de la red pero sobre la frecuencia f2. Es necesario señalar que un

repetidor no modifica el contenido de la información, la cual siempre es

transmitida transparentemente entre los segmentos de la red. (Hrasnica, Haidine

y Lehnert 2004)




2009

83

Existen dos clases de repetidores y la diferencia está en su operación, así

tenemos:

Repetidores por división de tiempo (TD).

Dividen una red de acceso BPL en varios segmentos de red, los cuales son

separados por el uso de diferentes time slots. Si la comunicación entre dos

estaciones, A y B se la realiza en una banda de frecuencias (en este caso entre 1.6

a 30MHz), entonces la comunicación entre B y C será realizada usando la misma

banda de frecuencias, durante un período de tiempo diferente para evitar

colisiones. Un time slot es usado para la transmisión dentro del primer segmento

de red y otro slot para el segundo segmento.

Repetidores por división de frecuencia (FD).

Si el enlace entre A y B únicamente usa una parte de la banda de frecuencias,

entonces el enlace entre B y C puede usar una banda diferente mientras hace uso

del canal simultáneamente.

Cada uno de estos repetidores tiene sus ventajas y desventajas así:

Los repetidores (TD) son más simples en su diseño, pero proporcionan

altos grados de latencia extremo a extremo ya que no utilizan el canal

simultáneamente, por lo tanto, tienen que esperar a que el canal este libre

para poder transmitir. Adicionalmente estos repetidores no manejan el

ancho de banda eficientemente.

Por otro lado los repetidores (FD), son más complejos ya que utilizan

diferentes frecuencias de transmisión entre dos segmentos consecutivos

de la red, de esta manera se disminuye la latencia y las interferencias, así

mismo estos equipos manejan eficientemente el ancho de banda,

separando las bajas frecuencias para las grandes distancias en las redes

de acceso (o distribución), y las altas frecuencias para distancias cortas

como el acceso en el hogar. Sin embargo presentan problemas de

planificación de frecuencia debido a la interferencia entre tres segmentos

vecinos.

Pasarela BPL (GATEWAY).

Existen 2 posibilidades para la conexión de abonados BPL vía tomacorrientes a

una red de acceso:

Conexión directa.

Conexión indirecta sobre una pasarela (gateway).




2009

84

En el primer caso, los módems BPL son directamente conectados a la red de baja

tensión y por medio de ésta al HE como tal.

No hay división entre las áreas exterior e interior, y la señal de comunicaciones

es transmitida a través de la unidad de medición de potencia lo que producirá

problemas de compatibilidad electromagnética. Entonces, la conexión indirecta

usando un gateway (Figura 5.6) es una solución frecuentemente usada.

Un Home Gateway es una combinación de un CPE y un HE. Se puede usar como

repetidor para amplificar la señal transmitida a grandes distancias o donde exista

excesiva atenuación afectando a la señal.

Figura 5. 6 Conexión Indirecta Home Gateway.

Además, los Home Gateways pueden servir como puntos de acceso para redes,

incluyendo interfaces para otras tecnologías como Ethernet, WLAN, etc. Puede

actuar como un HE controlando una red PLC interna coordinando la

comunicación entre módems PLC internos.

5.1.3 BPL de media tensión.

De forma similar al acceso a los sistemas BPL de baja tensión que utilizan redes de

distribución de energía como un medio de transmisión, las redes de distribución de

media tensión pueden emplearse para varios servicios BPL. Generalmente la

estructuración de los sistemas BPL de media tensión (MV BPL) no es diferente a las

redes de baja tensión. Así las redes BPL de media tensión incluyen los mismos

elementos de red como: módems BPL que conectan al usuario final con la media

tensión como medio de transmisión, una estación base que conecta una red BPL de

media tensión a un backbone, repetidores y gateways.

Una red eléctrica de media tensión usualmente distribuye a varias redes de baja

tensión. Como consecuencia, una red MV BPL puede utilizarse como una red de

distribución, conectando un número de redes de acceso BPL al backbone




2009

85

Incluso las condiciones de transmisión en las redes de media tensión son mejores que

en las redes de baja tensión utilizadas en las redes de acceso BPL.

5.1.4 Problemas de BPL.

El principal problema es que las líneas eléctricas son intrínsecamente un entorno

muy ruidoso y atenúan la señal. Las causas de degradación de la señal pueden ser:

Interferencia: la interferencia desde sistemas cercanos pueden causar

degradación a la señal, el modem no puede funcionar para determinar una

frecuencia específica entre muchas señales en el mismo ancho de banda.

Atenuación de la señal por dispositivos activos: dispositivos como relés,

transistores, y rectificadores crean ruido en su respectivo sistema,

aumentando la probabilidad de degradación de la señal.

Atenuación de la señal por dispositivos pasivos: transformadores y

convertidores DC-DC, las señales BPL no pueden atravesar los

transformadores, su alta inductancia hace que estos actúen como filtro paso

bajo, bloqueando las señales de alta frecuencia, por esto en los

transformadores se necesita de repetidores Bypass para que la señal pase al

nodo receptor. Un dispositivo bypass consiste de tres elementos, un

desacoplador capacitivo, se gestiona la señal con un nodo repetidor, y

entonces se reacopla capacitivamente hacia la línea de media tensión.

El segundo mayor problema es la longitud de onda de la señal y la frecuencia de

operación. El sistema está pensado para usar frecuencias de 10 a 30 MHz, las cuales

han sido usadas por muchas décadas por operadores de radio, también por difusores

de onda corta internacional y una variedad de sistemas de comunicación (militar,

aeronáutica, etc). Las líneas eléctricas son no apantalladas y actúan como antenas

para las señales que estén llevando, y tienen una potencial interferencia con

comunicaciones de radio de onda corta. El sistema BPL usa modulación OFDM, la

cual permite mitigar la interferencia con servicios de radio.

5.1.5 Impacto de disturbios y limitación de tasas de datos.

Debido a que la potencia de la señal es limitada, las redes BPL llegan a ser más

sensibles a los disturbios y no son adecuadas para grandes distancias, ya que no

aseguran una suficiente capacidad de transmisión. Los disturbios desde los entornos

de red BPL son causados por otros servicios (como radio de onda corta) operando en

el rango de frecuencias debajo de los 30 MHz. Hay también disturbios provenientes

desde la propia red BPL; maquinaria pesada; como electromotores que podrían

conectarse a la red de bajo voltaje o pueden estar cerca de la red BPL; TV y

monitores de computadoras como también impulsos de disturbios causados por




2009

86

conmutación on/off de aplicaciones y dispositivos de control de ángulo. Finalmente

los disturbios pueden producirse también por redes vecinas BPL.

La aplicación de los mecanismos de manejo de errores es necesaria en redes BPL por

los inconvenientes de disturbios en el funcionamiento. En consecuencia las redes

BPL tienen que operar con bajas tasas de datos adicionales para la aplicación de

mecanismos de manejo de errores, además una red BPL representa un medio de

transmisión compartido, utilizado por todos los abonados de una forma

independiente (Figura 5.7). Como consecuencia la capacidad de las redes BPL se ve

reducida. (Hrasnica, Haidine y Lehnert 2004)

Figura 5. 7 Medio de trasmisión compartido en redes de acceso BPL.

5.1.6 Técnicas de Modulación para Sistemas BPL.

Las comunicaciones a través de las redes eléctricas están caracterizadas por múltiples

e impredecibles formas de interferencia, provocando un medio poco confiable y poco

robusto para la comunicación.

Estas condiciones han hecho que el sistema de modulación empleado en la

tecnología BPL deba contar con importantes ventajas y fortalezas frente al resto de

técnicas.

Esencialmente se utilizan los siguientes tipos de modulación:

DSSSM “Direct Sequence Spread Spectrum Modulation”

FHSSM “Frequency Hopping Spread Spectrum Modulation”

OFDM “Orthogonal Frequency Division Multiplex”

Cada una de estas técnicas para acoplar la señal al canal de comunicación cuenta con

ventajas y desventajas, las cuales se detallan a continuación:

Las técnicas de espectro ensanchado (FHSS y DSSS) consisten en distribuir la

potencia de la señal a lo largo de un amplio espectro de frecuencias de modo que la

densidad espectral de potencia sea alta. Además, éstas permiten contar con un

sistema muy robusto frente a interferencias.




2009

87

El inconveniente es que ello supone un gran ancho de banda, otro problema al

aplicarlos al canal BPL es la interferencia debida a los múltiples caminos que puede

seguir la señal.

Al final ha sido un sistema adaptativo el que se ha impuesto, se trata de OFDM, una

técnica que consiste en modular un gran número de portadoras de banda estrecha

distribuida. Ésta permite alta eficiencia espectral y maneja muy bien el ruido, los

cambios de impedancia y las reflexiones producidas por los múltiples caminos que

recorre la señal. En la Tabla 5.1 se muestran las características de los sistemas de

modulación empleados en BPL. (PÁEZ ALEAGA 2007)

CARÁCTERÍSTICAS

MODULACIÓN

PORTADORA

SIMPLE

ESPECTRO

ENSANCHADO OFDM

EFICIENCIA ESPECTRAL Moderada Baja Bueno

ROBUSTEZ CONTRA DISTORSIONES DEL

CANAL Buena Mala Excelente

ROBUSTEZ CONTRA RUIDO EN EL CANAL Buena Aceptable Aceptable

HABILIDAD PARA ADAPTARSE A

CAMBIOS EN EL CANAL Buena Aceptable Excelente

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA

(EMC) Pobre Excelente Buena

COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN Bajo Bajo Aceptable

Tabla 5. 1 Desempeño de sistemas de modulación BPL.

5.1.6.1 Modulación OFDM.

5.1.6.1.1 OFDM Esquema Multiportadora de Alta Velocidad.

La modulación OFDM está fuertemente relacionada con los saltos de frecuencia y

técnicas de espectro expandido. En OFDM, el espectro disponible es segmentado en

varios subcanales de banda estrecha. Un flujo de datos es transmitido por

Multiplexación por División de Frecuencia (FDM) usando N portadoras con las

frecuencias en paralelo.

Una excelente utilización del espectro resultaría ser un elemento clave para el éxito

de velocidades altas en BPL, porque se tendría características de un filtro pasabajos y

esto limitaría el uso del rango de frecuencias, por otro lado el uso de varios

fragmentos pueden ser excluidos para regulación.

En un sistema clásico de saltos de frecuencia la información es contenida en la

secuencia de frecuencias, como por ejemplo, las portadoras son transmitidas

secuencialmente. En OFDM, las diferencias sustanciales son que cada portadora es

ahora modulada y toman una parte del flujo de datos y que un gran número de

portadoras son transmitidas en paralelo.




2009

88

Como la señal trasmitida es ahora la suma de muchas portadoras moduladas, su

dominio de tiempo parece complicado, mientras que la magnitud del espectro es fija.

5.1.6.1.2 Esquemas de Modulación y Demodulación para OFDM.

La modulación OFDM divide el espectro del canal disponible en subportadoras

independientes, para lograr esto, todas las portadoras deben ser ortogonales, para

evitar la interferencia entre ellas.

La ortogonalidad se alcanza haciendo coincidir los picos del espectro de las

subportadoras con los valores nulos del espectro de las otras subportadoras

pertenecientes al mismo canal (Figura 5.8), lográndose como resultado un perfecto

alineamiento y espaciado de las señales subportadoras. (Centrosur Capacitación

Tecnología OFDM 2006)

Figura 5. 8 Ortogonalidad de Subportadoras.

La modulación y la demodulación se realizan individualmente para las señales en

subportadoras independientes. Si una o dos subportadoras con señales de diferentes

frecuencias se propagan y viajan a velocidades diferentes, el impacto es mínimo. Al

transmitir simultáneamente varias subportadoras se obtiene una alta tasa de

transmisión de datos. Una vez que la señal OFDM se transmite en varias

subportadoras paralelas, los bits para detección y corrección de errores FEC

(Forward Error Correction) se insertan en las mismas subportadoras, dichos bits de

corrección son utilizados en el receptor para recobrar bits perdidos debido a la

interferencia o multitrayectoria.

Este mecanismo de corrección de errores permite a OFDM maximizar la fiabilidad

de la transmisión de los datos, creando un sistema altamente tolerable al ruido, al

mismo tiempo es muy eficiente en el uso de banda y por lo tanto permite una amplia

cobertura de área punto a punto y multipunto.




2009

89

En este tipo de modulación el ancho de banda requerido es de 16,6 MHz pero se le

asigna 20 MHz por canal debido a que se le agrega unas pequeñas bandas de guarda

(Tabla 5.2). (Klaus 2001)

ITEM ESPECIFICACIÓN

Frecuencia Banda de 5 GHz

Salida 10 mW / MHz

Modulación (Velocidad de

Transmisión)

BPSK-OFDM (6 Mbps, 9 Mbps)

QPSK-OFDM (12 Mbps, 18 Mbps)

16 QAM-OFDM (24 Mbps, 36 Mbps)

64 QAM-OFDM (48 Mbps, 54 Mbps)

Subportadora 52

Longitud de símbolo OFDM 4 μs

Intervalo de guarda 0,8 μs

Intervalo de subportadora 312,5 KHz

Ancho de banda ocupado 16,6 MHz

Tabla 5. 2 Características de OFDM.

5.2 TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA W-MAN.

5.2.2 Aspectos Generales de WLAN (Wireless LAN).

Las Redes inalámbricas WLAN, al igual que una LAN, requieren un medio físico a

través del cual pasan las señales de transmisión. En lugar de utilizar el par trenzado

o cables de fibra óptica, las WLANs utilizan luz infrarroja (IR) o radio frecuencia

(RFs).

Una LAN inalámbrica está conectada en muchas ocasiones con una LAN cableada

en el mismo recinto, denominándose este campo de aplicación como ampliación o

extensión de redes LAN.

Una LAN troncal cableada, como una Ethernet, conecta varios servidores, estaciones

de trabajo y uno o más puentes o dispositivos de encaminamiento para la

comunicación con otras redes. Adicionalmente, un módulo de control (CM, Control

Module) funciona como interfaz con la LAN inalámbrica.

La configuración de la Figura 5.9 se denomina LAN inalámbrica de celda única

donde todos los sistemas finales inalámbricos se encuentran en el dominio de un

único módulo de control.




2009

90

Figura 5. 9 Configuración WLAN de celda única.

Otra configuración común, sugerida en la figura 5.10 es una LAN inalámbrica de

celdas múltiples donde existen varios módulos de control interconectados por una

LAN cableada. (Stallings 2004)

Figura 5. 10 Configuración WLAN de celdas múltiples.




2009

91

5.2.3 802.16

El protocolo 802.16 es un estándar creado en 2002 por el Instituto de Ingenieros

Eléctricos y Electrónicos (IEEE). Este protocolo trata la especificación para las

redes de acceso metropolitanas sin hilos de banda ancha (WMAN).

802.16 trabaja en las frecuencias comprendidas entre 10 GHz y 66 GHz, y las

velocidades que puede alcanzar varían entre 32 y 134 Mbps, según la distancia a la

que se encuentre el receptor, con canales de 28 MHz. La modulación es adaptativa,

lo que significa que en función de las condiciones del enlace, el sistema cambia el

tipo de modulación (64-QAM, 16-QAM o QPSK) para obtener mejor resultado. El

sistema trabaja únicamente bajo visibilidad directa y con estaciones fijas.

WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) es la marca que

certifica que un producto está conforme con los estándares de acceso inalámbrico

IEEE 802.16.

Debido a mejoras y ampliaciones de este estándar se han creado otros subestándares.

Entre ellos está el 802.16d, también llamado 802.16-2004 haciendo honor al año de

estandarización.

5.2.3.1 802.16d

Este protocolo ofrece una solución inalámbrica para acceso a Internet de banda ancha

de última milla, lo que significa que permite comunicaciones NLOS (Non Line Of

Sight). La velocidad máxima que puede alcanzar es de 108 Mbps, con canales de 20

MHz. Funciona en la banda entre 1 GHz y 11 GHz. En este proyecto se trabajará en

la banda libre de 5,725 MHz a 5,850 MHz.

Con la misma idea que Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

y Wi-Fi (Wireless Fidelity) aparece Pre-Wimax, certificando los productos que

soportan el subestándar 802.16d.




2009

92

CAPÍTULO 6

DISEÑO DE COMUNICACIONES PARA LOS RECONECADORES.

6.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LOS EQUIPOS RECONECTADORES.

Actualmente en el área de concesión de la Centrosur se encuentran instalados 22

reconectadores electrónicos de los cuales 15 tienen capacidad de comunicación14

, los

mismos que se muestran en la Tabla 6.1 junto con su ubicación geográfica.

RECONECTADORES LATITUD (S) LONGITUD (W) ELEVACIÓN

(m)

La Paz 3°19’42.4374” 79°10’12.3093” 3040

Guachapala 2°45’05.4436” 78°39’45.3834” 2620

Sta. Isabel 3°15’38.7042” 79°19’2.7177” 1780

Minas (Baños) 2°55’37.9268” 79°05’40.7206” 2760

Lentag 3°13’58.3201” 79°14’6.2461” 1720

Estación Cumbe 3°02’15.3971” 79°03’9.4791” 2625

El Valle 2°56’37.0335” 78°57’23.5793” 2670

El Descanso (vía Jadán) 2°50’49.7015” 78°52’50.1632” 2350

Biblián 2°42’22.7881” 78°53’48.3527” 2620

Cañar 2°34’12.6012” 78°55’51.9251” 3200

Colegio Garaicoa 2°54’45.4930” 78°59’13.0702” 2504

La Dolorosa (Ricaurte) 2°50’49.2209” 78°58’18.2934” 2682

Suscal 2°27’30.4917” 79°04’46.2228” 2760

Challuabamba 2°51’22.1090” 78°55’24.7317” 2410

S/E Paute (entrada a Paute) 2°47’14.3391” 78°45’50.1879” 2180

Tabla 6. 1 Ubicación de los Reconectadores.

6.2 ESTRUCTURA GENERAL DE DISEÑO.

El diseño de una red cualquiera que sea su aplicación debe garantizar condiciones

tales como: una fácil y eficiente administración, calidad de servicio en las

aplicaciones que lo requieran, que permita trabajar en un ambiente seguro y que

pueda interoperar con otras redes de modo que sea altamente útil y confiable.

En la Figura 6.1 se muestra un esquema general de los enlaces de comunicaciones

desde los reconectadores hacia el SCADA. Más adelante se indicará a detalle cómo

14 Fuente: Base de datos G.I.S. Centrosur




2009

93

realizar estos enlaces con cada una de las tecnologías, de manera que los

reconectadores sean parte de este sistema.

Figura 6. 1 Esquema general del sistema de comunicaciones.

En el edificio matriz de la Centrosur se ha puesto a disposición un equipo RTU

ELITEL 4000, que maneja el protocolo DNP 3.0 serial, éste se encargará de realizar

un polling o barrido secuencial de todos los reconectadores, es decir se encargará del

control de la comunicación, además tendrá la posibilidad de recibir información

desde los reconectadores sin importarle el tipo de red que se use para los enlaces.

Por lo tanto, para cualquier tecnología que se adopte en el diseño, la RTU debe hacer

el mismo control de la comunicación15

.

Para la comunicación entre los reconectadores y la red de enlace hacia la RTU se

usará el protocolo de comunicación DNP3.0 serial encapsulado en TCP/IP. Mientras

que para la comunicación entre la RTU y la red se utilizará el protocolo de

comunicación DNP3 LAN/WAN para poder direccionar a los diferentes

reconectadores a través de la red. Es por esto que entre la RTU ELITEL 4000 y la

red se necesita de un conversor de protocolos de DNP3.0 serial a DNP3 LAN/WAN,

o se debería adquirir otra RTU que tenga la capacidad de manejar el protocolo DNP3

LAN/WAN.

15 La RTU ELITEL 4000 se utilizará para pruebas de laboratorio para analizar la compatibilidad del perfil DNP3

del PCD y para análisis de tramas. Para la implementación del proyecto se deberá modificar los puertos de la

RTU o utilizar otro equipo, ya que ésta no trabaja con redes IP como se vio en el punto 2.4.2.




2009

94

Por otro lado la RTU se comunicará con el sistema SCADA utilizando el protocolo

IEC 60870-5-101, por lo que la RTU deberá también manejar este protocolo. En este

punto cabe recalcar que la integración de los reconectadores hacia el SCADA no es

parte de este diseño.

6.3 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA GPRS.

6.3.1 Requerimientos técnicos del sistema.

Para definir los requerimientos del sistema debemos tomar en cuenta que la

transmisión de datos en GPRS se lo hace mediante la conmutación de paquetes,

como se vio en capítulos anteriores. Las debidas consideraciones se realizan en las

diferentes capas del modelo TCP/IP, especialmente en las capas de red y enlace,

considerando la longitud del paquete, el tamaño de las cabeceras, la velocidad de

transmisión y la aplicación específica.

En el Capítulo 4 se explicó que GPRS tiene una velocidad teórica máxima de 171.2

Kbps, pero esta velocidad se ve disminuida si se considera que existen bits de

señalización, control, sincronismo, bits de cabecera para direccionamiento en la capa

de enlace, etc. Por lo que la velocidad efectiva de transmisión de datos para la capa

de red disminuye aproximadamente a 144 Kbps, en el caso de que se utilice los 8

canales que dispone GPRS. (PAREDES Ana María s.f.)

6.3.1.1 Análisis del tráfico producido por el sistema durante la transmisión de

datos.

A continuación se realizará un análisis del tráfico promedio producido en cada uno

de los reconectadores.

6.3.1.1.1 Cálculo del volumen de datos capturados.

Debido a la importancia de los datos que se van a transmitir desde los reconectadores

para ser procesados en el sitio de trabajo del sistema SCADA, éstos deben ser

adquiridos en tiempo real, por lo tanto el sistema de comunicación que se va a

diseñar consta de dos tipos de transmisión y adquisición de datos. En primer lugar

los datos serán enviados de manera automática desde los reconectadores a la unidad

central de procesamiento cada vez que se registre un cambio en los mismos, a este

mecanismo se lo conoce con el nombre de respuestas no solicitadas, como se vio en

el capítulo 2. El segundo modelo para la adquisición de datos es hacer un barrido

periódico desde la estación central de procesamiento (RTU) a cada uno de los

reconectadores, a este proceso se lo conoce como polling. Aquí el software de la

RTU que controlará los reconectadores deberá configurarse el período de tiempo que

se usará para capturar los datos de cada reconectador.




2009

95

Para este diseño se ha elegido un período de tiempo de 5 minutos que se cree

conveniente tomando en cuenta el otro tipo de adquisición de datos de respuestas no

solicitadas.

6.3.1.1.2 Cálculo de la cantidad de datos enviados por el PCD del

reconectador.

Para determinar la cantidad de información que enviará el PCD de cada

reconectador, primero debemos determinar que parámetros se van a solicitar, y de

acuerdo a esto dimensionar la cantidad de información en bytes que producirá tanto

una solicitud como una respuesta.

Los parámetros mostrados en la Tabla 6.216

son los que se van a requerir en la

estación central de procesamiento, aquí se muestra además la cantidad de bytes que

produce cada solicitud y respuesta.

Estos datos fueron obtenidos usando el software ASE2000, que permite medir el

tráfico de datos incluidos las cabeceras de control que pone el protocolo, en este caso

el protocolo DNP3.0. (ASE2000 Communication Test Set Software and Protocol

License Agreement 2007)

Esta prueba de laboratorio se realiza de forma similar como se hicieron las pruebas

funcionales en el capítulo 2.

En esta tabla se observa también la cantidad de bytes que se producen al hacer una

solicitud de cada parámetro por separado, y la cantidad de bytes que se producen al

pedir en una misma solicitud todos los parámetros requeridos de un mismo tipo.

16

Fuente: Departamento de Supervisión y Operación Centrosur




2009

96

SEÑALES DE RECONECTADORES

Solicitud individual

(Bytes)17

Solicitud en conjunto

(Bytes)

Señales binarias de entrada Solicitud Respuesta Solicitud Respuesta

INTERRUPTOR 22KV (CERRADO / ABIERTO) 20 23 32 25

LOCAL/REMOTO 20 23

FALLA PCD 20 23

DISPARO DE FASE A 20 23

DISPARO DE FASE B 20 23

DISPARO DE FASE C 20 23

SOBRECORRENTE INSTANTÁNEA DE FASE 20 23

SOBRECORRIENTE INSTANTÁNEA DE NEUTRO 20 23

SOBRECORRENTE TEMPORIZADA DE FASE 20 23

SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA DE NEUTRO 20 23

FRECUENCIA 20 23

DISTANCIA DE FALLA (Km) 31 31 31 31

CORRIENTE DE FALLA (A) 31 31 31 31

Señales binarias de salida Solicitud Respuesta Solicitud Respuesta

INTERRUPTOR DE 22kV (CERRAR / REPONER) 62 62 62 62

RESET DE ALARMAS (REPONER / ACTUAR) 31 31 31 31

Señales analógicas de entrada Solicitud Respuesta Solicitud Respuesta

POTENCIA ACTIVA TRIFASICA (KW) 31 67 31 67

POTENCIA ACTIVA FASE A (KW) 31 67

POTENCIA ACTIVA FASE B (KW) 31 67

POTENCIA ACTIVA FASE C (KW) 31 67

POTENCIA REACTIVA TRIFASICA (KVAR) 31 67

POTENCIA REACTIVA FASE A (KVAR) 31 67

POTENCIA REACTIVA FASE B (KVAR) 31 67

POTENCIA REACTIVA FASE C (KVAR) 31 67

CORRIENTE DEL NEUTRO (A) 31 67

TENSIÓN DE BARRA DE 22KV (V) 31 67

Suma bytes 218 247

TOTAL (bytes) 465

Tabla 6. 2 Parámetros requeridos por la estación central de procesamiento.

Del análisis anterior se aprecia que para reducir la cantidad de bytes en la

transmisión de los datos, es recomendable hacer las solicitudes en conjunto, ya que

17

Estos bytes comprenden toda la trama incluido la corrección de errores, es decir la medición se realiza en la capa de usuario.




2009

97

de esta manera se puede reducir el costo por utilización de la red GPRS, debido a que

la facturación depende de la cantidad de información que se envíe.

6.3.1.1.3 Cálculo de la velocidad de transmisión.

Considerando que las respuestas no solicitadas son las que envían la información de

la red eléctrica al momento de cualquier disturbio, y este tiempo de transmisión es el

que influirá en la toma de decisiones, entonces el tiempo de transmisión mediante la

solicitud o polling, no es primordial. En base a este razonamiento se hará el estudio

únicamente para las respuestas no solicitadas.

La medida de la cantidad de datos que producen las alarmas en el caso de que todas

ocurran simultáneamente, es decir los 11 parámetros primeros de las señales binarias

de entrada, es de 25 bytes de respuesta, tomado de la tabla 6.2. Estos datos serán

transmitidos mediante una respuesta no solicitada. En el supuesto caso más crítico

que ocurra una de estas respuestas, en todos los reconectadores y al mismo tiempo,

tendríamos un total de datos a transmitirse de:

25 𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠 × 15 𝑅𝑒𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 375𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑅𝑒𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

375𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑅𝑒𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟× 8

𝑏𝑖𝑡𝑠

𝑏𝑦𝑡𝑒=

3000𝑏𝑖𝑡𝑠

𝑅𝑒𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

De este análisis se obtiene que para enviar todos los datos hacia la estación de

procesamiento, se requiere una velocidad de 3 Kbps. La velocidad de un canal en

GPRS es 14.4Kbps, por lo que se concluye que con un solo canal se puede

transportar esta cantidad de información sin ningún problema. Adicionalmente se

dispone de 8 canales por usuario; consecuentemente, se puede lograr tasas máximas

teóricas de 171Kbps. Esto demuestra que la red GSM/GPRS no tendrá ningún

problema en transportar los 3000 bits en un tiempo de un segundo.

Si se usa un solo canal para transmitir todos los datos, el tiempo de transmisión sería

de:

3000 𝑏𝑖𝑡𝑠

14400 𝑏𝑖𝑡𝑠 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 = 0,2083 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 = 208,3 𝑚𝑖𝑙𝑖𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

Este tiempo de transmisión es muy bajo y no tendrá ninguna influencia negativa en la

toma de decisiones sobre la red eléctrica, considerando que este es un caso hipotético

que muy difícilmente se presentará en la operación real del sistema.

6.3.2 Selección y Características de los equipos GPRS.

Los elementos necesarios para el diseño en cada uno de los reconectadores son:




2009

98

Modem GPRS

Tarjeta SIM para GPRS

Conversor de interface Ethernet / RS232

A continuación se muestran los requerimientos y las características generales que

deben tener estos equipos:

Frecuencia de operación.- se refiere al rango de frecuencias dentro del cual se

puede utilizar el equipo para la transmisión y recepción de la información, su

valor depende de la operadora celular seleccionada; en este caso PORTA trabaja

con una frecuencia de operación de 850 MHz.

Salida de potencia.- el módem deberá cumplir con el nivel de potencia permitido

por la Superintendencia de Telecomunicaciones para transmitir la señal; es decir,

un valor de 3W máximo.

Velocidad de datos.- la velocidad de transmisión de datos del módem debe ser

mayor a la velocidad requerida por el sistema.

Interfaz de comunicación.- en lo posible debe ser compatible con la interfaz del

PCD del reconectador. Por lo tanto el modem debería tener cualquiera de estas

interfaces incluidas en el PCD: RS-232, RS-485; caso contrario se deberá utilizar

un conversor de interfaz.

Ciclo de servicio.- debe ser de manera continua; debido a que la adquisición de

datos por el PCD es permanentemente.

Para la selección de los equipos se tomó en cuenta las recomendaciones hechas

por parte de la operadora PORTA, para lo cual se recomienda realizar pruebas en

campo con equipos de la marca LIGHTSPEED ofrecidos por la empresa

Aldeberán. Considerando que estos equipos cumplen con todos los

requerimientos, en este diseño se usaran equipos de esta marca.

Los equipos de comunicación seleccionados son:

1. Tarjeta SIM.- necesaria para la comunicación será ofrecida por la operadora

seleccionada, en este caso Porta.

2. Router Mobile3G LSP-250C.- el equipo de la marca LIGHTSPEED

mostrado en la Figura 6.2, es el router LAN + WAN de tercera generación

más versátil para la provisión de Internet o transmisión de datos. (SPEED

s.f.)




2009

99

Figura 6. 2 Router Mobile 3G LSP-250C.

Características Técnicas.

Administración vía browser

Protección segura mediante Firewall

VPN pass through, PPTP, L2TP, IPSec

Uso de NAT para múltiples conexiones en LAN

Provisión Automática de direcciones vía DHCP

Función de chequeo de destino (KeepAlive) en Conexión 3G que permite

conexión 3G siempre en línea “Always On”

HSDPA hasta 3.6Mpbs

UMTS hasta 384Kbps

EDGE hasta 236.8Kbps

GPRS Multislot Class 10

5 Bandas 850/900/1800/1900/2100 MHz

Módulo HSDPA/UMTS/EDGE Siemens

Conexión LAN + WAN RS232

Interfaces.

1 puerto LAN 10/100 Mbps

1 puerto USB Para diagnóstico

SIM Card 3V/1.8V

Interface SMA para antena Externa (Viene con antena externa de 5dBi)

Condiciones de operación.

Operación Normal: -15 + 35 °C

Operación Extrema: -20 + 55 °C

Humedad Relativa 5-95% sin condensación




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100

3. Equipos UDS 1100 Lantronix.

El conversor UDS1100 es un dispositivo de puerto único (Figura 6.3), que

provee una rápida y sencilla alternativa para aprovechar las ventajas del acceso a

los datos y la administración remota de los dispositivos que no se encuentren

conectados a la red. (LANTRONIX n.d.)

Dispositivo

serial

Alimentación

Cable Ethernet

Categoría 5

Ethernet

10/100 BASE T

Figura 6. 3 Conversor de interface UDS 1100.

a. Aplicaciones.

La familia de dispositivos servidores UDS permite a los dispositivos seriales,

conectarse y comunicarse sobre redes Ethernet usando la familia de

protocolos IP (TCP para aplicaciones orientadas a conexión y UDP para

aplicaciones de datagrama).

Alarmas de seguridad

Dispositivos de control de acceso

Maquinas ATM

Dispositivos colectores de datos

Gestión de unidades UPS (Universal power supply)

Equipos de telecomunicaciones

Dispositivos mostradores de datos

Cualquier dispositivo asíncrono RS-232, RS422, o RS485

Usando el método llamado serial tunneling, el UDS encapsula los datos

seriales dentro de paquetes y los transporta sobre Ethernet.




2009

101

b. Soporte del protocolo.

El UDS usa el protocolo de internet (IP) para la red de comunicaciones y el

protocolo de control de transporte (TCP) para asegurar que ningún dato se

pierda o se duplique, y que cada cosa enviada llegue correctamente a la

tarjeta.

A continuación se listan los Protocolos soportados:

ARP, UDP, TCP, ICMP, Telnet, TFTP, Auto IP, DHCP, HTTP, y SNMP

para la red de comunicaciones.

TCP, UDP, y Telnet. Para conexiones al Puerto serial.

TFTP para actualización del firmware.

IP para direccionamiento, enrutamiento y manejo de bloques de datos sobre

la red.

Protocolo de datagrama de usuario (UDP), para aplicaciones típicas de

datagrama en las cuales los dispositivos interactúan con otros dispositivos sin

una conexión punto a punto.

6.3.3 Recopilación y fuentes de información.

Para conocer las características de la zona de implementación, se empleará la base de

datos del sistema G.I.S. de la empresa que permite determinar la localización física

exacta de cada elemento de la red. Cada uno de estos elementos está identificado

mediante un código, el cual permite conocer las características técnicas.

La cobertura GPRS en los puntos de ubicación de los reconectadores se analizó en el

capítulo 4.

6.3.4 Selección de reconectadores para tecnología GPRS.

Como se determinó en el capítulo anterior, los actuales reconectadores en su

totalidad pueden ser gestionados con esta tecnología, pero considerando que el

objetivo del presente diseño es utilizar en la medida posible la infraestructura

existente de la red WAN de la empresa eléctrica, para reducir costos de

implementación y operación del sistema, se realizó un análisis previo para

discriminar los reconectadores haciendo un estudio de los que pueden ser

gestionados con tecnología W/LAN o BPL. Para los reconectadores restantes se hará

el diseño con tecnología GPRS.

Es importante indicar que el diseño final dependerá del estudio económico de las

diferentes tecnologías estudiadas, es por esto que cabe la posibilidad de aplicar esta

tecnología para todos los reconectadores. No se puede aplicar el mismo criterio con




2009

102

las otras tecnologías ya que estas no pueden ser implementadas técnicamente para

todos los reconectadores sino sólo para algunos, los cuales se indicarán en sus

respectivos diseños.

Para explicar este diseño se hará un estudio para el reconectador ubicado en el sector

La Paz.

6.3.5 Diseño del sistema GPRS para el reconectador La Paz.

6.3.5.1 Características de la zona de servicio.

Como se indicó anteriormente todos los reconectadores podrían ser comunicados

usando esta tecnología, además cabe resaltar que el esquema de conexión es el

mismo para cualquier reconectador sin importar el lugar donde este se encuentre.

Se ha decidido de manera arbitraria realizar el diseño para el reconectador La Paz

ubicado en la provincia del Azuay, cantón Nabón, parroquia Las Nieves. El

reconectador se encuentra sobre la estructura de soporte de media tensión número

281723. El tramo de media tensión trifásico de 22 kV que alimenta a este equipo,

está conformado por el alimentador 1422 que parte desde la S/E 14.18

6.3.5.2 Esquema de conexión.

En la Figura 6.4 se muestra el detalle de lo que sería el acoplamiento del

reconectador al sistema de comunicación GPRS, este diseño se aplicará para

cualquier reconectador sin importar el lugar de ubicación.

El PCD del reconectador enviará la información hacia la RTU ubicada en el edificio

matriz de la Centrosur por medio de un router GPRS. Este dispositivo hará de

interfaz entre el equipo reconectador y la red GPRS.

Como los reconectadores manejan el protocolo DNP3.0 serial y la red GPRS maneja

direcciones IP, las mismas que son ofrecidas por el proveedor de esta tecnología, es

necesario incluir un conversor de interface Ethernet/RS232 entre los reconectadores

y el router GPRS. Este conversor es el encargado de encapsular la trama DNP3

serial en una trama IP dando así a los reconectadores una dirección IP, con lo que

puede enrutarse a través de la red. Además deberá ser configurado con la dirección

IP que será asignada por la operadora móvil.

Por otro lado para la conexión entre la red GPRS y la RTU, se hará uso de un enlace

dedicado de 128 Kbps que actualmente tiene contratado la Centrosur con la

operadora Porta. Este enlace inalámbrico denominado conexión de última milla,

18

Fuente: GIS (Centrosur).




2009

103

inicia en un nodo de la operadora ubicado en Ictocruz y se dirige hacia un router

Cisco 800 ubicado en el edificio matriz.

Conversor

Ethernet / RS232

Modem

GPRS

PCD

Reconectador

Enlace dedicado

128 Kbps

Router Cisco

800

Switch MRV OS400

Conversor

DNP Serial / DNP LAN-WAN

RTU ELITEL 4000

SCADA

Red GSM / GPRS

Edificio Matriz Centrosur

Figura 6. 4 Diseño del sistema con tecnología GPRS para Reconectador La Paz.

6.3.5.3 Número de equipos GPRS en la red.

En la Tabla 6.3 se muestran los equipos necesarios para cada uno de los

reconectadores así como los equipos totales para los 15 reconectadores.

Equipos Cantidad por cada Reconectador Total Reconectadores

Router GPRS 1 15

Tarjeta SIM GPRS 1 15

Conversor de Interface 1 15

Tabla 6. 3 Equipos necesarios para el diseño.

6.4 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA BPL.

6.4.1 Requerimientos del diseño con tecnología BPL.

Los elementos principales que se requieren para la implementación de este sistema

sin considerar los accesorios como cables ni la herrajería necesaria para su montaje

se indican a continuación:

Gateway de acceso Head End

Repetidores




2009

104

Acopladores de media tensión


6.4.2 Selección y características de los equipos BPL.

El diseño del sistema de comunicación se realizará con equipos de la marca Corinex,

debido que éstos actualmente se están utilizando en la Dirección de

Telecomunicaciones (DITEL) de la Centrosur, en proyectos BPL en el Centro

Histórico de Cuenca, además las características de ancho de banda de estos equipos

están muy por encima de lo requerido.

A continuación se indican los modelos de equipos que se utilizan en este diseño,

junto con sus características.

1. Gateway de acceso de media tensión (CXP-MVA-GNR)

Los dispositivos de media tensión BPL se usan para inyectar y repetir la señal BPL

sobre las líneas de media tensión, por medio de un acoplador de media tensión. Por

lo tanto este equipo (Figura 6.5) será el que se utilice como gateway de acceso y

también como repetidor. (Corinex s.f.)

Figura 6. 5 Gateway de acceso CXP-MVA-GNR.

Características:

Conectividad de 200 Mbps

Alcance de hasta 200-600 m, para diseño se usara 180 m máximo

Inyección en media y baja tensión,

funcionamiento como repetidor de señales BPL

Soporta 2048 direcciones MAC

Soporta VoIP y tráfico de datos

Opera a 110/240 V AC, 50/60 Hz




2009

105

Usa FDD (duplexación por división de frecuencia) para maximizar la distancia de

propagación.

Conexión al backaul WAN por medio de conector RJ 45

Conexión hacia acoplador a través de cable de poder o interface coaxial

2. Acopladores de media tensión.

El acoplador (Figura 6.6), toma la salida de los dispositivos BPL (típicamente

coaxial) y acopla la señal capacitivamente sobre las líneas de media tensión aéreas.

(Arteche n.d.)

Figura 6. 6 Acoplador de media tensión Arteche Overcap-S.

Características:

OVERCAP para instalación colgado de la línea con gancho Hot Line Clamp.

Solución de acoplamiento capacitivo para líneas aéreas de MT. Hasta 24 kV.

Instalación fácil, rápida y segura sin necesidad de descargar la línea.

Dimensiones y peso reducidos.

Bajas pérdidas de inserción < 2dB en todo el rango de frecuencias (2-40 MHz).

Tensiones de aislamiento hasta 36 kV.

Completa batería de ensayos en laboratorios certificados.

Nueva envolvente de silicona que proporciona un mejor aislamiento eléctrico en

intemperie.

Línea de fuga para entornos altamente contaminados (nivel IV según IEC 358).




2009

106

Desconectador de tierra integrado para garantizar la desconexión de tierra en el

caso de fallo interno del acoplador.

3. Conversor de interface UDS 1100 Lantronix

Se usará el mismo equipo mostrado en la sección 6.3.2 del presente capítulo.


Para conocer las características de la zona de implementación se realizará un

reconocimiento físico de las instalaciones y el equipamiento existente, con el

objetivo de identificar parámetros específicos del medio como: tensión, equipos

conectados, distancias y tipo de conductor. La base de datos obtenida del sistema

G.I.S. permite determinar la localización física exacta de cada elemento de la red.

Cada uno de estos elementos está identificado mediante un código, el cual permite

establecer las características técnicas.

6.4.4 Selección de reconectadores para esta tecnología.

Para los distintos reconectadores, se ha obtenido la distancia de recorrido del

alimentador entre un punto de acceso a la red WAN y el reconectador. Estas

distancias se muestran en la Tabla 6.419

, junto con el alimentador y el número de

repetidores necesarios en el recorrido.

Cabe mencionar que únicamente se realizará el diseño para reconectadores que

requieran menos de 9 repetidores en su enlace, debido al incremento de los costos

comparado con otras tecnologías, que será evaluado en el siguiente capítulo.

Además el número de repetidores que se muestran en la Tabla 6.4 es una

aproximación, debido a que estos dependen de las distancias entre estructuras de

soporte y no de la distancia total del enlace como fueron calculados en esta tabla.

El diseño que se realizará más adelante nos dará el número exacto de repetidores

necesarios para la comunicación.

19

Fuente: GIS (Centrosur).




2009

107

Ubicación

reconectador

Punto de acceso a red

WAN Alimentador Voltaje (KV)

Distancia de

alimentador km

# de

repetidores

Suscal Agencia Suscal 1823 22 4,567 26

Guachapala Agencia Paute 1222 22 14,83 83

El Valle Edificio Centrosur 321 22 7,64 43

Garaicoa S/E 3 323 22 1,14136 7

Minas Baños Edificio Centrosur 525 22 14 78

Sta. Isabel Agencia Sta. Isabel 1421 22 2,871 16

Lentag Agencia Sta. Isabel 1423 22 14,43 81

La Paz Loma Paica 1422 22 7,035 40

La Paz Agencia Nabón 1422 22 15,08 84

El Descanso S/E 12 1221 22 1,43803 8

Ricaurte S/E7 723 22 4,673 26

Cumbe Agencia Girón 521 22 17,43 97

Cumbe Simbala 521 22 14,17 79

Paute Agencia Paute 1222-1522 22 2,7 15

Biblián Agencia Biblián 1223 22 1,9 11

TRAMOS DE ALIMENTADORES CON MENOS DE 9 REPETIDORES

Garaicoa S/E 3 323 22 1,14136 7

El Descanso S/E 12 1221 22 1,43803 8

Tabla 6. 4 Distancias de enlace y número de repetidores requeridos.

6.4.5 Diseño del sistema BPL para el reconectador Garaicoa.

6.4.5.1 Características de la zona de servicio.

De acuerdo con la selección de reconectadores que podrían usar esta tecnología se ha

determinado realizar el estudio para el reconectador ubicado en Cuenca en la

parroquia Monay junto al colegio Garaicoa. El reconectador se encuentra sobre la

estructura de soporte #335690 de media y baja tensión. El tramo de media tensión de

22 Kv que alimenta a este equipo, está conformado por el alimentador 0323 que parte

desde la S/E 3 ubicada junto al edificio matriz de la Centrosur. Este alimentador

tiene un tramo subterráneo a la altura del redondel de la Av. Max Uhle. Las

características del alimentador se muestran en la Tabla 6.5.20

20

Fuente: Base de datos GIS (Centrosur).




2009

108

Descripción Aéreo Subterráneo

Alimentador 0323 0323

Configuración 3F4C 3F4C

Conductor Fase 2/0 ACSR XLPE 3/0 AWG

Conductor Neutro 2 ACSR XLPE 1/0

Voltaje 22000 22000

Tabla 6. 5 Características del alimentador 0323.

6.4.5.2 Esquema de conexión.

El esquema a implementar se muestra en la Figura 6.7. El PCD del reconectador

acopla la señal de informacion al alimentador 0323 de media tension a través de un

Head End de media tension denominado esclavo, para esto se necesita un convertidor

de interface Ethernet/RS232.

Por medio del alimentador 0323 se transmite la señal BPL hasta un equipo de

cabecera Head End de media tensión denominado maestro, ubicado en la S/3, que

sirve de interface entre la red WAN y el reconectador. Este equipo Head End se

conecta directamente por medio de cable Ethernet al Switch 3C16470 de la marca

3COM mediante conector RJ45 que a su vez está conectado al cisco IP/MPLS 1800

en el rack de comunicaciones ubicado en la subestacion. Esta conexión permitirá el

acceso hacia la red WAN, medio por la cual se enviará la señal hasta un punto central

(RTU) que será quien reciba las señales de los diferentes reconectadores para realizar

la respectiva gestión.




2009

109

Figura 6. 7 Enlace Reconectador Garaicoa –S/E3.

6.4.5.3 Número de equipos BPL en la red.

Para el diseño se ha tomado como referencia distancias máximas entre repetidores de

180m, obtenidas de las pruebas de campo realizadas por la Centrosur en un proyecto

en el centro de la ciudad. Para obtener la distancia real aplicable en el diseño actual

es necesario realizar las pruebas respectivas. La Tabla 6.6 muestra los equipos

necesarios para la comunicación BPL.

Equipos Unidad Cantidad

Head End u 2

Repetidores u 7

Acopladores u 18

Cable Ethernet m 100

Cable Coaxial RG-59 m 27

Conversor Interface Eth/RS232 u 1

Tabla 6. 6 Equipos requeridos para el diseño.




2009

110

6.4.5.4 Ubicación de equipos en la red.

La Figura 6.8 muestra un diagrama unifilar del enlace, con las distancias entre

repetidores, además contiene una vista de la conexión física de los mismos.

Figura 6. 8 Diagrama unifilar del enlace.

La Tabla 6.721

muestra la ubicación de los repetidores en las diferentes estructuras

soporte.

21

Fuente: Base de datos GIS (Centrosur).




2009

111

Equipos Número de Poste

Head End Maestro En estructura S/E3

Head End Esclavo 335690

Repetidor 1 253850

Repetidor 2 253852

Repetidor 3 203966

Repetidor 4 253858

Repetidor 5 253862

Repetidor 6 253865

Repetidor 7 253870

Tabla 6. 7 Ubicación de equipos en poste.

6.5 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA DE FIBRA ÓPTICA.

En este punto del diseño se ha optado por no hacer un estudio detallado del sistema

debido al gran costo que tiene la implementación del mismo y la subutilización de las

capacidades que brinda la fibra.

Por otro lado, el presente estudio selecciona los reconectadores que ofrecen mejores

prestaciones para usar esta tecnología, así como los puntos a donde se deberán enlazar.

Para esto se evaluarán las distancias entre el equipo y un punto de acceso a la red WAN

de la Centrosur, y se realizará un diseño general para uno de los reconectadores.


Para los distintos reconectadores, se ha obtenido la distancia de recorrido del

alimentador entre un punto de acceso a la red WAN y el reconectador. Debido al

incremento de los costos con respecto a la distancia, los reconectadores que se

analizarán mediante esta tecnología serán los que más cerca se encuentren de un punto

de acceso. Es necesario indicar que se obtuvieron las distancias para todos los

reconectadores, pero en la Tabla 6.8 únicamente se presentan las distancias inferiores a

3 Km.




2009

112

Ubicación

reconectador

Punto de acceso a red

WAN Alimentador Voltaje (KV)

Distancia de

alimentador

km

Garaicoa S/E 3 323 22 1,14136

Sta. Isabel Agencia Sta. Isabel 1421 22 2,871

El Descanso S/E 12 1221 22 1,43803

Paute Agencia Paute 1222-1522 22 2,7

Biblián Agencia Biblián 1223 22 1,9

Tabla 6. 8 Distancias de enlace hacia un punto de acceso a la red WAN.

6.5.2 Esquema de conexión.

La Figura 6.9 muestra un esquema referencial que podría utilizarse para la

implementacion de este sistema para el reconectador El Descanso hacia la Subestación

12. Cabe indicar que debido a la generalidad de este diseño, el esquema mostrado

contiene unicamente los equipos principales para la comunicación, por lo tanto equipos

como conversores de interface o tipos de conectores que se necesiten, no se presentan

en el esquema.

El PCD del reconectador contiene un puerto de fibra óptica que permite inyectar la señal

directamente sobre la fibra. Por medio de un transmisor óptico, y usando la fibra como

medio de transmisión llega la señal a un receptor óptico ó media converter ubicado en

una determinada subestación, y de esta manera se puede acceder a la red WAN de la

Centrosur.

La fibra óptica Figura “8”22

deberá ser tendida siguiendo las estructuras de soporte que

sostienen el alimentador de media tensión al que está conectado el reconectador.

22 El cable óptico Figura “8” se utiliza para instalaciones aéreas con vanos cortos (hasta de 150 metros), existen en el

mercado cables de 6, 12, 24 y 36 fibras con características tales como resistencia a la corrosión, baja fricción de

instalación.




2009

113

Figura 6. 9 Esquema referencial de conexión para reconectador El Descanso.

6.6 DISEÑO DE ENLACE CON TECNOLOGÍA INALÁMBRICA W-MAN.

Para este diseño se deben hacer las siguientes consideraciones: ubicación de los equipos

transmisores, áreas de cobertura, alcance de los equipos y causas de posibles

limitaciones, adicionalmente se debe tomar en cuenta la velocidad de transmisión y

ancho de banda requerido por las aplicaciones.

6.6.1 Requerimientos del diseño con tecnología inalámbrica W-MAN.

Los elementos que se requieren para la implementación de este sistema sin considerar

los accesorios como cables ni la herrajería necesaria para su montaje se indican a

continuación:




2009

114

Unidades de Acceso AU’s

Unidades Suscriptoras SU’s


Considerando que para este diseño se utilizarán los equipos existentes en la red WAN,

entonces no serán necesarias las unidades de acceso23

. Sin embargo se deberá

considerar los parámetros como la frecuencia de operación que actualmente utilizan

estos equipos, los cuales trabajan en la banda libre de 5,8 Ghz. Además se debe

considerar que la disponibilidad del servicio para la transmisión de datos con estos

equipos es de 98,5 %.24

6.6.2 Selección y características de los equipos.

Los requerimientos del diseño, hacen necesario la adquisición de Unidades Suscriptoras

(SUs) para cada reconectador. Además se debe incluir un conversor de interfaz, para

los reconectadores que pueden utilizar esta tecnología.

Ya que las unidades de acceso AU’s existentes son de la marca Alvarion, los SU’s

deberán ser compatibles con estos equipos, por lo que en este trabajo se consideran

productos de la marca: Alvarion Breeze Access para los SU’s, y los equipos UDS 2100

Lantronix para los conversores.

6.6.2.1 Equipos Alvarion Breeze Access VL.

Los equipos Alvarion tienen un ancho de banda del canal de 10 ó 20 MHz y operan en

la banda de los 5 Ghz (no licenciada). Tiene 64 subportadoras, y una separación de

frecuencias entre subportadoras de 10 Mhz/64= 156,25 Khz.

Todos estos equipos incluyen los accesorios necesarios para su conexión y montaje.

6.6.2.1.1 Especificaciones Técnicas.

Al estar basado en TDD (Duplexación por división de tiempo), las frecuencias de

transmisión y recepción son las mismas. La Tabla 6.9 muestra las frecuencias a las que

pueden trabajar estos equipos, en nuestro caso se utilizarán equipos de 5.8 GHz, en el

caso particular del cerro Señor Pungo la AU adquirida trabaja en la frecuencia de 5,4

GHz, por lo que las SUs que se enlacen a ella deberán trabajar en esta misma

frecuencia. Las especificaciones técnicas de los equipos Alvarion se muestran en la

Tabla 6.10.

23

En el cerro Señor Pungo no está instalada aún una unidad de acceso AU como parte del backbone inalámbrico de

la red WAN, sin embargo la Centrosur ha adquirido un equipo para este fin, el cual será instalado próximamente. Por

lo tanto para el presente estudio se considerará a este equipo como existente dentro de la red. 24

Este valor incluye toda la red (inalámbrica y fibra óptica) y se obtuvo mediante un promedio de los reportes de

transmisión de datos efectuados por la Centrosur desde el mes de Enero hasta el mes de Junio de 2009.




2009

115

Tabla 6. 9 Frecuencias soportadas Alvarion.

Frecuencia 5.725-5.850 GHz

Modo de Funcionamiento Time Division Duplex

Método de Acceso Radio OFDM (FEC + Interleaving)

Ancho de banda de canal 10 MHz

Antena

Antena SU-

A/RB/BU

21 dBi, 10.5° horizontal x 10.5° vertical,

Cumple EN 302 085, Clase TS 1,2,3,4,5

Antena de Sector

16 dBi, 60° horizontal x 10° vertical,

Cumple EN 302 085, Clase CS 3





Potencia de salida AU -10 a 21 dBm. Ajustable en pasos de 1 dB

Potencia de salida SU -10 a 21 dBm. ATPC

Modulación BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM

Niveles de Modulación 1 2 3 4 5 6 7 8

Sensibilidad (dBm) -92 -91 -89 -87 -84 -80 -76 -74

Tabla 6. 10 Especificaciones Técnicas.

A continuación se indican todos los equipos necesarios para el enlace:

1. Unidades de Acceso (AU’s).

Como se mencionó anteriormente estos equipos están instalados en las estaciones

repetidoras de la red WAN, razón por la cual no será necesaria su adquisición, pero es

importante su análisis.




2009

116

El dispositivo existente AU de Breeze Access es el AU-D-SA-5.4-60-VL que se muestra

en la Figura 6.10.

Figura 6. 10 Unidades de Acceso AU.

Características:

Este equipo es conocido como estación Standalone y que está formado por tres

elementos principales que se analizan a continuación:

a. Estación Base Standalone (AU-SA-IDU).

AU-SA-IDU: módulo interfaz de red. Tiene dos puertos:

Ethernet 10/100 BaseT utilizado para conectar a la red.

Puerto radio para conectar a la ODU.

La AU-SA-IDU se conecta a la AU-SA-ODU mediante cable Ethernet

CAT5 (IOC):

El IOC transporta tráfico Ethernet, indicación de estado y alimenta a la

ODU (54 VDC).

Alimentación: 110/220 VAC.

b. Estación Base Standalone (AU-SA-ODU)

Bridge inalámbrico punto a multipunto.

Basado el estándar IEEE 802.11a.

Responsable del establecimiento de la conexión de red inalámbrica y de la

gestión de ancho de banda.




2009

117

Soporta ancho de banda de 10 ó 20 MHz.

Rango de potencia de salida de -10 a 21 dBm.

Soporta hasta 512 unidades suscriptoras (124 al usar cifrado de datos).

c. Antenas.

Hay diferentes antenas de sector disponibles (Tabla 6.11), que tienen las

siguientes características:

Jack tipo N de 50 Ω protegido frente a rayos.

El cable RF conectado a la antena debe ser lo más corto posible.

Se recomienda usar el cable RF proporcionado por Alvarion.

Antena Banda (GHz) AB Horizontal G (dBi)

AU-Ant-5G-17-60 5.150-5.875 60° 16

AU-Ant-5G-17-90 5.150-5.875 90° 17

AU-Ant-5G-15-120 5.150-5.875 120° 15

AU-Ant-ff-G-X-120 4.900-5.875 360° 8, 9, 14

Tabla 6. 11 Clases de antenas tipo sectorial.

En la Figura 6.11 se muestra el detalle de las conexiones entre las unidades internas y

externas para los AU’s.

Figura 6. 11 Esquema de conexión de los equipos AU’s.

2. Unidades Suscriptoras (SU’s).

Entre la gran variedad de SU’s de Breeze Access se ha seleccionado el dispositivo SU-

A-5.8-3-VL (Figura 6.12) que es compatible con la unidad de acceso, y para los




2009

118

reconectadores que se enlacen con el cerro Señor Pungo se ha seleccionado el

dispositivo SU-A-5.4-3-VL.

Figura 6. 12 Unidades Suscriptoras SU’s.

Características:

Disponible con antena externa e integrada.

Permite conectividad de largo alcance.

Alcance máximo de 54 Km.

Este equipo está formado por dos partes que se analizan a continuación:

a) SU-A/E-IDU: módulo interfaz de red.

Tiene dos puertos:

Ethernet 10/100 Base T usado para conectar a la red.

Puerto radio para conectar a la ODU.

La SU-A/E-IDU se conecta a la SU-A/E-ODU mediante cable Ethernet CAT5

(IOC) y conectores RJ45.

El IOC transporta tráfico Ethernet, indicación de estado y alimenta a la ODU (54

VDC).

Alimentación: 110/220 VAC.

La SU-IDU y la AU-SA-IDU son intercambiables.

b) SU-A/E-ODU y antena.

La ODU contiene los módulos radio y de procesamiento.

Rango de potencia de salida de la ODU: depende del código del país.




2009

119

Versión de potencia más baja (5.4 Ghz): -10 a +9 dBm.

Versión de potencia más alta: -10 a +21 dBm.

Ancho de banda de canal: 10 ó 20 Mhz.

Ganancia de antena (sólo SU-A-ODU): 20 dBi (HW rev. E), 21 dBi (Hw rev. C).

Consumo de potencia (ODU + IDU): 25 W.

En la Figura 6.13 se muestra el detalle de las conexiones entre las unidades internas y

externas para los SU’s.

Figura 6. 13 Esquema de conexión de los equipos SU’s.

3. Conversor de interface UDS 1100 Lantronix.

Este equipo es el mismo equipo mostrado en la sección 6.3.2, por lo tanto sus

características no se detallan.


Para determinar los equipos reconectadores que puedan utilizar esta tecnología, primero

se determinó la ubicación de las estaciones repetidoras de la red WAN, para lo cual se

utilizó el Sistema de Información Geográfica ya que permite determinar la localización

física exacta de cada elemento de la red, además se utilizó el software Google Earth

para determinar las distancias de los diferentes enlaces. Adicionalmente se realizó un

reconocimiento físico de los lugares donde se encuentran ubicados los distintos

reconectadores con el fin de conocer las características de la zona de implementación.




2009

120


Como ya se mencionó es necesario ubicar las estaciones repetidoras de la red WAN,

para determinar la cobertura de la misma y los reconectadores que puedan usar esta

tecnología. En la Figura 6.14 se muestra la posición geográfica de los equipos a

interconectarse; estaciones repetidoras y reconectadores.

Figura 6. 14 Ubicación Geográfica de los 15 reconectadores y las estaciones repetidoras de la

red WAN de la Centrosur.

La Tabla 6.12 muestra una breve descripción de la ubicación geográfica de las

estaciones repetidoras que forman parte del presente estudio.

ESTACIONES LATITUD

(S)

LONGITUD

(W)

ELEVACIÓN

(m)

Altarurco 2°28’43.43” 78°59’32.68” 3215

Buerán 2°36’31.10” 78°55’50.90” 3816

Villaflor 2°49’46.00” 78°48’13.00” 3042

Señor Pungo 2°48’59.95” 78°49’15.59” 3175

Guaguazhumi 2°53’32.50” 78°54’39.60” 3079

Ñuñurco 2°45’28.00” 78°40’06.00” 2486

Simbala 3°08’19.58” 79°04’40.15” 3146

Lomapaica 3°18’54.77” 79°08’20.35” 3433

Guallil 3°04’30.90” 78°48’58.70” 3248

Lomamauta 3°27’39.00” 79°08’22.00” 2574

Tabla 6. 12 Ubicación de las Estaciones.




2009

121

Con la ubicación de puntos principales a interconectar, se procede a obtener la distancia

entre los reconectadores y las estaciones repetidoras25

. Estas distancias se muestran en

la Tabla 6.13.

Cabe mencionar que es necesario hacer un estudio radioeléctrico para determinar si

estos reconectadores pueden usar esta tecnología, esto se realizará más adelante.

Reconectadores Estaciones Distancia (Km)

Cañar Altarurco 12,18

Suscal Altarurco 9,93

Biblián Buerán 11,43

El Descanso Villaflor 8,80

Paute Villaflor 6,41

Guachapala Villaflor 17,87

El Descanso Sr Pungo 7,43

El Valle Sr Pungo 20,57

La Dolorosa Sr Pungo 17,13

Challuabamba Sr Pungo 12,19

Garaicoa Sr Pungo 21,26

La Paz Simbala 22,7

Lentag Simbala 19,8

Cumbe Simbala 11,6

Guachapala Ñuñurco 0,9

Paute Ñuñurco 11,1

Sta. Isabel Zhallu 16,8

La Paz Lomamauta 15,1

El Descanso Guaguazhumi 7,2

Garaicoa Guaguazhumi 8,73

El Valle Guaguazhumi 7,59

La Dolorosa Guaguazhumi 8,40

Tabla 6. 13 Distancias entre Reconectadores y Estaciones.

6.6.5 Esquema de conexión.

La Figura 6.15 muestra la arquitectura de enlace de los equipos Alvarion que servirá de

base para el presente diseño. El PCD del reconectador enviará la información a la

unidad suscriptora SU, conformado por dos partes una unidad interna y una unidad

externa que contiene a la antena, para esto es necesario un conversor de interface

Ethernet /RS232 ya que el PCD tiene un puerto serial mientras que el SU tiene un

25 Las distancias son en línea recta y se obtuvieron con la ayuda del software Google Earth.




2009

122

puerto Ethernet. Por otro lado la unidad de acceso AU, al igual que la unidad

suscriptora está conformada por una unidad interna y otra externa, ésta recibirá la

información y la enviará a la unidad central de procesamiento RTU a través de la red

WAN.

ANTENA SECTORIAL

SWITCH ETHERNET

10 /100 Mbps

UNIDAD

OUTDOOR

UNIDAD INDOOR

ANTENA OUTDOOR

CONVERSOR

DE INTERFAZ

PCD

UNIDAD

INDOOR

ACCESS UNIT SUSCRIBER UNIT

Figura 6. 15 Arquitectura de enlace con equipos Alvarion tecnología de espectro ensanchado.

6.6.6 Diseño de enlaces.

6.6.6.1 Determinación de los Parámetros de Desempeño de los Radioenlaces.

Para la determinación de los parámetros de desempeño de los radioenlaces se toma en

cuenta: frecuencia del enlace, distancia, potencia de transmisión, ganancia de las

antenas, tanto transmisora como receptora, pérdidas de espacio libre, perdidas en los

conectores y líneas de transmisión, todos estos parámetros se esquematizan en la Figura

6.16.




2009

123

Figura 6. 16 Parámetros de desempeño de los radioenlaces.

Estos parámetros se basan esencialmente en el nivel de señal de entrada que se tendrá en

la recepción, el cual se calcula por medio de la siguiente fórmula:

𝑷𝑹𝑿 = 𝑷𝑻𝑿 − 𝑳𝑭𝑻 − 𝑳𝑭𝑺 + 𝑮𝑹𝑿26

Donde:

PRX= Potencia de entrada de la señal [dBm]

PTX= Potencia de salida del Transmisor [dBm]

GA= (GTX+GRX) = Suma Ganancia de las Antenas [dBi]

LFT= Pérdidas en las líneas de alimentación [dB]

LFS= Perdidas en el espacio libre [dB]

Adicionalmente se considerará un factor de envejecimiento LE, debido a que con el paso

del tiempo las pérdidas en los conectores aumentarán, por agentes externos como la

lluvia, el sol, el viento. Este factor se considerará de 3 dB, por lo tanto la fórmula final

es:

𝑷𝑹𝑿 = 𝑷𝑻𝑿 − 𝑳𝑭𝑻 − 𝑳𝑭𝑺 − 𝑳𝑬 + 𝑮𝑹𝑿

26

(ANDRADE 2007)




2009

124

El parámetro LFT es el valor que se presenta en el cable coaxial. En el caso del sistema

diseñado, para trabajar en la banda de los 5,8 Ghz se tiene una atenuación de 35,504

dB/100m (cable coaxial LMR-400). (M2inc 2009)

Considerando que se utilizan 4 m de cable en las conexiones, tanto en el transmisor

como en el receptor, con su respectiva antena, debido a que la antena debe estar lo más

cerca posible de la unidad externa (ODU), entonces se tiene:

𝐿𝐹𝑇 = 35,504𝑑𝐵

100𝑚∗ 4𝑚 = 1,42 𝑑𝐵

Los valores de ganancia GTX y GRX, para antenas que trabajan a la frecuencia de 5.8

Ghz van de 16 a 21 dBi. Para el caso del diseño se considera el peor de los casos, para

esto se toma el valor de 16 dBi, el valor de la potencia PTX promedio de las antenas que

trabajan en la frecuencia de 5.8 GHz es de 21 dBm. La sensibilidad Pu del equipo

receptor varía entre -74 y -92 [dBm], para los cálculos se tomará el valor promedio de -

84 dBm27

, pero hay que tener presente que estos equipos pueden ser configurados de ser

necesario en -92 dBm.

La atenuación por espacio libre LFS es:

𝑳𝑭𝑺 = 𝟑𝟐, 𝟓 + 𝟐𝟎 ∗ 𝒍𝒐𝒈 𝒅 𝑲𝒎 + 𝟐𝟎 ∗ 𝐥𝐨𝐠[𝒇 𝑴𝑯𝒛 ]

Para el cálculo de este parámetro se tomará en cuenta a todos los radioenlaces,

detallando principalmente al de mayor distancia ya que es el caso más crítico.

6.6.6.2 Enlace estación Señor Pungo– reconectador La Dolorosa.

Se encuentran separadas a una distancia de 17,13 Km y a una frecuencia de 5.4 Ghz.

𝐿𝐹𝑆 = 32,5 + 20 ∗ 𝑙𝑜𝑔 17,13 + 20 ∗ log[𝑓 5400 ]

𝐿𝐹𝑆 = 32,5 + 24,67 + 74,64

𝑳𝑭𝑺 = 𝟏𝟑𝟏, 𝟖𝟐 𝒅𝑩

Con lo que se obtiene la pérdida total L es igual a:

𝑳 = 𝑳𝑭𝑺 + 𝑳𝑭𝑻 + 𝑳𝑬 − 𝑮𝑨

𝐿 = 131,82 + 1,42 + 3 − 32

𝑳 = 𝟏𝟎𝟒, 𝟐𝟒 𝒅𝑩

Finalmente se reemplaza los valores obtenidos en la primera ecuación, considerando

una potencia de transmisión de 21 dBm:

𝑃𝑅𝑋 = 𝑃𝑇𝑋 − 𝐿

27 Valores obtenidos de las especificaciones de los equipos Alvarion.




2009

125

𝑃𝑅𝑋 = 21 − 104,24

𝑷𝑹𝑿 = −𝟖𝟑, 𝟐𝟒 𝒅𝑩𝒎

Para que el enlace funcione correctamente; el valor de PRX debe ser mayor o igual a la

sensibilidad Pu, garantizando de esta manera la disponibilidad del enlace para todo el

tiempo preestablecido.

En el caso de este enlace los valores obtenidos son:

PRX = - 83,24 [dBm] ≥ sensibilidad Pu= - 84 [dBm]

De este modo se concluye que este enlace funcionará correctamente.

Para los enlaces restantes se realizaron cálculos similares y solamente se muestra los

valores teóricos obtenidos (Tabla 6.14), que permiten determinar los radioenlaces que

cumplen con un buen desempeño.

Es importante mencionar que los enlaces no necesariamente se establecen ya que en esta

tabla no se considera el perfil topográfico de la zona de implementación, el cual será

evaluado posteriormente, para dar un resultado más real.




2009

126

ENLACES

PARÁMETROS

Frec. (GHz)

Dist. (Km)

PTX (dBm)

G (dBi)

LFS (dB)

LFT (dB)

LE (dB)

L (dB) PRX

(dBm) PU(dBm)

Cañar - Altarurco

5,8 12,82 21 32 129,93 1,42 3 102,35 -81,35 -84

Suscal - Altarurco

5,8 9,93 21 32 127,71 1,42 3 100,13 -79,13 -84

Biblián - Buerán

5,8 11,43 21 32 128,93 1,42 3 101,35 -80,35 -84

Paute - Villaflor

5,8 6,41 21 32 123,91 1,42 3 96,33 -75,33 -84

Guachapala - Villaflor

5,8 17,87 21 32 132,81 1,42 3 105,23 -84,23 -84

El Descanso - Sr. Pungo

5,4 7,43 21 32 124,57 1,42 3 96,99 -75,99 -84

El Valle - Sr. Pungo

5,4 20,57 21 32 133,41 1,42 3 105,83 -84,83 -84

La Dolorosa - Sr. Pungo

5,4 17,07 21 32 131,79 1,42 3 104,21 -83,21 -84

Challuabamba - Sr. Pungo

5,4 12,20 21 32 128,88 1,42 3 101,30 -80,30 -84

Garaicoa - Sr. Pungo

5,4 21,26 21 32 133,70 1,42 3 106,12 -85,12 -84

Lentag - Simbala

5,8 19,80 21 32 133,70 1,42 3 106,12 -85,12 -84

Garaicoa - Guaguazhumi

5,8 8,73 21 32 126,59 1,42 3 99,01 -78,01 -84

La Dolorosa - Guaguazhumi

5,8 8,40 21 32 126,25 1,42 3 98,67 -77,67 -84

Minas - Guaguazhumi

5,8 20,75 21 32 134,11 1,42 3 106,53 -85,53 -84

Tabla 6. 14 Parámetros teóricos calculados para el desempeño de los radioenlaces.

6.6.6.3 Diseño de enlaces considerando Perfiles Topográficos.

Se utilizará el programa Radio Mobile versión 9.9.4, para graficar el perfil topográfico y

para verificar que la zona de Fressnel se encuentra libre de obstáculos.

A continuación se muestran los enlaces entre las estaciones y cada uno de los

reconectadores de la Tabla 6.14, además se exponen los perfiles topográficos

únicamente de los enlaces para los cuales existe línea de vista, mientras que para los

reconectadores que no pueden utilizar esta tecnología se hará un breve estudio en el

(Anexo 1).

En la Figura 6.17 se muestran los reconectadores a interconectar con la estación Señor

Pungo, aquí se indica con línea verde los enlaces que si pueden ser realizados

técnicamente.




2009

127

Figura 6. 17 Reconectadores a interconectar con Señor Pungo.

En la Figura 6.18, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Señor

Pungo al reconectador La Dolorosa (Ricaurte).

Figura 6. 18 Perfil topográfico Señor Pungo-La Dolorosa.




2009

128

En la Figura 6.19 se presenta el perfil topográfico del enlace estación Señor Pungo –

reconectador Challuabamba.

Figura 6. 19 Perfil topográfico Señor Pungo-Challuabamba.

La Figura 6.20 muestra los reconectadores a interconectar con la estación

Guaguazhumi, aquí se traza una línea verde para los enlace que si pueden ser realizados

técnicamente, sin embargo aquí se encuentra una antena sectorial de 60 grados con

dirección a la Subestación 1 ubicada en Cuenca, por lo que, con esta antena no se puede

realizar estos enlaces, para esto se debe cambiar la antena existente por otra con mayor

apertura, estos enlaces se pueden ver en el (Anexo 2).




2009

129

Figura 6. 20 Reconectadores a interconectar con Guaguazhumi.

La Figura 6.21 muestra los reconectadores a interconectar con la estación Altarurco, se

indica con línea verde el enlace que si se puede implementar.

Figura 6. 21 Reconectadores a interconectar con Altarurco.

En la Figura 6.22 se presenta el perfil topográfico del enlace estación Altarurco–

reconectador Cañar.




2009

130

Figura 6. 22 Perfil topográfico Altarurco-Cañar.

Del estudio anterior se determina que se pueden interconectar tres reconectadores con

las respectivas estaciones repetidoras de la red WAN de la Centrosur (Tabla 6.15).

ENLACES

PARÁMETROS

Frec. (GHz)

Dist. (Km)

PTX (dBm)

G (dBi)

LFS (dB)

LFT (dB)

LE (dB) L (dB)

PRX

(dBm) PU(dBm)

Cañar - Altarurco 5,8 12,82 21 32 129,93 1,42 3 102,35 -81,35 -84

La Dolorosa - Sr. Pungo 5,4 17,07 21 32 131,79 1,42 3 104,21 -83,21 -84

Challuabamba - Sr. Pungo 5,4 12,2 21 32 128,88 1,42 3 101,3 -80,3 -84

Tabla 6. 15 Enlaces finales utilizando la tecnología inalámbrica existente.

6.6.7 Número de equipos necesarios para el enlace y ubicación.

En la tabla 6. 16 se muestran los equipos necesarios para cada enlace, así como los

equipos necesarios para todos los enlaces.




2009

131

Descripción Cantidad Cantidad total

Suscriber Unit (SU) 1 3

Conversor de interface Ethernet/RS-232 1 3

Tabla 6. 16 Equipos necesarios para el enlace.

En la tabla 6.17 se muestra la ubicación de los equipos en los diferentes postes donde se

encuentran los reconectadores.

Reconectador Equipo Poste

Cañar Unidad suscriptora SU 338821

La Dolorosa Unidad suscriptora SU 354637

Challuabamba Unidad suscriptora SU 514783

Tabla 6. 17 Ubicación de equipos en poste.

6.6.8 Configuración de equipos.

Como se dijo anteriormente, en la estación Señor Pungo se va a instalar una unidad de

acceso AU, para la cual se presenta en la tabla 6.18, una recomendación de la

configuración de sus parámetros principales para la comunicación con los

reconectadores de: Challuabamba y Ricaurte. Estos parámetros fueron los usados en

este diseño.

PARÁMETROS AU SEÑOR PUNGO

Frecuencia

(GHz)

PTX

(dBm)

Sensibilidad

(dBm)

Azimut

grados

5,4 21 -92 250

Tabla 6. 18 Parámetros de configuración AU Señor Pungo.

Los parámetros principales que se deben configurar en las unidades suscriptoras SU’s,

se muestran en la Tabla 6.19, además se muestra el azimut que debe ser tomado en

cuenta para que las antenas apunten hacia las unidades de acceso.

Reconectador

PARÁMETROS UNIDADES SUSCRIPTORAS SU’s

Frecuencia

(GHz) PTX (dBm)

Sensibilidad

(dBm)

Azimut

grados

Cañar 5,8 Auto ajustable -92 143,3

La Dolorosa 5,4 Auto ajustable -92 215

Challuabamba 5,4 Auto ajustable -92 300

Tabla 6. 19 Parámetros de configuración SU’s.




2009

132

CAPÍTULO 7

ANÁLISIS DE COSTOS, DISEÑO FINAL Y RECOMENDACIONES PARA LOS

FUTUROS RECONECATADORES DE LA CENTROSUR

7.1 ANALISIS DE COSTOS.

Una vez realizado el diseño del sistema de comunicaciones para cada una de las

tecnologías propuestas, se procede a realizar un estudio de costos de implementación,

operación y mantenimiento para cada una de ellas, y en base a este análisis se obtendrá

el diseño final para los 15 reconectadores, adicionalmente se presentará un estudio para

determinar que tecnología se deberá utilizar para la comunicación de los futuros

reconectadores.

7.1.1 Análisis de costos con tecnología GPRS.

Del estudio realizado se desprende que para la tecnología GPRS se debe analizar costos

únicamente por operación y por implementación del sistema debido a que el

mantenimiento de la red está incluido en la tarifa mensual que se cancelará por el uso de

la misma.

7.1.1.1 Costos por el servicio GPRS.

El servicio será brindado por la operadora de comunicaciones móviles CONECEL

(Porta) utilizando la red global de BTS (Estación Base Transceptora) hacia la estación

central de procesamiento en el edificio matriz de la Centrosur.

En la Tabla 7.1 se muestra el costo de la tarjeta SIM CARD GPRS, este valor se

cancelará una sola vez. (Cotizacion PORTA GPRS Bulk Corporativo 2009)

Detalle Instalación por Circuito Cantidad Precio unit. Precio

Costos compra SIM para GPRS 15 $2,23 $33,48

Subtotal $33,48

IVA 12% $4,02

Total $37,50

Tabla 7. 1 Costo de instalación del servicio.

En la tabla 7.2 se muestra el costo mensual del servicio de transmisión de datos, este

valor es una tarifa básica; es decir, esta tarifa se cancelará mensualmente por cada SIM

activa aunque ésta no registre tráfico alguno, a este valor lo llamaremos costo fijo.




2009

133

Costo por Circuito Cantidad Precio unit. Precio

PLAN GPRS BULK 15 $4,25 $63,75

Subtotal $63,75

IVA 12% $7,65

Total $71,40

Tabla 7. 2 Costo fijo mensual del servicio.

Este valor se incrementará de acuerdo a la cantidad de información que se transmita

desde cada uno de los reconectadores hacia la estación central en concordancia con la

Tabla 7.3, a este valor lo llamaremos costo variable.

Tarifa Básica

(P/Simm) MB Desde MB Hasta

Tarifa por

cada MB

$ 4,25 0 500 $ 0,80

$ 4,25 500 1000 $ 0,65

$ 4,25 1001 5000 $ 0,50

$ 4,25 >5000 $ 0,40

Tabla 7. 3 Costo variable mensual del servicio.

La cantidad de Mbits se determinará mensualmente por cada punto GPRS contratado,

cantidad que será medida por CONECEL e incluirá tramas de control y datos. La tarifa

por tráfico se basará en la Tabla 7.3.

7.1.1.2 Costos por el uso mensual de la red GSM/GPRS.

En base a los costos fijos y variables por el servicio GPRS, se hace un cálculo

aproximado del costo mensual usando esta tecnología.

Para los costos variables se hace uso de la cantidad de Mbits que transmitirá el sistema.

Tomando en cuenta las dos formas para obtener la información desde los

reconectadores, analizada en el capítulo 6, a continuación se calculará el volumen de

información a transmitir:

1. Cálculo del volumen de tráfico para el periodo de interrogación de 5 minutos.

El número de interrogaciones Nm, para un reconectador, durante 24 horas se calcula en

función del tiempo a partir de la siguiente ecuación:

𝑁𝑚 =24𝑕 × 60 𝑚𝑖𝑛

𝑡=

1440

5= 288

𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

𝑑í𝑎




2009

134

El volumen de datos enviados en cada interrogación por cada reconectador es de 465

Bytes que fue obtenido en el capítulo anterior. Para obtener la cantidad de datos que se

envían en un día se usa la siguiente expresión:

𝑁𝑚 × #𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠 = 288 × 465 = 133920𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑑í𝑎

Para calcular la cantidad de bytes por mes debemos multiplicar este resultado por 30

días que tiene el mes de donde obtenemos:

133920𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑑í𝑎× 30

𝑑í𝑎𝑠

𝑚𝑒𝑠= 4017600

𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠

Como el costo en GPRS se lo realiza por Mbytes, debemos transformar el resultado

obtenido a esta unidad, para esto debemos dividir por 10242 y nos queda:

4017600 𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑠

10242= 3.83

𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠

Este resultado muestra la cantidad de datos que transmitirá cada reconectador en un

mes, en modo de sondeo periódico y con solicitudes de todos los objetos. A este valor

se debe sumar los bits de las cabeceras que ponen los diferentes protocolos que usa esta

tecnología para el transporte de datos, denominado overhead. GPRS aumenta un

overhead entre un 20 y 30% de la cantidad de datos. (GPRS Overview s.f.)

Para este caso consideraremos un aumento del 30% de los datos enviados, de donde se

obtiene lo siguiente:

3.83𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠× 1.3 = 4.98

𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠

2. Cálculo del volumen de tráfico usando respuesta no solicitadas.

Debido a que la cantidad de datos que se transmitirán con respuesta no solicitadas es

variable ya que ésta depende del estado de la red eléctrica, para obtener este valor se ha

estimado que con el uso de respuestas no solicitadas se logra bajar la cantidad de

información obtenida mediante el polling, en un 50%, es por esto que el estudio se lo

realiza tomando en cuenta esta cantidad.

Por lo tanto la cantidad de información enviada es:

3.83𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠 × 0.5 = 1.92

𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠




2009

135

A este valor agregamos un 30% de overhead que agrega GPRS, y tenemos:

1.92𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠× 1.3 = 2.49

𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠

El valor encontrado es la cantidad de bytes que serán facturados por la operadora

mensualmente, para encontrar el valor en dólares debemos referirnos a los costos por

cantidad de información mostrados en la tabla 7.3. De esta tabla se obtiene que el costo

por cada MB facturado es de 80 centavos de dólar, para obtener el costo mensual por

cada reconectador usamos la siguiente expresión:

2.49𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠× 0.80 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 = 1.99 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

7.1.1.2.1 Cálculo total por el uso de la red GPRS.

El valor encontrado en el punto anterior en el numeral 1 es la cantidad de bytes que

serán facturados por la operadora mensualmente, para encontrar el valor en dólares

debemos referirnos a los costos por cantidad de información mostrados en la tabla 7.3.

De esta tabla se obtiene que el costo por cada MB facturado es de 80 centavos de dólar,

para obtener el costo mensual por cada reconectador usamos la siguiente expresión:

4.98𝑀𝐵

𝑚𝑒𝑠× 0.80

𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

𝑀𝐵= 3.98 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 /𝑚𝑒𝑠

Para obtener el costo mensual total de operación usando esta tecnología debemos sumar

los costos fijos por cada SIM activa más los costos variables de operación, además este

resultado se ve incrementado por el IVA que es un valor del 12%. El resultado se

obtiene de la siguiente manera:

4.25𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠+ 3.98


𝑚𝑒𝑠× 1.12 = 9.22


𝑚𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

La tabla 7.4 muestra un resumen del costo aproximado por la utilización del servicio

GPRS por cada reconectador. Por lo tanto esta cantidad debe ser tomada en cuenta al

momento de comparar con los costos de implementación de las otras tecnologías, para

decidir si todos los reconectadores deben ser comunicados de esta forma.




2009

136

ADQUISISION DE DATOS CADA 5 MINUTOS

Costos fijos Tarifa Básica 4,25

Costos

variables

MBits totales por mes 4,98

Costo por cada Mbit 0,8

Total

Costo Mensual (4,98x0,8)+4,25 8,23

IVA 12% 0,99

Costo Total por cada Reconectador 9,22

Costo Total 15 Reconectadores 9,22x15 138,33

Tabla 7. 4 Costo mensual del servicio GPRS.

Para obtener los costos de operación con respuestas no solicitadas se hace el mismo

procedimiento realizado para las respuestas bajo solicitud. La Tabla 7.5 muestra el

costo mensual por el uso del servicio GPRS considerando únicamente las respuestas no

solicitadas.

COSTO CON RESPUESTAS NO SOLICITADAS

Costos fijos Tarifa Básica 4,25

Costos

variables

MBits totales por mes (50% del Polling) 2,49

Costo por cada Mbit 0,8

Total

Costo Mensual (2,49x0,8)+4,25 6,24

IVA 12% 0,75

Costo Total por cada Reconectador 6,99

Costo Total 15 Reconectadores 9,22x15 104,86

Tabla 7. 5 Costo mensual del servicio GPRS.

7.1.1.3 Costo de implementación.

En la Tabla 7.6 se desglosan los precios del equipo de comunicaciones seleccionado de

la marca LIGHTSPEED ofrecido por la empresa Aldeberán. Aquí se muestra también

el costo total de equipos necesarios para la implementación para los 15 reconectadores.




2009

137

Descripción Unidad Cantidad Costo unitario Costo Total

Router Mobile 3G-250C u 1 423 423

Tarjeta SIM GPRS u 1 2,23 2,23

Conversor de interface LANTRONIX

Ethernet/RS-23228

u 1 86,07 86,07

Instalación de equipos u 1 64,75 64,75

Configuración de equipos u 1 14,76 14,76

SUBTOTAL 590,81

IVA 12% 70,90

Costo total por Reconectador 661,71

Costo 15 Reconectadores 9925,61

Tabla 7. 6 Costo de implementación del sistema GPRS.

7.1.2 Análisis de costos con tecnología BPL.

Una vez realizado el respectivo diseño para esta tecnología, se procede a analizar los

costos de equipos de comunicación, y costos por instalación. La cantidad y tipo de

equipos necesarios se determinaron en el capítulo anterior.

7.1.2.1 Costo de equipos y partes.

En la Tabla 7.729

se desglosan los precios del equipo de comunicaciones seleccionado

de la marca Corinex, es importante mencionar que en los repetidores se ocupará el

mismo Head End CXP-MVA-GNR, que cumple con las características de repetidor de

media tensión.

Equipos Unidad Cantidad Costo Unitario Costo Total

Head End u 2 300 600

Repetidores u 7 300 2100

Acopladores u 18 100 1800

Cable Ethernet FTP m 100 0,95 95

Cable Coaxial RG-59 m 27 0,4 10,8

Conversor Interface Ethernet/RS232 u 1 86,07 86,07

SUBTOTAL 4691,87

IVA 12% 563,02

TOTAL 5254,89

Tabla 7. 7 Costo de implementación del sistema BPL.

28 Fuente: http://www.amazon.com/dp/B000FSOZTE/ref=asc_df_B000FSOZTE826225?smid=ATVPDKIKX0DER&tag=dealt

5742-20&linkCode=asn 29 Fuente: Departamento de compras de la Centrosur.




2009

138

El valor obtenido es únicamente para el reconectador ubicado en el colegio Garaicoa,

que además es el más económico de acuerdo con el criterio de selección utilizado en el

capítulo 6. Este valor se verá incrementado para los reconectadores que necesitan más

repetidores. Se usará este valor para fines de comparación con las otras tecnologías.

7.1.3 Análisis de costos con tecnología de fibra óptica.

Haciendo referencia a lo mencionado en el capítulo 6 debido al gran costo de

implementación y la subutilización de capacidades, el estudio de los costos que se

anotan a continuación no incluyen todos los equipos necesarios para el diseño, ni costos

por configuración, ni costos por operación y mantenimiento, por el contrario se evalúan

únicamente los equipos principales, y el rubro por mano de obra para el tendido de la

fibra, de esta manera se justificará el diseño general realizado.

7.1.3.1 Costos referenciales de equipos y partes.

Para analizar los costos referenciales se tomará en cuenta un diseño con fibra óptica

para instalaciones aéreas, para este caso se ha elegido la fibra monomodo 9/125 Figura

8 del tipo Loose Tube (Fibremex n.d.), que actualmente usa la empresa eléctrica, este

cable se lo puede encontrar en el mercado de 6, 12, 24 y 36 hilos de fibra, para el

análisis se ocupará el cable de 6 hilos. Además se incluye costos por herrajería,

necesaria para fijar y sostener el cable a los postes, para esto será necesario: grapas de

suspensión para los postes en línea recta o con un ángulo máximo de 20°, y para postes

de inicio, fin de cabecera y cambios de dirección, se colocará herrajes de retención.

(CARPIO Edison 2009)

Para este análisis se tomará en cuenta un herraje por cada poste en el trayecto del

alimentador. Adicionalmente se tomará en cuenta un rubro por instalación y tendido de

la fibra, con estos rubros se obtendrá un costo referencial, debido a que no se incluyen

todos los equipos necesarios para la comunicación.

En la Tabla 7.8 se desglosan los precios de acuerdo con lo mencionado anteriormente,

es importante indicar que la cantidad de fibra está tomado de acuerdo a la distancia de

recorrido del alimentador, a este valor se debe agregar un porcentaje adicional para

reserva y para la instalación hasta el equipo ubicado en la subestación, que no se toma

en cuenta aquí.

Descripción Unidad Cantidad Costo Unitario Costo Total

Fibra óptica monomodo auto soportable Figura8 m 1438 2,5 3595

Instalación aérea de Fibra incluido transporte m 1438 0,7 1006,6

Elementos de sujeción en poste u 25 6,8 170

SUBTOTAL 4771,60

IVA 12% 572,59

TOTAL 5344,19

Tabla 7. 8 Costo referencial del sistema.




2009

139

7.1.4 Análisis de costos con tecnología inalámbrica W-MAN.

Considerando que la Centrosur es un proveedor de servicios de Telecomunicaciones, y

debido a que este diseño utiliza parte de la infraestructura existente en la red WAN, se

adoptarán dos alternativas para el análisis de costos, que se explican a continuación:

a) Primera alternativa.- únicamente se tomará en cuenta el costo de los equipos

nuevos que se necesite implementar, costo de instalación y costo de

mantenimiento, ya que al ser la Centrosur dueña de toda la infraestructura

existente, no se tendrá un costo por el uso de la misma.

b) Segunda alternativa.- al costo obtenido con la primera alternativa, se deberá

incluir un rubro por el uso de la infraestructura existente, debido a que si

bien los equipos ya están instalados, estos tendrán un costo por operación.

Mediante estas dos opciones presentadas queda a consideración de la Centrosur escoger

una de ellas, de acuerdo a los criterios administrativos del departamento de

Contabilidad. Es decir si considera a este proyecto como un cliente externo o como una

inversión interna. Por otra parte en los costos de operación del sistema únicamente se

considerará los costos que varían en cada una de las alternativas, por ejemplo los costos

por el consumo de energía no se incluyen ya que este es el mismo en ambas y no alteran

la comparación.

7.1.4.1 Primera alternativa

7.1.4.1.1 Costo de equipos y partes.

En la Tabla 7.9 se muestra el detalle de precios de los equipos de comunicaciones

seleccionado, así como los costos de instalación. Estos equipos cuentan con accesorios

propios para su instalación como: cable coaxial, y herrajería para su montaje. Estos

precios fueron adquiridos desde el departamento de compras de la empresa eléctrica.

Descripción unidad cantidad Costo Unitario Costo Total

Inspección del lugar de instalación u 1 11,64 11,64

Suscriber Unit (SU) u 1 458,55 458,55

Instalación de SU u 1 64,75 64,75

Conversor de interface Ethernet/RS-232 u 1 86,07 86,07


SUBTOTAL 635,77

IVA 12% 76,29

TOTAL 712,06

Tabla 7. 9 Costo de implementación del sistema W/MAN.




2009

140

7.1.4.2 Segunda alternativa.

7.1.4.2.1 Costo de equipos y partes.

En la Tabla 7.10 se muestra el detalle de precios de los equipos de comunicaciones

seleccionado, así como los costos de instalación.

Descripción unidad cantidad Costo Unitario Costo Total

Inspección del lugar de instalación u 1 11,64 11,64

Suscriber Unit (SU) u 1 458,55 458,55

Instalación de SU u 1 64,75 64,75

Conversor de interface Ethernet/RS-232 u 1 86,07 86,07


SUBTOTAL 635,77

IVA 12% 76,29

TOTAL 712,06

Tabla 7. 10 Costo de implementación del sistema W/MAN.

7.1.4.2.2 Costo por el uso de la infraestructura existente.

Debido a que se utilizará la infraestructura existente, en la red de comunicaciones de la

Centrosur, en este apartado se considera un rubro por el uso de la misma, este valor

deberá obtenerse mediante un análisis de costos tanto de inversión como de operación y

mantenimiento de la red de comunicaciones la cual incluye el backhaul ubicado en

Cuenca, la red de transporte y la red de acceso.

Como la Centrosur ofrece el servicio de transporte de datos con velocidades de 128, 256

y 512 Kbps, esta empresa tiene un valor para los clientes de acuerdo al ancho de banda

que ellos contraten, este valor fue calculado en base a los costos mencionados

anteriormente más una utilidad. Por lo tanto para este proyecto se adoptará este valor

como un rubro por la utilización de la infraestructura existente, en donde estará incluido

el costo por operación y mantenimiento.

En la tabla 7.11 se presenta este costo, el cual está valorado mediante la contratación de

un paquete de 128 Kbps que es suficiente para cada reconectador.

Descripción Tiempo Costo

Unitario Costo Total

Costo por uso de red existente Mensual 50 50

SUBTOTAL 50

IVA 12% 6

TOTAL 56

Tabla 7. 11 Costo por el uso de la red existente para W/MAN.




2009

141

7.1.5 Evaluación de costos para el diseño final.

Una vez que se ha obtenido los costos para cada una de las alternativas de

comunicación, es necesario hacer una comparación de los mismos para determinar que

tecnología debe ser utilizada en el diseño final para los 15 reconectadores propuestos.

Esta comparación se basará tanto en los costos de implementación del sistema como en

los costos mensuales de operación y mantenimiento.

En la Tabla 7.12 se muestra un resumen de los costos por implementación obtenidos en

el diseño de cada tecnología.

Tecnología Costo Total

GPRS 661.71

BPL 5254.89

Fibra Óptica 2928.35

Inalámbrico 712.06

Tabla 7. 12 Resumen de Costos.

De este resultado podemos ver que la tecnología más económica es GPRS, sin embargo

no debemos olvidar que existe un costo adicional que se paga mensualmente por el uso

de la red, el cual fue calculado anteriormente en base a la cantidad de información que

se pretende transmitir. Con estos antecedentes se procede a hacer una comparación

entre las dos tecnologías que resultan más económicas, esto es la tecnología inalámbrica

y GPRS.

7.1.5.1 Comparación entre tecnología inalámbrica y GPRS.

A continuación se hará una comparación considerando las dos alternativas existentes

con tecnología inalámbrica.

7.1.5.1.1 Comparación entre GPRS y W-MAN (Primera alternativa).

Antes de realizar una comparación entre las dos tecnologías mencionadas, debemos

obtener la diferencia de costos entre ellas. En este caso no se tendrá en cuenta el costo

por el uso de la infraestructura existente para la tecnología W-MAN.

Para esto realizamos el siguiente cálculo:

𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑎𝑙á𝑚𝑏𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐺𝑃𝑅𝑆

𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 712,06 − 661,71 = 50,35 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠




2009

142

Una vez obtenido este valor se debe calcular el tiempo en que se puede recuperar esta

diferencia con el pago mensual por el uso de la red GPRS. Para esto debemos referirnos

a la Tabla 7.4, donde se obtuvo un costo mensual de 9.22 dólares por cada reconectador,

y hacemos un sencillo cálculo como el que se muestra a continuación:

50,35 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

9,22 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑠 = 5,46 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

De este análisis se observa que en cinco meses se puede igualar los costos en ambas

tecnologías. Por lo que se concluye que en los meses posteriores habrá ganancias con el

uso de la tecnología inalámbrica W/MAN.

Por lo tanto se concluye que, el diseño final deberá constar de un enlace de

comunicaciones con tecnología inalámbrica W/MAN, para todos los reconectadores

que técnicamente se los pueda enlazar a la red WAN de la Centrosur. Y los demás

reconectadores deberán ser comunicados mediante la red GPRS de Porta.

7.1.5.1.2 Comparación entre GPRS y W-MAN (Segunda alternativa).

En este caso se considera un costo por el uso de la infraestructura existente en la red

WAN para la tecnología inalámbrica.

En la Tabla 7.12 se vio que el costo de implementación de la tecnología inalámbrica W-

MAN es mayor al de GPRS, mientras que en la Tabla 7.13 se puede ver claramente que

el costo mensual de operación de la tecnología inalámbrica W-MAN es superior al costo

de operación con GPRS.

Tecnología Costo Mensual

operación SUBTOTAL IVA 12%

Costo Total Mensual

GPRS 9,22 9,22 1,1064 10,33

Inalámbrico 44,64 44,64 5,36 50

Tabla 7. 13 Resumen de Costos de operación mensual.

En base a este estudio se concluye que GPRS es la tecnología más económica de todas

las estudiadas, por lo que ésta es la que se debe usar para la comunicación de todos los

reconectadores planteados en el presente estudio.

7.2 DISEÑO FINAL PARA LOS RECONECTADORES.

Tomando en cuenta los dos resultados obtenidos en el análisis de costos, a continuación

se presentan dos diseños de comunicaciones, los cuales se recomienda a la Centrosur

utilizar de acuerdo con el criterio que se mencionó en el punto 7.1.4 del presente

capítulo.




2009

143

7.2.1 Diseño final para los Reconectadores (Primera alternativa).

De acuerdo con el análisis de costos realizado, el diseño final del sistema de

comunicaciones para los reconectadores consta de lo siguiente:

7.2.1.1 Reconectadores enlazados con tecnología GPRS.

En la Tabla 7.1430

se muestra todos los reconectadores que se comunicarán mediante la

red GPRS, para los cuales se debe implementar el diseño realizado en el punto 6.3.5 del

capítulo 6. En este punto se hizo un diseño para el reconectador ubicado en el sector La

Paz.

RECONECTADORES LATITUD (S) LONGITUD (W) ELEVACIÓN (m)

La Paz 3°19’42.4374” 79°10’12.3093” 3040

Guachapala 2°45’05.4436” 78°39’45.3834” 2620

Sta. Isabel 3°15’38.7042” 79°19’2.7177” 1780

Minas (Baños) 2°55’37.9268” 79°05’40.7206” 2760

Lentag 3°13’58.3201” 79°14’6.2461” 1720

Estación Cumbe 3°02’15.3971” 79°03’9.4791” 2625

El Valle 2°56’37.0335” 78°57’23.5793” 2670

El Descanso (vía Jadán) 2°50’49.7015” 78°52’50.1632” 2350

Biblián 2°42’22.7881” 78°53’48.3527” 2620

Colegio Garaicoa 2°54’45.4930” 78°59’13.0702” 2504

Suscal 2°27’30.4917” 79°04’46.2228” 2760

S/E Paute (entrada a

Paute)

2°47’14.3391” 78°45’50.1879” 2180

Tabla 7. 14 Reconectadores enlazados con tecnología GPRS.

7.2.1.2 Reconectadores enlazados con tecnología inalámbrica W/MAN.

En la Tabla 7.15 se muestra todos los reconectadores que se comunicarán mediante

tecnología inalámbrica W/MAN, para los cuales se debe implementar el diseño

realizado en el punto 6.6 del capítulo 6, los parámetros de la tabla se obtuvieron de este

diseño.

30

Fuente: Base de datos G.I.S.




2009

144

ENLACES

PARÁMETROS

Frec. (GHz)

Dist. (Km)

PTX (dBm)

G (dBi)

LFS (dB)

LFT (dB)

LE (dB) L (dB)

PRX

(dBm) PU(dBm)

Cañar - Altarurco 5,8 12,82 21 32 129,93 1,42 3 102,35 -81,35 -84

La Dolorosa - Sr. Pungo 5,4 17,07 21 32 131,79 1,42 3 104,21 -83,21 -84

Challuabamba - Sr. Pungo 5,4 12,2 21 32 128,88 1,42 3 101,3 -80,3 -84

Tabla 7. 15 Reconectadores enlazados con tecnología W/MAN.

7.2.1.3 Esquema de conexión para los reconectadores

La Figura 7.1 muestra el esquema de conexión para todos los reconectadores

propuestos.

Figura 7. 1 Esquema de conexión para los reconectadores de la Centrosur.




2009

145

7.2.2 Diseño final para los Reconectadores (Segunda alternativa).

Como se mencionó anteriormente que GPRS es la tecnología más económica de todas

las estudiadas, el diseño final para la comunicación de todos los reconectadores

planteados en el presente estudio se lo debe hacer mediante esta tecnología.

Por lo tanto para este sistema se debe implementar el diseño realizado en el punto 6.3.5

del capítulo 6. En este punto se hizo un diseño para el reconectador ubicado en el sector

La Paz.

7.3 RECOMENDACIONES PARA LOS FUTUROS RECONECTADORES.

Luego de haber determinado el diseño del sistema de comunicación final para los 15

reconectadores, a continuación se recomienda el tipo de tecnología a utilizar para la

comunicación de los futuros equipos que puedan instalarse.

Para realizar este estudio se tomará en cuenta los resultados obtenidos en el diseño

usando la primera alternativa, es por esto que para estos reconectadores se propone

principalmente el uso de las tecnologías más económicas es decir W/MAN y GPRS.

De la misma forma que se determinó la viabilidad de la comunicación con los

reconectadores actuales mediante W/MAN, se propone a continuación realizar los

siguientes pasos para determinar la posibilidad de comunicación de los futuros

reconectadores:

1. Primero se debe encontrar la ubicación geográfica de todos los reconectadores

que se vayan a instalar, y luego ubicarlos en el G.I.S.

2. Si algún reconectador se encuentra dentro de esta zona de cobertura, se debe

realizar un estudio radioeléctrico para determinar, si técnicamente se puede

lograr la comunicación.

3. Si existen algunos reconectadores que puedan comunicarse utilizando esta

tecnología, se la debe hacer sin ninguna duda.

4. Por último, si existen reconectadores que se encuentren cerca de la zona de

cobertura de los distintos repetidores de la red WAN, se recomienda hacer un

estudio radioeléctrico para determinar si se puede enlazar a esta red, en el caso

en que se determine que si se puede comunicar, se deberá hacer un análisis para

ver la factibilidad de cambiar la antena repetidora de la red WAN (AU) por otra

de mayor apertura.

Una vez determinados los reconectadores que no se pueden comunicar mediante

W/MAN, lo que se propone es realizar el enlace usando la red GPRS, que es la segunda

menos costosa. Para esto se procede como sigue:




2009

146

1. Obtener las coordenadas geográficas de todos los reconectadores que se vayan a

analizar y solicitar un reporte de cobertura de estos lugares a las oficinas de

DATUN de la operadora Porta.

2. En segundo lugar se debe establecer si los reconectadores pueden ser

comunicados mediante esta red, por lo tanto para los que sea factible, se lo debe

hacer de esta manera y para los demás se deberá analizar otra alternativa como

por ejemplo colocar nuevas unidades de acceso AUs de tecnología inalámbrica.

Se puede decir que todos los reconectadores que se instalen a futuro estarán dentro de la

cobertura de una de las dos tecnologías mencionadas anteriormente, por lo tanto habrá

que hacer un estudio técnico económico para determinar la viabilidad de una u otra

tecnología.

A continuación se exponen las gráficas de la cobertura31

de cada una de las antenas

sectoriales de 60 grados de las unidades de acceso, ubicadas en las estaciones de la red

WAN con un radio de alcance de 20 Km. En el extremo superior izquierdo se encuentra

una referencia de la intensidad de la señal, la cobertura está dibujada hasta un valor de

sensibilidad de -92 dBm que es el límite de las unidades suscriptoras SU’s. Los

reconectadores que se vayan a instalar en esta zona deberán ser analizados para ver si

están dentro de esta cobertura.

7.3.1 Cobertura Estación Señor Pungo.

En la Figura 7.2 se muestra la cobertura de la unidad de acceso AU ubicada en el cerro

Señor Pungo, cuya antena sectorial de 60 grados apuntará con dirección a

Challuabamba.32

31 Cobertura obtenida de Radio Mobile 9.9.4 32

Cabe recalcar que la unidad de acceso AU (IDU+ODU+antena, Figura 6.9) ya fue adquirida para ser instalada en

este sitio.




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147

Figura 7. 2 Cobertura Estación Señor Pungo.

7.3.2 Cobertura estación Guaguazhumi.

En la Figura 7.3 se muestra la cobertura de la estación Guaguazhumi, aquí se tiene una

antena sectorial de 60 grados con dirección a la Subestación 1.




2009

148

Figura 7. 3 Cobertura Estación Guaguazhumi.

7.3.3 Cobertura estación Altarurco.

En la Figura 7.4 se muestra la cobertura de la estación Altarurco, aquí se encuentran

instaladas dos antenas sectoriales de 60 grados, una con dirección a la Agencia Cañar y

otra con dirección a la Agencia Suscal.




2009

149

Figura 7. 4 Cobertura Estación Altarurco.

7.3.4 Cobertura estación Buerán.

En la Figura 7.5 se muestra la cobertura de la estación Buerán, aquí se encuentra

instalada una antena sectorial de 60 grados con dirección a la Agencia Biblián.




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150

Figura 7. 5 Cobertura Estación Buerán.

7.3.5 Cobertura estación Villaflor.

En la Figura 7.6 se muestra la cobertura de la estación Villaflor, aquí se encuentran

instaladas dos antenas sectoriales de 60 grados una con dirección a la Agencia Paute, y

otra con dirección a la Agencia Gualaceo.




2009

151

Figura 7. 6 Cobertura Estación Villaflor.

7.3.6 Cobertura estación Simbala.

En la Figura 7.7 se muestra la cobertura de la estación Simbala, aquí se encuentra

instalada una antena sectorial de 60 grados con dirección a la Agencia Girón.




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152

Figura 7. 7 Cobertura Estación Simbala.

7.3.7 Cobertura estación Loma Paica.

En la Figura 7.8 se muestra la cobertura de la estación Loma Paica, aquí se encuentra

instalada una antena sectorial de 60 grados con dirección a la Agencia Nabón.




2009

153

Figura 7. 8 Cobertura Estación Loma Paica.

7.3.8 Cobertura estación Guallil.

En la Figura 7.9 se muestra la cobertura de la estación Guallil, aquí se encuentra

instalada una antena sectorial de 60 grados con dirección a la Agencia Sigsig.




2009

154

Figura 7. 9 Cobertura Estación Guallil.




2009

155

CAPÍTULO 8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Del estudio y la experiencia adquirida durante el desarrollo de este trabajo a

continuación se extraen las siguientes conclusiones y recomendaciones.

8.1 CONCLUSIONES

Del resultado final se puede concluir que los estudios iniciales realizados sobre

el equipo de comunicación de los reconectadores fueron muy importantes para

determinar las características y requerimientos que debe tener el sistema de

comunicación a implementar, así también el estudio de la ubicación geográfica

de los distintos equipos fue necesario para determinar técnicamente si los

enlaces con las diferentes tecnologías eran posibles.

Tomando en cuenta el avance tecnológico que han experimentado las

comunicaciones móviles, tanto en la transmisión de voz, video y datos, y su

amplia cobertura que permiten al usuario la comunicación a grandes velocidades

y en cualquier lugar que se encuentre, este proyecto da a conocer una forma de

explotación de estas cualidades, como son la adquisición de datos en tiempo real

(Sistemas SCADA) y la gestión remota de equipos a través de la red GPRS.

En este trabajo se han analizado diversas tecnologías para transmisión de datos

remotos, de esto se puede concluir que económicamente ciertas tecnologías son

más costosas que otras como es el caso de tecnologías de fibra óptica o

tecnología BPL. Por el contrario, la tecnología GSM/GPRS, y la tecnología

inalámbrica W-MAN son más económicas, con la desventaja de que en el caso

concreto de GSM/GPRS, las operadoras que brindan este servicio no tienen

cobertura total del territorio, mientras que en W-MAN es necesario que la zona

donde se vaya a implementar sea topográficamente adecuada.

El sistema diseñado cumple con la característica de ser un sistema de

transmisión en tiempo real. La información obtenida en el campo tarda un

tiempo inferior a un segundo en llegar hasta la estación central de

procesamiento, por lo que se concluye que la calidad de información obtenida

con este sistema está acorde con las necesidades para el monitoreo y control de

los equipos de protección del sistema eléctrico.

Como no se puede determinar el tráfico de datos real producido por el sistema,

para calcular el costo de operación mensual por el uso de la red GPRS, fue

necesario realizar pruebas para obtener esta medida. Para esto se utilizó el

software ASE2000 que permite analizar las trazas del protocolo, por lo que se

concluye que esta es una manera adecuada de obtener una medida aproximada

del tráfico de datos, para determinar los costos antes de implementar el sistema.




2009

156

GPRS es una tecnología que permite reducir notablemente los costos de

operación y mantenimiento en comparación con las otras tecnologías, sin

embargo con la tecnología inalámbrica W-MAN se puede aprovechar al máximo

la infraestructura existente, reduciendo de esta manera los costos de

implementación. Haciendo referencia a lo mencionado, se concluye que el

diseño de un sistema híbrido de tecnología GPRS y tecnología inalámbrica W-

MAN es el más adecuado, según la primera alternativa del diseño final.

De acuerdo con el diseño obtenido en la segunda alternativa, en este trabajo

podemos concluir que GPRS es una tecnología muy económica ya que se paga

únicamente por la cantidad de datos enviados.

Es de suma importancia que un sistema diseñado cumpla con la característica de

escalabilidad. Este proyecto permite la expansión del sistema, admitiendo la

futura inclusión de nuevos equipos reconectadores, por lo tanto se concluye que

este trabajo cumple con esta característica.

Debido a que el trabajo propuesto tiene la característica fundamental de usar una

función del protocolo de comunicaciones DNP3 llamada respuestas no

solicitadas, que envía información únicamente cuando haya variado el parámetro

medido, se concluye que la RTU ELITEL 4000 destinada para este diseño no

puede explotar esta funcionalidad, ya que dicho equipo no maneja esta función,

únicamente se puede obtener información mediante un polling o petición cada

cierto tiempo.

La Centrosur tiene previsto colocar un equipo AU Alvarion en el cerro Señor

Pungo, ya que este es un punto estratégico para sus comunicaciones. Por lo

tanto de lo examinado en este trabajo se puede concluir que, con la

implementación de este equipo se puede comunicar a los siguientes

reconectadores: reconectador ubicado en Ricaurte y reconectador ubicado en

Challuabamba. En el caso de no colocar este equipo, estos reconectadores

deberán ser comunicados usando la red GPRS.

8.2 RECOMENDACIONES.

Si se identifica que un reconectador a ser implementado en el futuro se

encuentra dentro del área de cobertura de un equipo Alvarion, se recomienda

hacer un estudio radioeléctrico del enlace antes de implementar este sistema

debido a que se deben tomar en cuenta todos los parámetros de la comunicación

inalámbrica.

Para comunicar al reconectador ubicado en El Valle, en este proyecto se lo

realiza mediante GPRS. Del estudio realizado se ha determinado que este

reconectador puede ser comunicado usando tecnología inalámbrica desde el

cerro Guaguazhumi (ver anexo 2), por lo tanto se recomienda cambiar la antena

situada en este cerro con dirección a la Subestación 1, por una antena Flat Panel




2009

157

sectorial de 120 grados de tal manera que por medio de esta antena se

comunique tanto a la subestación como al reconectador.

Para comunicar al reconectador ubicado en El Descanso, en el presente proyecto

se lo realiza mediante la red GPRS. Del estudio realizado se ha determinado que

este reconectador puede ser comunicado usando tecnología inalámbrica desde el

cerro Guaguazhumi (ver anexo 2), por lo tanto se sugiere cambiar la antena

situada en este cerro con dirección a la subestación 12, por una antena Flat Panel

sectorial de 60 grados de tal manera que por medio de ésta se comunique tanto a

la subestación como al reconectador ubicado en El Descanso.

Para comunicar al reconectador ubicado en Guachapala, en el presente proyecto

se lo realiza mediante la red GPRS. Del estudio realizado se ha determinado que

este reconectador puede ser comunicado usando tecnología inalámbrica desde el

cerro Ñuñurco (ver anexo 2), por lo tanto se sugiere cambiar la antena sectorial

de 60 grados situada en este cerro con dirección hacia el punto de recaudo en

Sevilla de Oro, por una antena Flat Panel sectorial de 120 grados, de tal forma

que por medio de ésta se comunique tanto al punto de recaudo como al

reconectador ubicado en Guachapala.

Si el estudio determina que un reconectador a implementarse debe ser

comunicado usando la red GPRS, se recomienda obtener las coordenadas

geográficas de su punto de ubicación, y enviarlas a las oficinas de DATUM para

que se determine si existe cobertura de la red en ese punto.

Una vez que el sistema de comunicación esté implementado y funcionando, se

recomienda hacer un monitoreo del tráfico de los reconectadores que se

encuentran comunicados con la red GPRS, para determinar si durante las horas

pico la red mantiene los niveles de confiabilidad.

El estudio para determinar el número de reconectadores que se vayan a

implementar en el futuro, permitiría solicitar a la operadora Porta la asignación

de un bloque de direcciones IP de reserva para evitar posibles problemas en lo

posterior.

Se recomienda la capacitación del personal durante la instalación del sistema de

comunicaciones para evitar elevados gastos en servicios de soporte técnico por

parte del proveedor de los equipos.

Con el fin de reducir costos de implementación y posibles puntos de fallo, se

sugiere que los nuevos reconectadores que se vayan a adquirir, cuenten con

interfaces Ethernet. Este puerto servirá para la comunicación mediante

tecnología inalámbrica y GPRS, eliminando así la necesidad de un conversor de

interface entre el reconectador y el canal de comunicaciones.

Antes de implementar el sistema de comunicaciones se sugiere cambiar la RTU

que actualmente está destinada para el diseño, por otra que maneje un mayor

número de dispositivos remotos, ya que la RTU que se tiene al momento maneja

únicamente 64 equipos, que para el actual proyecto satisface las condiciones,

pero en un futuro cercano no se podrá ampliar el sistema más allá de este

número.




2009

158

Como la RTU actual no soporta el uso de respuestas no solicitadas, se

recomienda que ésta sea una característica primordial para la compra de una

nueva RTU, ya que esta función nos permite reducir costos de operación cuando

se usa la red GPRS.

Para la adquisición de una nueva RTU, se recomienda que cumpla con la

característica de manejar tanto el protocolo de comunicaciones DNP3.0 serial

como el DNP3 LAN / WAN. De esta forma se evita la compra de un conversor

de protocolos, necesario en el diseño actual. Además esta RTU debe manejar el

protocolo de comunicaciones IEC 60870-5-101 para la comunicación con el

sistema SCADA




2009

159

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Ttnetcom. 2009. http://www.ttnetcom.com/telematica-telemetria.htm (último acceso: 29

de Mayo de 2009).

UDEC. http://www2.udec.cl/~eduamoli/gprs.htm#1 (último acceso: 11 de Febrero de

2009).




2009

162

Anexo 1 Estudio radioeléctrico para

los reconectadores




2009

163

Reconectadores que no tienen enlace con las estaciones de la red WAN.

Del estudio realizado en el punto 6.6.6.3 del capítulo 6 se determinó que algunos

reconectadores no pueden utilizar la tecnología W/MAN, debido a la topografía del

terreno entre los equipos de comunicación del reconectador y las estaciones.

A continuación se muestra el estudio de estos enlaces.

En la Figura A1.1, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Señor

Pungo al reconectador ubicado en el colegio Garaicoa, aquí se observa que no existe

enlace con los parámetros usados para el sistema, debido a las condiciones

desfavorables del terreno.

Figura A1. 1 Perfil Topográfico Señor Pungo-Garaicoa.


Pungo al reconectador ubicado en El Descanso, aquí se observa que no existe enlace.




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Figura A1. 2 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Descanso.


Pungo al reconectador ubicado en El Valle, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 3 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Valle.




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En la Figura A1.4, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación

Guaguazhumi al reconectador ubicado cerca del Colegio Garaicoa, aquí se observa que

no existe enlace.

Figura A1. 4 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Garaicoa.

En la Figura A1.5, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Altarurco

al reconectador ubicado en Suscal, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 5 Perfil Topográfico Altarurco – Reconectador Suscal.




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166

En la Figura A1.6, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Simbala al

reconectador ubicado en Cumbe, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 6 Perfil Topográfico Simbala – Cumbe.

En la Figura A1.7, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Simbala al

reconectador ubicado en Lentag, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 7 Perfil Topográfico Simbala – Reconectador Lentag.




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167

En la Figura A1.8, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Villaflor al

reconectador ubicado en Paute, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 8 Perfil Topográfico Villaflor – Paute.

En la Figura A1.9, se presenta el perfil topográfico tomado desde la estación Buerán al

reconectador ubicado en Biblián, aquí se observa que no existe enlace.

Figura A1. 9 Perfil Topográfico Señor Pungo – El Descanso.




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Anexo 2 Recomendaciones de

enlaces




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Recomendaciones para la Estación Guaguazhumi

En la estación Guaguazhumi se encuentra actualmente instalada una antena sectorial de

60 grados con dirección a la subestación 1. En la Figura A2.1 se muestra la cobertura

que tendría si tuviera una antena sectorial de 120 grados. Aquí se puede ver que el

sector de La Dolorosa y el Valle están dentro de su zona de alcance. Se muestra en la

parte superior izquierda una referencia de la intensidad de la señal, la cobertura está

dibujada hasta un valor de sensibilidad de -92 dBm que es el límite de las unidades

suscriptoras SU’s y un radio de alcance de 20 Km.

Figura A2. 1 Cobertura de Guaguazhumi con antena sectorial de 120 grados dirección S/E1.

La Figura A2.2 muestra el perfil topográfico entre la estación Guaguazhumi y el

reconectador ubicado en la Dolorosa (Ricaurte), donde se observa que si existe enlace.




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Figura A2. 2 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador La Dolorosa.


reconectador ubicado en El Valle, donde se observa que si existe enlace.

Figura A2. 3 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador El Valle.




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En la estación de Guaguazhumi también existe un enlace punto a punto con la

Subestación 12. En la Figura A2.4 se muestra la cobertura que tendría si tuviera una

antena sectorial de 60 grados. Donde podemos ver que el sector del Descanso está

dentro de su zona de alcance. En la parte superior izquierda se muestra una

referencia de la intensidad de la señal, la cobertura está dibujada hasta un valor de

sensibilidad de -92 dBm que es el límite de las unidades suscriptoras SU’s, y un

radio de alcance de 20 Km.

Figura A2. 4 Cobertura de Guaguazhumi con antena sectorial de 60 grados dirección SE 12.


reconectador ubicado en El Descanso, donde se observa que si existe enlace.




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Figura A2. 5 Perfil Topográfico Guaguazhumi – Reconectador El Descanso.

Recomendaciones para la Estación Ñuñurco.

En la estación Ñuñurco se encuentra actualmente instalada una antena sectorial de 60

grados con dirección al punto de recaudo Sevilla de Oro. En la Figura A2.6 se muestra

la cobertura que tendría si tuviera una antena sectorial de 120 grados. Aquí se puede ver

que el sector de Guachapala está dentro de su zona de alcance. En la parte superior

izquierda se muestra una referencia de la intensidad de la señal, la cobertura está

dibujada hasta un valor de sensibilidad de -92 dBm que es el límite de las unidades

suscriptoras SU’s y un radio de alcance de 20 Km.




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Figura A2. 6 Cobertura de Ñuñurco con antena sectorial de 120 grados dirección SE 12.

La Figura A2.7 muestra el perfil topográfico entre la estación Ñuñurco y el reconectador

ubicado en Guachapala, donde se observa que si existe enlace.

Figura A2. 7 Perfil Topográfico Ñuñurco – Reconectador Guachapala.

tesis reconectadores centrosur

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