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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

“DISEÑO DEL PROTOTIPO DE UN SISTEMA QUE PERMITA LA ALINEACIÓN

AUTOMÁTICA DE ANTENAS DE RADIOENLACE EN COMUNICACIONES MARÍTIMAS

CON EL OBJETIVO DE ASEGURAR EL NIVEL DE SEÑAL DE LA CONEXIÓN ENTRE

LAS EMBARCACIONES Y EL PUERTO”

PROYECTO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTOR:

ERICK FERNANDO VILLAMAR VILLAO

TUTOR:

ING. JENNY ARÍZAGA GAMBOA, MSI.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2019

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TÍTULO: “Diseño del prototipo de un sistema que permita la alineación automática de

antenas de radioenlace en comunicaciones marítimas con el objetivo de asegurar el

nivel de señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto”

AUTOR:

Erick Fernando Villamar Villao

TUTOR: Ing. Jenny Arízaga Gamboa, MSI.

REVISOR: Ing. Luis Espín Pazmiño, Mg.

INSTITUCIÓN: Universidad de

Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

FECHA DE PUBLICACIÓN: Octubre del 2019 No. DE PÁGS: 110

ÁREA TEMÁTICA: Tecnologías de la Información y Telecomunicaciones

PALABRAS CLAVE: Redes, Inalámbricas, Marítimo, Hardware, Libre, Open Source.

RESUMEN: Las ventajas de contar con comunicaciones de banda ancha en el mar son

innegables: facilitan la coordinación de operaciones marítimas, propician la

comunicación de información de seguridad y bienestar, posibilitan la conectividad de

pasajeros y tripulaciones, y hoy, existen soluciones para proporcionar a los usuarios

marítimos comunicaciones rentables de alta velocidad a lo largo de las zonas costeras;

pero, debido a las dificultades inherentes de este entorno, aún no es posible aprovechar

su máximo rendimiento. En el presente trabajo se intenta identificar cómo las

variaciones en la altura y orientación de la antena producen efectos negativos en el

rendimiento de la red marítima, con el fin de proponer una solución simple y de bajo

costo que permita contrarrestar tales efectos haciendo uso de software y hardware libre,

pensada para usuarios de pequeñas embarcaciones que no estén en la capacidad de

financiar los equipos y tarifas de las redes satelitales; además de determinar su

factibilidad mediante ensayos de funcionamiento.

ADJUNTO PDF SI X NO

CONTACTO CON AUTOR: Teléfono: 0980238029

E-mail: [email protected]

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: Nombre: Ab. Juan Chávez Atocha

Teléfono: (04)2307729

II

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “Diseño del prototipo de un

sistema que permita la alineación automática de antenas de radioenlace en

comunicaciones marítimas con el objetivo de asegurar el nivel de señal de la

conexión entre las embarcaciones y el puerto” elaborado por el Sr. Erick

Fernando Villamar Villao, alumno no titulado de la Carrera de Ingeniería en

Networking y Telecomunicaciones, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de

la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en

Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber

orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.

Atentamente,

Ing. Jenny Arízaga Gamboa, MSI.

TUTOR

III

AGRADECIMIENTO

Quisiera agradecer a mi tutora. Siempre fue

excepcionalmente generosa durante todas las

fases del proceso de titulación. Con frecuencia

se daba el tiempo de instruir y ayudar a sus

estudiantes en sus problemas. Estoy sumamente

agradecido por todas las oportunidades que me

brindó. Sin duda recordaré todas las sesiones

con mucho cariño.

Quisiera reconocer a mi supervisor. Las

innumerables horas de ayuda en la edición de

mis muchos errores mejoraron en gran medida

el contenido de este trabajo. Por la orientación

y apoyo a lo largo de este estudio, y

especialmente por la gran confianza que

depositó en mí, siempre le estaré agradecido.

Me gustaría extender mi agradecimiento a

docentes que me han ayudado en el camino de

la formación como profesional; a aquellas

personas que me permitieron aprender de cada

una de ellas a través de sus experiencias; a

quienes proporcionaron una salida de mis

preocupaciones y me ayudaron a ser más

prudente estos últimos meses. Quiero

agradecerles a todos, pero en especial a mi gran

amiga que se tomó el tiempo de escuchar mis

problemas y darles perspectiva; por animarme

y decirme siempre “Te conozco, ¡sé que puedes

hacer esto!”. Su apoyo significó más para mí de

lo que podría imaginar.

IV

DEDICATORIA

Me gustaría dedicar este logro, no sin antes

expresar mi más profunda gratitud, a mi

familia, quienes han brindado aliento e interés

durante toda mi vida; especialmente en todos

esos momentos en que los desafíos parecían

demasiados grandes para llegar a superarlos.

Debido a sus oraciones y apoyo incondicional

he podido llegar tan lejos.

A todas las personas que de una u otra manera

participaron en la realización de este resultado,

espero dejarles “algo”, así como dejan en mí.

Sin ustedes, este logro no hubiera sido posible.

V

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

Ing. Fausto Cabrera Montes, MSc.

DECANO DE LA FACULTAD

CIENCIAS MATEMÁTICAS Y

FISICAS

Ing. Abel Alarcón Salvatierra, Mgs.

DIRECTOR DE LA CARRERA DE

INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

Ing. Luis Espín Pazmiño, Mg.

PROFESOR REVISOR DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN

Ing. Manuel Flores Morán, MSc.

PROFESOR DEL ÁREA

DESIGNADO EN EL TRIBUNAL

Ing. Jenny Arízaga Gamboa, MSI.

PROFESOR TUTOR DEL

PROYECTO DE TITULACION

Ab. Juan Chávez Atocha, Esp.

SECRETARIO TITULAR

VI

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este

Proyecto de Titulación, me corresponden

exclusivamente; y el patrimonio intelectual a la

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”


VII


FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

“Diseño del prototipo de un sistema que permita la alineación automática de

antenas de radioenlace en comunicaciones marítimas con el objetivo de asegurar

el nivel de señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto”

Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Autor: Erick Fernando Villamar Villao

C.I. 0950714881

Tutor: Ing. Jenny Arízaga Gamboa, MSI.

Guayaquil, octubre del 2019

VIII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo

Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por el estudiante Erick

Fernando Villamar Villao, como requisito previo para optar por el título de

Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:

“Diseño del prototipo de un sistema que permita la alineación automática de antenas

de radioenlace en comunicaciones marítimas con el objetivo de asegurar el nivel de

señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto”

considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

Erick Fernando Villamar Villao Cédula de ciudadanía N° 0950714881


Guayaquil, octubre del 2019

IX




Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital

1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre del Alumno: Erick Fernando Villamar Villao

Dirección: El cisne, parroquia Febres Cordero.

Teléfono: 0980238029 E-mail: [email protected]

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

Profesor Tutor: Ing. Jenny Arízaga Gamboa, MSI.

Título del Proyecto de Titulación:


antenas de radioenlace en comunicaciones marítimas con el objetivo de

asegurar el nivel de señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto”

Tema del Proyecto de Titulación:

Tecnologías de la Información y Telecomunicaciones

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de

Titulación

A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a

la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de

esta tesis.

X

Publicación electrónica:

Inmediata X Después de un año

Firma Alumno:


C.I. 0950714881

3. Forma de envío:

El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo

.Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg

o .TIFF.

DVDROM CDROM X

XI

ÍNDICE GENERAL

APROBACIÓN DEL TUTOR II

AGRADECIMIENTO III

DEDICATORIA IV

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN V

DECLARACIÓN EXPRESA VI

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR VIII

ÍNDICE GENERAL XI

ÍNDICE DE CUADROS XIV

ÍNDICE DE GRÁFICOS XV

ABSTRACT XVI

RESUMEN XVII

ABREVIATURAS XVIII

INTRODUCCIÓN - 1 -

CAPÍTULO I EL PROBLEMA - 2 -

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA - 2 -

UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO - 2 -

SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS - 3 -

REDES DE RADIO MARÍTIMA - 4 -

REDES SATELITALES - 5 -

REDES CELULARES - 5 -

CAUSAS Y CONSECUENCIAS - 6 -

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA - 6 -

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA - 7 -

EVALUACIÓN DEL PROBLEMA - 8 -

OBJETIVOS - 8 -

OBJETIVO GENERAL - 8 -

OBJETIVOS ESPECÍFICOS - 8 -

ALCANCES DEL PROBLEMA - 9 -

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA - 10 -

METODOLOGÍA DEL PROYECTO - 11 -

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO - 12 -

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO - 12 -

WIMAX EN ENTORNOS MARÍTIMOS - 12 -

XII

TRITON - 15 -

MARE-FI - 16 -

BLUECOM+ - 17 -

LTE-MARITIME - 20 -

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA - 21 -

ARDUINO - 21 -

ARDUINO NANO - 22 -

SOFTWARE ARDUINO - 23 -

SOFTWARE PROCESSING - 26 -

SERVOMOTOR - 29 -

SENSORES DE MEDICIÓN INERCIAL - 30 -

MÓDULO MPU6050 - 31 -

SOFTWARE LIBRE - 35 -

HARDWARE LIBRE - 37 -

SEIS GRADOS DE LIBERTAD - 39 -

MOVIMIENTOS Y OSCILACIÓN DEL BARCO - 41 -

FUNDAMENTACIÓN LEGAL - 43 -

REGLAMENTO DE LAS TELECOMUNICACIONES INTERNACIONALES - 44 -

CONSTITUCIÓN DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR - 44 -

CÓDIGO ORGÁNICO DE ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN - 45 -

DECRETO EJECUTIVO N° 10014 - 48 -

PREGUNTA CIENTÍFICA A CONTESTARSE - 49 -

DEFINICIONES CONCEPTUALES - 49 -

CAPÍTULO III PROPUESTA TECNOLÓGICA - 50 -

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD - 51 -

FACTIBILIDAD OPERACIONAL - 52 -

FACTIBILIDAD TÉCNICA - 53 -

FACTIBILIDAD LEGAL - 53 -

FACTIBILIDAD ECONÓMICA - 53 -

ENTREGABLES DEL PROYECTO - 54 -

ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO - 55 -

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA - 56 -

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS - 59 -

ANÁLISIS DE VARIABLE ROLL - 64 -

XIII

ANÁLISIS DE VARIABLE PITCH - 66 -

ANÁLISIS DE VARIABLE YAW - 68 -

CAPÍTULO IV CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO - 70 -

CONCLUSIONES - 71 -

RECOMENDACIONES - 72 -

ANEXO I MODELO CONCEPTUAL DE PROPUESTA - 73 -

ANEXO II TASAS DE DATOS DE SERVICIOS MARÍTIMOS - 74 -

ANEXO III ENTREVISTA REALIZADA A EXPERTO DEL ÁREA - 77 -

ANEXO IV ANALISÍS ESTADISTICO EN SPSS - 81 -

ANEXO V CRONOGRAMA DEL PROYECTO - 85 -

BIBLIOGRAFÍA - 86 -

XIV

ÍNDICE DE CUADROS

CUADRO NO. 1: EJEMPLOS DE PRODUCTOS DE SERVICIOS DE INTERNET SATELITAL - 5 -

CUADRO NO. 2: CAUSAS Y CONSECUENCIAS - 6 -

CUADRO NO. 3: DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA - 7 -

CUADRO NO. 4: COMPARACIÓN DE USO DE ANCHO DE BANDA ENTRE LOS PROTOCOLOS - 14 -

CUADRO NO. 5: ELEMENTOS DE LA BARRA DE MENÚ DE ARDUINO IDE - 24 -

CUADRO NO. 6: ELEMENTOS DEL EDITOR DE CÓDIGO DE ARDUINO IDE - 25 -

CUADRO NO. 7: ELEMENTOS DEL EDITOR DE CÓDIGO DE PROCESSING IDE - 27 -

CUADRO NO. 8: VARIANTES DEL PROYECTO RESPALDADOS POR PROCESSING FOUNDATION - 28 -

CUADRO NO. 9: CONEXIÓN SERVO - ARDUINO - 29 -

CUADRO NO. 10: COLORES DE TERMINALES DE SERVOMOTORES POR FABRICANTES - 30 -

CUADRO NO. 11: FUNCIÓN DE LOS PINES DEL MPU6050 - 32 -

CUADRO NO. 12: FÓRMULA TRIGONOMÉTRICA PARA EL CÁLCULO DE ÁNGULOS - 33 -

CUADRO NO. 13: LA DEFINICIÓN DE CÓDIGO ABIERTO - 36 -

CUADRO NO. 14: LA DEFINICIÓN DE HARDWARE ABIERTO - 37 -

CUADRO NO. 15: MOVIMIENTOS DE TRANSLACIÓN DE UN CUERPO - 40 -

CUADRO NO. 16: MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN DE UN CUERPO - 40 -

CUADRO NO. 17: MOVIMIENTOS DE TRANSLACIÓN DE UN BARCO - 42 -

CUADRO NO. 18: MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN DE UN BARCO - 43 -

CUADRO NO. 19: PARTES DEL SISTEMA PROPUESTO - 51 -

CUADRO NO. 20: PROCESOS DE GESTIÓN DE PROYECTOS - 55 -

CUADRO NO. 21: PRUEBA DE NORMALIDAD A VARIABLES ANALIZADAS - 60 -

CUADRO NO. 22: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE ROLL DEL ENSAYO 1 - 65 -

CUADRO NO. 23: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE ROLL DEL ENSAYO 2 - 65 -

CUADRO NO. 24: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE PITCH DEL ENSAYO 1 - 67 -

CUADRO NO. 25: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE PITCH DEL ENSAYO 2 - 67 -

CUADRO NO. 26: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE YAW DEL ENSAYO 1 - 69 -

CUADRO NO. 27: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE YAW DEL ENSAYO 2 - 69 -

CUADRO NO. 28: INFORME DE ACEPTACIÓN - 70 -

CUADRO NO. 29: INFORME DE APROBACIÓN - 70 -

XV

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO NO. 1: VARIACIONES EN LA SEÑAL RECIBIDA A CAUSA DE LAS OLAS DEL MAR - 2 -

GRÁFICO NO. 2: POTENCIA DE RADIACIÓN ISOTRÓPICA EQUIVALENTE - 4 -

GRÁFICO NO. 3: TRANSMISOR A 185M DE ALTURA DEL EDIFICIO PORTUARIO DE SINGAPUR - 13 -

GRÁFICO NO. 4: ARQUITECTURA DEL PROYECTO TRITON - 15 -

GRÁFICO NO. 5: NOTIFICACIÓN DE RETIRO DE LA TECNOLOGÍA WIMAX POR PARTE DE CISCO - 16 -

GRÁFICO NO. 6: MARBED EN LA INFRAESTRUCTURA DE INVESTIGACIÓN DEL TEC4SEA - 17 -

GRÁFICO NO. 7: ARQUITECTURA DEL PROYECTO BLUECOM+ - 18 -

GRÁFICO NO. 8: TEST DE VELOCIDAD REALIZADAS DURANTE LAS PRUEBAS DE BLUECOM+ - 19 -

GRÁFICO NO. 9: ARQUITECTURA DEL CONCEPTO LTE-MARÍTIMO - 20 -

GRÁFICO NO. 10: MODELOS ARDUINO MÁS CONOCIDOS - 22 -

GRÁFICO NO. 11: PINOUT ARDUINO NANO - 22 -

GRÁFICO NO. 12: VENTANA DEL ENTORNO DE DESARROLLO INTEGRADO DE ARDUINO - 23 -

GRÁFICO NO. 13: VENTANA DEL ENTORNO DE DESARROLLO INTEGRADO DE PROCESSING - 26 -

GRÁFICO NO. 14: INFLUENCIA DE PROCESSING DE/A OTROS SISTEMAS DE CODIFICACIÓN - 27 -

GRÁFICO NO. 15: DIRECCIÓN DE LOS EJES EN EL MÓDULO MPU6050 - 31 -

GRÁFICO NO. 16: MEDICIÓN DE ORIENTACIÓN MEDIANTE FILTRO COMPLEMENTARIO - 35 -

GRÁFICO NO. 17: SEIS GRADOS DE LIBERTAD - 39 -

GRÁFICO NO. 18: 3DOF VS 6DOF EN VR - 41 -

GRÁFICO NO. 19: SEIS GRADOS DE LIBERTAD DEL BARCO - 42 -

GRÁFICO NO. 20: ENSAYO DE FUNCIONAMIENTO NÚMERO 1 - 56 -

GRÁFICO NO. 21: ENSAYO DE FUNCIONAMIENTO NÚMERO 2 - 57 -

GRÁFICO NO. 22: BARCAZAS PARA OBRA AEROVÍA DE LA RUTA GUAYAQUIL-DURÁN - 58 -

GRÁFICO NO. 23: VARIABLES DE MOVIMIENTO DEL BARCO DEL ENSAYO 1 - 62 -

GRÁFICO NO. 24: VARIABLES DE MOVIMIENTO DEL BARCO DEL ENSAYO 2 - 62 -

GRÁFICO NO. 25: VARIABLES DE MOVIMIENTO DE LA ANTENA DEL ENSAYO 1 - 63 -

GRÁFICO NO. 26: VARIABLES DE MOVIMIENTO DE LA ANTENA DEL ENSAYO 2 - 63 -

GRÁFICO NO. 27: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE ROLL DEL ENSAYO 1 - 64 -

GRÁFICO NO. 28: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE ROLL DEL ENSAYO 2 - 64 -

GRÁFICO NO. 29: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE PITCH DEL ENSAYO 1 - 66 -

GRÁFICO NO. 30: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE PITCH DEL ENSAYO 2 - 66 -

GRÁFICO NO. 31: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE YAW DEL ENSAYO 1 - 68 -

GRÁFICO NO. 32: COMPARACIÓN BARCO_ANTENA DE LA VARIABLE YAW DEL ENSAYO 2 - 68 -

XVI




“Design of the prototype of a system that allows the automatic alignment of

radio-link antennas in maritime communications with the objective of ensuring

the signal level of the connection between the vessels and the port”

ABSTRACT

The advantages of having broadband communications at sea are undeniable:

facilitates the coordination of maritime operations, enables the communication

safety and welfare information, allows the connectivity of passengers and crews,

and today, solutions exist to provide maritime users with cost-effective high-speed

communications along coastal areas; but, due to the inherent difficulties of this

environment, it is not yet possible to take advantage of its maximum performance.

This paper attempts to identify how variations in antenna height and orientation

produce negative effects on the performance of the maritime network, in order to

propose a simple and low-cost solution to counteract such effects through the use

of free software and hardware, designed for users of small vessels that are not able

to finance the equipment and tariffs of satellite networks; in addition to determining

the feasibility by testing their operation.

Author: Erick Fernando Villamar Villao


XVII





antenas de radioenlace en comunicaciones marítimas con el objetivo de asegurar

el nivel de señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto”

RESUMEN

Las ventajas de contar con comunicaciones de banda ancha en el mar son

innegables: facilitan la coordinación de operaciones marítimas, propician la

comunicación de información de seguridad y bienestar, posibilitan la conectividad

de pasajeros y tripulaciones, y hoy, existen soluciones para proporcionar a los

usuarios marítimos comunicaciones rentables de alta velocidad a lo largo de las

zonas costeras; pero, debido a las dificultades inherentes de este entorno, aún no es

posible aprovechar su máximo rendimiento. En el presente trabajo se intenta

identificar cómo las variaciones en la altura y orientación de la antena producen

efectos negativos en el rendimiento de la red marítima, con el fin de proponer una

solución simple y de bajo costo que permita contrarrestar tales efectos haciendo uso

de software y hardware libre, pensada para usuarios de pequeñas embarcaciones

que no estén en la capacidad de financiar los equipos y tarifas de las redes

satelitales; además de determinar su factibilidad mediante ensayos de

funcionamiento.

Autor: Erick Fernando Villamar Villao


XVIII

ABREVIATURAS

ETA Estimated Time of Arrival (Tiempo estimado de llegada)

ICS International Chamber of Shipping

OMI Organización Marítima Internacional

AIS Automatic Identification System (Sistema de Identificación

Automática)

SMSSM Global Maritime Distress Safety System (Sistema Mundial de

Socorro y Seguridad Marítimos)

MRCP Maritime Radio Communications Plan (Plan de Comunicaciones de

Radio Marítima)

IALA International Association of marine aids to navigation and

Lighthouse Authorities (Asociación Internacional de Ayudas a la

Navegación Marítima y Autoridades de Faros

OSI Open Source Initiative (Iniciativa para el Código Abierto)

OSHW Open Source Hardware (Hardware de Código Abierto)

DoF Degrees of Freedom (Grados de libertad)

IMU Inertial Measurment Units (Sensores de Medición Inercial)

IDE Integrated Development Environment (Entorno de Desarrollo

Integrado)

- 1 -

INTRODUCCIÓN

Las redes marítimas se han basado principalmente en comunicaciones por voz, a

través de las bandas de Alta Frecuencia (HF)1 para comunicaciones de barco a

barco en altamar, en la banda de Muy Alta Frecuencia (VHF)2 para

comunicaciones con las estaciones costeras, y de conexiones satelitales cuando

se requiere de comunicaciones de datos; pero, al ser esta última una tecnología

muy costosa no siempre está al alcance de los usuarios marítimos de los

segmentos más humildes, como por ejemplo los usuarios de la industria pesquera.

Las limitaciones de los sistemas de comunicación tradicionales junto al enorme

crecimiento de nuevos servicios y tecnologías asociadas al mar impulsaron la

investigación de distintos métodos para proporcionar comunicaciones rentables y

de alta velocidad a lo largo de las costas, es así como en los últimos años han

surgido novedosas soluciones para hacer frente a la creciente demanda de datos

asociados a una industria con gran potencial económico.

Estas soluciones requieren de sistemas mecánicos y electrónicos que permitan la

estabilización de las antenas de radioenlace, ya que los nodos de comunicación

están expuestos a las condiciones del mar que afectan en gran medida las

trayectorias para establecer los enlaces de red. Sin embargo, tales sistemas son

voluminosos y caros, fuera del alcance de los pescadores, quienes una vez que

superan la cobertura celular quedan completamente incomunicados a tierra.

El presente documento busca una solución simple y de bajo costo que contrarreste

la desalineación de las antenas a causa del movimiento del mar, de la siguiente

manera: En el Capítulo I se describe el problema; de donde surge, y por qué la

importancia de abordarlo. El Capítulo II expone las principales tecnologías de

redes marítimas de banda ancha disponibles, además de introducir definiciones

conceptuales para la comprensión del trabajo. En el capítulo III se proporciona una

descripción del tipo de solución que se propone, además de los resultados de las

mediciones de su factibilidad. Y el Capítulo IV finaliza con las conclusiones y

recomendaciones para futuros trabajos.

1 Banda de frecuencias ubicada en el rango de 3 MHz a 30 MHz. 2 Banda de frecuencias ubicada en el rango de 30 MHz a 300 MHz.

- 2 -

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ubicación del Problema en un Contexto

Normalmente para tener un acceso inalámbrico de banda ancha basta con la

instalación de Estaciones Base (BS)3 o puntos de acceso (AP)4 en un lugar fijo,

pero en un escenario marítimo esto se convierte en una tarea especialmente

complicada debido a que los equipos de comunicación se deben instalar en

elementos flotantes que los exponen a desafíos únicos, no presentes en las

comunicaciones terrestres.

Gráfico No. 1: Variaciones en la señal recibida a causa de las olas del mar

Elaboración: Chee-Wei Ang; Su Wen

Fuente: Signal strength sensitivity and its effects on routing in maritime wireless networks

Un hecho simple que podemos observar es que cuando las embarcaciones se

encuentran sobre la superficie del mar no permanecen estables: el viento, el oleaje

y otros factores naturales provocan que el barco se incline de lado a lado, se

levante y se hunda, e incluso que gire sobre su propio eje cuando están anclados.

3 Estaciones distribuidas para efectuar los enlaces a alguna central de conmutación. 4 Nodo que permite la conexión entre dispositivos mediante un estándar inalámbrico.

- 3 -

Estos cambios contribuyen a una continua variación en los ajustes de altura

(elevación)5 y orientación (azimut)6 de la antena, causando una conexión débil e

inestable, llegando incluso a provocar la pérdida del enlace resultado de la

constante desalineación entre el transmisor y el receptor.

Si el escenario es una red en malla que utilice un protocolo dinámico para el

descubrimiento de rutas, la inestabilidad en la intensidad de la señal puede causar

un gran consumo de ancho de banda debido a los constantes mensajes de

actualización acerca de los cambios en la red, consecuencia de las frecuentes

roturas del enlace y por lo tanto, reduciendo significativamente su rendimiento.

Si bien las antenas omnidireccionales eludirían este inconveniente, su uso supone

perdidas por propagación multitrayecto debido al estado incierto de las señales

que rebotan en el mar llegando al receptor desfasadas, causando retardos en el

enlace que está transmitiendo. Además, las antenas omnidireccionales implican

una menor ganancia, la cual es necesaria para superar la gran pérdida de

trayectoria presente en los escenarios marinos.

Un sistema que permita estabilizar los enlaces inalámbricos manteniendo la

alineación del transmisor y receptor constante, permite el uso de antenas

direccionales de alta ganancia con ancho de haz estrecho, dando la posibilidad de

cubrir mayores distancias en las comunicaciones marítimas.

Situación Conflicto Nudos Críticos

A pesar de que las redes cableadas ofrecen un mejor rendimiento, existen

circunstancias en las que es muy difícil o incluso imposible instalar el medio físico

necesario para la transmisión, como sucede con los navíos, además de que deben

presentar mayor resistencia al viento, arena, corrosión y muchas otras condiciones

que se presentan cerca de ambientes marinos; por lo que las conexiones

inalámbricas se convierten en las únicas alternativas viables para tener acceso a

comunicaciones de banda ancha en el mar.

5 Movimiento vertical de una antena de radioenlace. 6 Movimiento horizontal de una antena de radioenlace.

- 4 -

Redes de radio marítima

Cuando es necesario establecer una comunicación de barco a barco, o de barco

a costa, se lo realiza haciendo uso de canales analógicos de muy alta frecuencia

(VHF), así como de ultra alta frecuencia (UHF)7. La razón principal es que la

perdida de trayectoria en estas bandas de frecuencias es menor, por lo que en

comparación con un nodo que haga uso de frecuencias más altas, la señal puede

llegar más lejos usando la misma potencia (EIRP)8.

Un corolario es que un nodo puede cubrir la misma distancia con un EIRP más

pequeño. Un EIRP más pequeño se puede traducir en el uso de una antena de

menor ganancia. Una menor ganancia de antena significa un haz de radiación más

amplio. Y una antena de haz amplio puede ser ventajoso en el entorno marino

porque el movimiento del mar causa fluctuaciones significativas en una antena

directiva si se usa un haz estrecho, pero con el impedimento de tener que hacer

uso de un menor ancho de banda, pues aunque estos canales son capaces de

transmitir a largas distancias, solo admiten servicios de voz.

Gráfico No. 2: Potencia de Radiación Isotrópica Equivalente

Elaboración: http://www.samanehsabz.com/

Fuente: http://www.samanehsabz.com/ موثر-یزوتروپیکا-یتابش-توان -eirp/

Tanto VHF como UHF son muy importantes para apoyar las operaciones

marítimas, especialmente de seguridad y rescate. Sistemas como el de

Identificación Automática (AIS)9 y el Sistema Mundial de Socorro y Seguridad

Marítimos (SMSSM)10 hacen uso de este rango de frecuencia, y a pesar de que

7 Banda de frecuencias ubicada en el rango de 300 MHz a 3 GHz. 8 Es la suma de la potencia del radio y la ganancia de la antena restando las atenuaciones. 9 Sistema que emite datos captados a bordo hacia otros barcos dentro del alcance VHF. 10 Sistema de alertas barco - tierra para operaciones de salvamento marítimo.

- 5 -

tienen una cobertura bastante extensa, esto es gracias a que solo requieren un

pequeñísimo ancho de canal.

Redes Satelitales

Cuando se requiere acceder a internet o intercambiar una mayor cantidad de

datos, suele hacerse uso de las comunicaciones por satélite debido a que, con

excepción de las zonas polares, pueden cubrir la mayor parte de la superficie del

planeta y proporcionar acceso a una gran cantidad de dispositivos. Sin embargo,

una debilidad de su uso en aplicaciones de red es el largo retraso de propagación

que existe entre dos estaciones terrestres, incluso entre estaciones cercanas,

afectando significativamente las comunicaciones en tiempo real. Pero el mayor

inconveniente recae en los elevados cargos de comunicación, operación y

mantenimiento que conllevan, haciendo de la comunicación satelital una

alternativa adecuada para complementar las tecnologías terrestres,

principalmente en lo que a cobertura se refiere.

Cuadro No. 1: Ejemplos de productos de servicios de internet satelital

Solución Satelital Data Rate

(kbps)

Costo / Mb

(USD)

Costo / Equipos

(USD)

FleetBroadband ≤ 432 0.15 ~ 20 5,100 ~ 13,499

Thales VesseLINK 700 0.60 ~ 16.50 7,395

KH Mini VSAT ≤ 4000 49 ~ 14999 16,995 ~ 74,995

Elaboración: Erick Villamar Fuente: http://www.groundcontrol.com/

Redes Celulares

Cuando las embarcaciones se encuentran cerca de la costa pueden beneficiarse

de los enlaces de sistemas móviles celulares instaladas cerca de los límites

terrestre; sin embargo, el tremendo aumento continuo de la velocidad de datos a

lo largo de la evolución de la generación celular desde la 2ª (GSM) hasta la 3ª

- 6 -

(UMTS) y ahora hasta la 4ª generación (LTE) conlleva un costo. Las razones

principales para aumentar la tasa de datos son la densificación de las celdas y el

ancho de banda adicional utilizado por enlace. Juntos disminuyen las zonas de

cobertura en tierra y, por lo tanto, han reducido el tamaño de las celdas para los

usuarios en el mar.

Causas y Consecuencias

Aunque el océano es grande, la mayoría de las actividades humanas tienen lugar

en áreas acuáticas del litoral. Los barcos se gestionan cada vez más con

asistencia costera: las condiciones de carga, el rendimiento de los motores y el

consumo de combustible, se transmiten periódicamente de barco a costa; y la

utilización de la banda ancha para transmitir la documentación de entrada y salida

de los puertos también se está haciendo habitual.

Cuadro No. 2: Causas y consecuencias

Causas Consecuencias

Estado incierto de la

superficie del mar Continuo Balanceo de las embarcaciones

Perturbaciones en los

nodos de comunicación

Variaciones y cambios constantes de la altura y

orientación de los enlaces de comunicación

Inestabilidad del enlace Bajo rendimiento de la conexión y frecuentes

roturas del enlace

Elaboración: Erick Villamar Fuente: Erick Villamar

Delimitación del Problema

Dada la amplitud de potencialidad del sistema que se propone, no sería posible

una comprobación de todas sus posibles aplicaciones. Por ello, se centrará su

análisis hacia el sector pesquero, dado que, por el contexto de este trabajo,

constituye un primer campo de interés para la aplicación de la propuesta. Esta

- 7 -

acotación también limita el alcance de la verificación, pues la naturaleza de las

actividades desarrollada por estos usuarios les supone pasar largas estancias en

fondeo11, faenando12 en zonas alrededor de las costas que les puedan brindar un

buen porcentaje de captura, quedando las embarcaciones, y por lo tanto las

antenas instaladas en ellas, expuestas al problema planteado.

Cuadro No. 3: Delimitación del Problema

Campo Sector pesquero

Área Radioenlaces a lo largo de las zonas costeras

Aspecto Desalineación de las antenas debido al movimiento de las

embarcaciones producida por el mar

Tema

Diseño del prototipo de un sistema que permita la alineación

automática de antenas de radioenlace en comunicaciones

marítimas


Vale resaltar que, si bien esta condicionante permite medir la factibilidad de este

trabajo, esto no es impedimento para comprobaciones en otros ámbitos, ya que

es posible ajustar el campo de aplicación.

Formulación del Problema

¿Cómo contribuiría a los usuarios de aquellos sectores que no pueden costear el

uso y cargos que conllevan los equipos de redes satelitales, un sistema simple y

de bajo costo que, mediante el uso de software y hardware libre, ayude a reducir

el riesgo de desconexión por desalineación de las antenas de radioenlaces

provocada por los movimientos de la embarcación al encontrarse sobre la

superficie del mar?

11 Dejar quieta una embarcación con anclas o pesos. 12 Hacer los trabajos de la pesca marina desde la embarcación.

- 8 -

Evaluación del Problema

Se han logrado obtener los siguientes aspectos con la finalidad de obtener una

evaluación del problema:

● Delimitado: Dado que afecta a los usuarios pesqueros (población),

quienes pasan largos periodos (tiempo) de fondeo a lo largo de la costa (espacio).

● Claro: Pues la información necesaria que se requiere para abordarlo se

encuentra en factores a los que normalmente estamos expuestos.

● Evidente: Ya que se trata de un fenómeno del que fácilmente podemos

asimilar sus efectos a través de la observación.

● Original: Al introducir la utilidad que nos brindan el uso de herramientas

libres para afrontarlo.

● Factible: Debido a que se tiene como objetivo brindar una posible solución

de bajo costo para eliminar o reducir el problema.

● Variables: A consecuencia de lo claro y evidente del problema, se puede

identificar las variables con claridad.

Objetivos

Objetivo general

● Diseñar el prototipo de un sistema que permita la alineación automática de

antenas de radioenlace en comunicaciones marítimas para asegurar el nivel de

señal de la conexión entre las embarcaciones y el puerto.

Objetivos específicos

● Analizar y comprender como inciden los movimientos y condiciones del

mar en la confiabilidad de las comunicaciones inalámbricas.

● Diseñar un modelo de elaboración del sistema que haga uso de

herramientas de código abierto o libres.

● Elaborar el prototipo del sistema que mantenga el correcto ajuste del

azimut y elevación de las antenas inalámbricas expuestas a las condiciones

marítimas.

- 9 -

Alcances del problema

Realizar una conexión banda ancha para transferir datos de forma inalámbrica, en

un entorno previsto a mar abierto, a lo largo de las zonas costeras, entre un barco

y una instalación en tierra, puede parecer sencillo porque es fácil tener línea de

vista, pero se plantean una gran cantidad de problemas que normalmente no son

importantes en otros ambientes y que lo hacen de las zonas más complicadas

para los enlaces de radio.

Una red en un entorno marítimo difiere de las terrestres en que las comunicaciones

de tierra a barco, e incluso entre embarcaciones, son mucho más susceptibles a

las condiciones de la superficie del mar, tales como: las mareas, las condiciones

atmosféricas, la temperatura, la humedad y la velocidad del viento. Además, la

altura y el ángulo de las antenas instaladas sobre un barco varían rápidamente

con las olas del océano. Todos, complejos factores que varían con el tiempo, y

que requieren diferentes tipos de investigación.

Este trabajo en ningún momento pretende:

• Abordar todas las dificultades de las redes banda ancha marítimas.

• Buscar o desarrollar una solución omnímoda.

• Crear o implementar un producto final.

Este trabajo busca:

• Motivar la investigación tecnológica en el ámbito marítimo.

• Proponer una solución que podría dar lugar a un producto o servicio.

• Diseñar un prototipo que permita validar la idea la propuesta.

Por lo que el alcance estará enfocado en proponer una forma simple y económica

de abordar el problema planteado, haciendo uso de aplicaciones y herramientas

libres para que, con los efectos del movimiento del mar que afectan la dirección

de las antenas de radioenlaces minimizados o eliminados, dar entrada a nuevas

investigaciones que permitan abordar otros ajustes utilizando técnicas similares.

- 10 -

Justificación e importancia

Históricamente la pesca constituye un importante pilar fundamental para el

crecimiento sostenible de cualquier país en desarrollo, son fuentes importantes de

alimentos, puestos de trabajo e ingresos en varias comunidades costeras rurales.

Las estadísticas oficiales indican que 59,6 millones de personas participaron (a

tiempo completo, tiempo parcial u ocasionalmente) en el sector primario de la

pesca en el año 2016 (FAO, 2018).

Esta actividad supone pasar largas estancias de tiempo en el mar faenando,

realizando tareas extenuantes, ya que las ganancias de la mayoría de los

pescadores se basan en el porcentaje del valor de la captura. Y pese a que esta

cantidad depende distintos factores, uno de los principales se contribuye a los

constantes cambios del ecosistema marítimo. Poder acceder a las actualizaciones

electrónicas que brindan las entidades de investigación resultaría especialmente

útil para aumentar la rentabilidad de la pesca.

Recientemente, la pesca artesanal se ha convertido en un enganche turístico.

Turistas coordinan recorridos a bordo de embarcaciones artesanales que duran

unas ocho horas en zonas de pesca ubicadas a unas tres o cuatro millas de la

costa (Pesca artesanal, un enganche turístico, 2019).

Con frecuencia, el mar también se convierte en un terreno inseguro. En muchos

países, las tasas de lesiones y fallecimientos en este sector son muy superiores a

la media de otros sectores (OIT, 2019). La seguridad y el riesgo varían

dependiendo del tamaño del barco, el tipo de operación pesquera, el área de

operación, el equipo que se lleva y el trabajo para cada pescador; pero entre

muchos otros, los riesgos más comunes son:

• Condiciones marítimas y climáticas extremas.

• Riesgo de una fatalidad o lesión debido al uso de equipo y herramientas

de pesca.

• Largas horas de trabajo, temperaturas extremas, condiciones climáticas

rigurosas.

• Riesgo de vuelco por la inestabilidad de las embarcaciones, enganche de

redes de arrastre o cruce de olas.

• Ataques por animales marinos peligrosos.

- 11 -

Para el rescate marítimo se requieren servicios de comunicación en tiempo real y

de alta confiabilidad para permitir la coordinación entre las distintas entidades

socorristas; además, las comunicaciones de video en tiempo real serían muy útiles

para realizar operaciones de rescate de una manera mucho más efectivas.

Las comunicaciones por satélite podrían cumplir estos objetivos. Pero el principal

problema que presentan para los usuarios del sector pesquero, son los grandes

gastos que conllevan. La captura debería ser lo suficientemente grande como para

permitir a los propietarios de embarcaciones obtener ganancias después de pagar

los equipos que se requieren y cubrir los elevados costos por tasas de datos. Así

que esta fuera de discusión para este segmento.

A poca distancia de la costa, podrían beneficiarse de las redes celulares que

existen para los usuarios en tierra. No obstante, esta alternativa se rige a la

cobertura que brinden las estaciones base cercanas al litoral.

La pesca es una de las ocupaciones más arduas y peligrosas, la construcción de

redes de comunicaciones marítimas de banda ancha es de gran importancia para

mejorar sus condiciones de trabajo, así como de brindar una alternativa

económica que permita el uso antenas de mayor ganancia para aumentar su

rango de cobertura de tal forma que no solo se asegure su escala de producción

sino también su seguridad.

Metodología del Proyecto

La metodología utilizada para el desarrollo del proyecto se encuentra descrita en

el Project Management Body of Knowledge (PMBOK®), una guía supervisada por

Instituto de Administración de Proyectos (PMI) que consta de estándares y

mejores prácticas para el desarrollo y gestión de proyectos, basados en diez

áreas: Integración, Alcance, Hora, Costo, Calidad, Obtención, Recursos humanos,

Comunicaciones, Gestión de riesgos, y Gestión de los interesados (Project

Management Institute, Inc. , 2019 ).

- 12 -

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

Múltiples trabajos de investigación han estado persiguiendo soluciones que

permitan comunicaciones marítimas de alta velocidad de bits. Se llegó a

considerar WiMAX como la candidata para superar la dependencia de satélites

para el acceso a internet en áreas oceánicas remotas gracias al amplio

desempeño que venía demostrando en entornos terrestres, sin embargo, el

rendimiento de las redes WiMAX en entornos marinos no era el más optimo debido

a las condiciones de propagación de la radio.

WiMAX en entornos marítimos

Debido al gran interés en desplegar los equipos de interoperabilidad mundial para

acceso por microondas (WiMAX)13 para brindar comunicación inalámbrica de

banda ancha en los puertos marítimos, el Instituto para la Investigación Infocomm

ubicado en Singapur presentó una investigación con mediciones experimentales

para descubrir cómo cambia la perdida de trayectoria con respecto a la altura de

la antena. En tres escenarios diferentes, con antenas transmisoras en alturas de

4 m, 76 m, y 185 m montadas en el edificio de la Autoridad Portuaria de Singapur

a 1 km de la costa, se pudo constatar que cuanto mayor era la distancia, la señal

recibida se atenuaba a una tasa de más del doble dependiendo de la altura de la

antena ajustándose razonablemente bien al modelo de propagación de dos rayos.

Estos datos resultaban cruciales pues, junto con la recomendación que la Unión

Internacional de Telecomunicaciones ( [ITU], 2003 ) proporcionaba para el modelo

de propagación en medios marinos, ayudarían a determinar los aspectos

requeridos para la planificación de la red y para alcanzar un rango de

comunicación considerable en estos ambientes (Joe, y otros, 2007).

13 Tecnología de última milla basada en el estándar 802.16 para la transmisión de datos utilizando ondas de radio.

- 13 -

Gráfico No. 3: Transmisor a 185m de altura del edificio Portuario de Singapur

Elaboración: Joe, J.; Hazra, S. K.; Toh, S. H.; Tan, W. M.; Shankar, J.; Hoang, V. D.;

Fujise, M. Fuente: Path Loss Measurements in Sea Port for WiMAX

Para la optimización del estándar WiMAX sobre el mar se realizó un estudio de

esta tecnología en una banda que permita una mayor potencia de emisión, y que

sea libre para su uso. Este escenario se realizó en la banda de 5 GHz,

particularmente de 5.725 GHz a 5.850 GHz (ya que en muchos países se permite

una mayor potencia de emisión, lo cual reduce el costo de implementación), en

- 14 -

rutas con línea de vista (LOS)14 y sin línea de vista (NLOS)15, transmitiendo desde

una antena instalada en una boya y recibiendo la señal en un receptor a bordo de

un barco. A distancias cortas y en LOS, la atenuación de la señal es cercana a lo

esperado en el modelo de dos rayos, sin embargo, cuanto mayor es la distancia,

la señal se atenúa a una velocidad mucho mayor, limitando considerablemente la

zona de cobertura de WiMAX. (Reyes-Guerrero, Bruno, Mariscal, & Medouri,

2011).

En los desafiantes entornos marinos, uno de los problemas más importantes era

la correcta elección de un protocolo de enrutamiento que permita una

comunicación eficiente, confiable y asequible en los barcos. Con este propósito

como objetivo principal se presentó el protocolo de enrutamiento Marítimo de Dos

Estados (Maritime Two-State MTS), el cual no requiere de la capa Física (Capa 1

del modelo de referencia OSI), ni de la capa de Control de acceso al Medio (Capa

2 del modelo de referencia OSI). Su funcionamiento se basa en una red de barcos

de Múltiples Saltos, en el que cada barco intercambia información de enrutamiento

con sus vecinos inmediatos (estado de balizamiento), y se predice la ubicación

futura de cada uno de ellos en la tabla de enrutamiento (Ejaz, y otros, 2013).

Cuadro No. 4: Comparación de uso de ancho de banda entre los protocolos

Elaboración: Joe, J.; Hazra, S. K.; Toh, S. H.; Tan, W. M.; Shankar, J.; Hoang, V. D.;

Fujise, M. Fuente: Path Loss Measurements in Sea Port for WiMAX

Los resultados demostraron que el protocolo MTS presentaba un menor retardo

de extremo a extremo promedio y conteo de saltos además de un menor consumo

14 Trayecto de la señal sin presencia de obstáculos entre un transmisor y un receptor. 15 Trayecto de la señal parcialmente obstruido entre un transmisor y un receptor.

- 15 -

de ancho de banda y gastos generales en comparación con otros protocolos

(DSDV, DYMO, M-AOMDV, etc), con un rango de cobertura que va desde los 1 a

10 km en vías de embarque estrechas, pero para aguas más abiertas es necesario

ampliar la cobertura mediante la comunicación satelital, lo cual aumentaría el

costo de la red. (Ejaz, y otros, 2013).

TRITON

El proyecto TRI-media Telematic Oceanographic Network (TRITON) consiste en

crear una red en malla 802.16 entre barcos y boyas que puedan enrutar y

retransmitir los paquetes para otros nodos de acuerdo con el Protocolo de

enrutamiento basado en MAC para TRITON (MRPT) desarrollado en el proyecto

mediante la optimización de algoritmos de enrutamiento clásicos adaptando las

características de una red en malla 802.16. El análisis incluye que la medida de la

distancia alcanzable entre una estación en tierra y el mar es de 14.2 km con

velocidades efectivas de 6Mbps (Zhou, y otros, 2013).

Gráfico No. 4: Arquitectura del proyecto TRITON

Elaboración: Zhou, M.; Hoang, V. D.; Harada, H.; Pathmasuntharam, J. S.; Wang, H.;

Kong, P.; Ang, C.; Ge, Y.; Wen, S. Fuente: TRITON: high-speed maritime wireless mesh network

Para evaluar el rendimiento se realizaron pruebas de mediciones de dos saltos de

un enlace inalámbrico en aguas de la isla de St. John al sur de Singapur, con una

torre a una altura de 8 metros a una distancia aproximada de 1,3 km del primer

- 16 -

salto, y a 1 km del segundo, con tasas globales de perdida de paquetes de entre

0 y 2 %. Sim embargo en lugares donde la cantidad de barcos es más escasa, no

es posible lograr una cobertura adecuada de la red, pues para un correcto

desempeño de esta solución se hace necesaria la existencia de un número

considerable de barcos cercanos alrededor de la costa (Zhou, y otros, 2013).

A pesar de los avances logrados con los estudios basados en WiMAX, las

comunicaciones aún presentaban los inconvenientes de propagación de la señal

y un limitado alcance efectivo, mientras que la tecnología WiMAX se volvía

obsoleta. En palabras de Proteek Kundu, director comercial de Augere Wireless

Broadband Bangladesh Ltd, la compañía propietaria de Qubee: “A nivel mundial,

la tecnología WiMax se está volviendo obsoleta. No estamos obteniendo ningún

equipo en el mercado, ya que los proveedores también han cambiado el enfoque

de su negocio " (Muhammad Zahidul, 2018). Es así como incluso algunos de estos

proveedores de equipos han publicado su decisión de cesar el soporte hacia esta

tecnología a través de sus portales virtuales.

Gráfico No. 5: Notificación de retiro de la tecnología WiMAX por parte de Cisco

Elaboración: https://www.cisco.com/

Fuente: https://www.cisco.com/c/en/us/obsolete/service-provider/wimax.html

Mare-Fi

Mare-Fi es un proyecto enfocado a brindar una solución de bajo costo que permita

rangos de transmisiones más largos y con mejores características de propagación,

haciendo uso de estándares 802.11/b/g, pero adaptándolo para que trabaje en la

banda del espectro analógico de los 700 MHz. En esta banda de frecuencia este

espectro es conocido con el nombre de Banda Blanca (TV White Spaces)16 y

16 Espectro entre los 50Mhz y los 900Mhz que fue liberado gracias a la digitalización de la Televisión Terrestre.

- 17 -

gracias a sus características particulares permiten un mejor rendimiento a largas

distancias comparado con el funcionamiento de Wi-Fi a 2.4 y 5.8 GHz. (Santos,

Wi-Fi Maritime Communications using TV White Spaces, 2013).

Gráfico No. 6: MARBED en la infraestructura de investigación del TEC4SEA

Elaboración: Campos, R.; Lopes, M.; Santos, L.; Magalhães, J; Teixeira, F.; Mamede,

J.; Ricardo M. Fuente: Institute for Systems and Computer Engineering, Technology and Science

(INESCTEC)

Para lograr el análisis y comportamiento de dicha red se realizaron pruebas con 8

barcos de pesca sobre los que se montaron los equipos, alejados unas 10 millas

náuticas de las estaciones terrestres. Durante las pruebas fue posible tener

comunicaciones de datos basadas en IP de barco a costa y viceversa, alcanzando

velocidades de hasta 1 Mbit/s a una distancia de aproximadamente 9 km, limitada

principalmente por la baja altura de las antenas en los barcos (Santos, Wi-Fi

Maritime Communications using TV White Spaces, s.f.).

BLUECOM+

Para superar el inconveniente de la altura de las antenas se realizó un trabajo en

el que se hace uso de Helikite´s: una combinación de globos de helio con una

cometa capaz de transportar carga útil, atados a tierra a través de una línea de

vuelo. En principio fueron usados con fines militares en el proyecto ABSOLUTE

- 18 -

para realizar tareas de vigilancia, y para levantar una red de comunicaciones

tácticas de manera rápida (Bucaille, y otros, 2013).

Esta nueva solución con el nombre BLUECOM+ consiste en levantar los globos

de helio a alturas de hasta 120 m, los cuales estarán atados a estructura terrestres

(torres, faros, etc) u oceánicas (boyas, barcos anclados o cualquier plataforma en

altamar), y sobre los que se montan los Router´s inalambricos aéreos (Tethered

flying Wireless Routers TWR), quienes no estarán expuestos a las condiciones del

mar puesto que deberán elevarse a altitudes de hasta 120 m para garantizar una

libre zona de Fresnel y línea de vista para las comunicación a través de la red

Multi-Hop con los demás TWR, y con el LWR (Land Wireless Router o Router

Inalámbrico Terrestre) quien será la puerta de enlace hacia internet. El enlace de

la superficie aérea se establece mediante el estándar IEEE 802.11g operando en

la banda de 700 MHz, mientras que los dispositivos terminales podrán acceder a

la red mediante tecnologías estándar como IEEE 802.11a / g / n / ac y GPRS /

UMTS / LTE (Campos, Oliveira, Cruz, Matos, & Almeida, 2016).

Gráfico No. 7: Arquitectura del proyecto BLUECOM+

Elaboración: Campos, R.; Oliveira, T.; Cruz, N.; Matos, A.; Almeida, J. M.

Fuente: BLUECOM+: Cost-effective Broadband Communications at Remote Ocean Areas

- 19 -

Esta combinación permite instalar una red de retorno rentable que extienda el

acceso a Internet de banda ancha a dispositivos heredados que operan en áreas

oceánicas remotas, pues para validar la arquitectura BLUECOM+ se realizaron

tres pruebas en diferentes fechas, en las cercanías de la costa de Portugal. En las

que se demostraron el rendimiento de la red la cual superaba los 50 km con

comunicaciones bidireccionales de hasta 1.2 Mbits/s; demostrando así la gran

durabilidad de los globos de helio y su fácil maniobrabilidad (Teixeira, y otros,

2017).

Gráfico No. 8: Test de velocidad realizadas durante las pruebas de BLUECOM+

Elaboración: Teixeira, F. B.; Lopes, M.; Leocádio, C.; Salazar, P.; Ruela, J.; Campos,

R.; Ricardo, M. Fuente: Enabling broadband internet access offshore using tethered balloons: The

BLUECOM+ experience

Existen otros proyectos que siguen el mismo objetivo de extender la cobertura de

red aprovisionando al sector marítimo de servicios a través de redes inalámbricas

banda ancha, pero que aún están en fase de concepto o estudios preliminares.

Uno de estos proyectos futuros es el presentado este año por el Instituto de

Investigación de Naves e Ingeniería Oceánica de Corea (KRISO) denominado

LTE-Marítimo.

- 20 -

LTE-Maritime

Para el 2020 la República de Corea espera desarrollar una red inalámbrica que

permita a los usuarios marítimos acceder servicios de datos que requieren altas

velocidades en áreas costeras de hasta 100 km divididos en dos zonas. La zona

‘A’ tiene como objetivo cubrir hasta los 30 km con velocidades promedio de 6 Mbps

para enlace descendente (DL) y 3 Mbps para el enlace ascendente (UL). Desde

los 30 km hasta los 100 km corresponderá a la zona ‘B’, que se espera alcanzar

velocidades de 1 Mbps de subida y 3 Mbps de bajada.

El proyecto tiene como base la tecnología LTE, y su arquitectura consta de una

serie de Estaciones Base (BS) colocados a lo largo de la costa en áreas

montañosas de gran altitud para asegurar la Línea de Vista (LoS). Cada estación

BS se compone de múltiples Unidades de Radio (RU) para la transmisión y

recepción de radio, y múltiples Unidades Digitales (DU) responsables del

procesamiento de los datos. Del lado del barco se planea adecuar un Router en

la cubierta con antenas de alta ganancia de 6 dBi y con una longitud de 1.2 metros.

(Jo & Shim , LTE-Maritime: High-Speed Maritime Wireless Communication Based

on LTE Technology, 2019)

Gráfico No. 9: Arquitectura del concepto LTE-Marítimo

Elaboración: Jo, Sung-Woong; Shim, Woo-Seong

Fuente: LTE-Maritime: High-Speed Maritime Wireless Communication Based on LTE Technology

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FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

Los esfuerzos de los expertos en introducir en la industria electrónica

componentes de fácil uso, compactos, flexibles y baratos, capaces de realizar un

mayor número de tareas en comparación con los antecesores, han dado como

resultado la aparición de dispositivos que con un mínimo esfuerzo podemos lograr

obtener el máximo rendimiento.

Arduino

Arduino es uno de los dispositivos que se crearon con el objetivo de facilitar la

introducción al mundo de la electrónica. En la página de Arduino en español (2019)

se lo describe como “una plataforma electrónica de código abierto basada en

hardware y software (…) que permiten establecer conexiones entre el

microcontrolador y los diferentes actuadores de una manera muy sencilla”.

Lo que ha realizado el equipo de Arduino es un circuito impreso que posee en el

exterior encabezados de pines que permiten conectarse al circuito integrado de

tal forma que alguien sin ningún conocimiento previo de electrónica o

programación puede empezar a crear sus proyectos.

Es muy común que algunas personas confundan términos como Microcontrolador

y Arduino. El primero es solo un chip de sistema que viene con un

microprocesador, memoria flash y memoria RAM integradas; además de que

cuenta con el circuito de interfaz requerido para utilizarlo directamente en tiempo

real. Luego, Arduino es una placa que viene con el microcontrolador en la base de

la placa, incluye el cargador de arranque para que pueda programarse de manera

sencilla a través del IDE (Interfaz de Desarrollo) de Arduino y permite un fácil

acceso a los pines de entrada-salida y hace que la carga o la grabación del

programa sea fácil.

Hoy en día existen diferentes modelos oficiales de placas de Arduino, de diversos

tamaños, distintos tipos de modelos de microcontrolador, o variados números de

pines de entrada/salida, cada uno pensado para diferentes propósitos pero que

comparten ciertas características tales como arquitecturas, librerías y

documentación.

- 22 -

Gráfico No. 10: Modelos Arduino más conocidos

Elaboración: http://arduino.cl/

Fuente: https://arduino.cl/que-es-arduino/

Arduino Nano

Es una placa que posee las mismas capacidades que un Arduino UNO, tanto en

potencia como en conectividad, pero en un tamaño más compacto. Para lograr

reducir su tamaño el Arduino nano solo cuenta con un puerto de alimentación Mini-

USB tipo B, y los pines de entrada cambiaron a tipo header.

Gráfico No. 11: PinOut Arduino Nano

Elaboración: https://www.luisllamas.es/

Fuente: https://www.luisllamas.es/esquema-de-patillaje-de-arduino-pinout/

- 23 -

Software Arduino

Arduino proporciona un Entorno de Desarrollo (IDE) escrito en java que se basa

en Processing. El software es de código abierto, y basta con acceder a la página

oficial de Arduino.cc para obtener las últimas versiones disponibles para los

sistemas operativos Windows, Linux, y Mac.

El entorno de desarrollo de Arduino incorpora un conjunto de herramientas que

permiten desarrollar, compilar y cargar el código (denominado sketch) a un

dispositivo Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Micro, Arduino Leonardo o

cualquier placa que contenga un microcontrolador programado para aceptar la

transferencia del archivo hexadecimal que genera en última instancia la plataforma

IDE (Fezari & Al Dahoud, Integrated Development Environment "IDE" For Arduino,

2018).

Arduino IDE se distribuye principalmente en 3 secciones: Barra de menú, Editor

de texto, consola de salida.

Gráfico No. 12: Ventana del Entorno de Desarrollo Integrado de Arduino

Elaboración: Erick Villamar

Fuente: Erick Villamar

En la barra de menú encontraremos elementos dispuestos en menús

desplegables con herramientas para interactuar con el editor de código, además

de una colección de opciones tradicionales para trabajar con texto, ficheros, entre

otras cosas tales como:

- 24 -

Cuadro No. 5: Elementos de la Barra de Menú de Arduino IDE

Item Función

Archivo Ofrece acciones estándares de documentos para los sketches

como abrir, guardar, cerrar. Pero además añade «Ejemplos»,

que permite acceder a sketches de proyectos sencillos para

iniciar en Arduino.

Editar Ofrece acciones estándares de texto como son deshacer,

cortar, reemplazar, pero también «copiar como HTML» nuestro

código, para por ejemplo, publicarlo en web o foros.

Programa Ofrece acciones para el editor de código, como

verificar/compilar, subir nuestro sketch y además la opción para

importar librerías necesarias para el proyecto.

Herramientas Ofrece herramientas un poco avanzadas como «Quemar

bootloader» para grabar un nuevo bootloader en el

microcontrolador de la placa.

Ayuda Podremos acceder a secciones de la página oficial de Arduino

con artículos, tutoriales y ejemplos de manera local.


Dado que la mayor parte de la interacción que tendremos con el software de

Arduino será en el editor de texto, Arduino IDE incorpora algunos elementos de la

barra de menú a modo de barra de herramientas de acceso rápido para agilitar el

desarrollo de proyectos.

- 25 -

Cuadro No. 6: Elementos del editor de código de Arduino IDE

Item Función

Verificar: Comprueba que no existan errores en nuestro código, y en

caso de no haberlos, lo compila.

Subir: Luego de «Verificar», carga en la memoria del

microcontrolador el código desarrollado.

Nuevo: Crea un nuevo sketch vacío.

Abrir: Despliega un menú con todos los sketches disponibles para

abrir.

Guardar: Exporta el código de nuestro sketch a un fichero con

extensión «.ino».

Monitor Serial: Permite ver información transmitida desde nuestro

Arduino por el puerto de comunicación serial.

Menú contextual: Permite interactuar con las pestañas de los

ficheros en los que está dividido nuestro código.


El entorno de desarrollo de Arduino es compatible con los lenguajes C y C++ ya

que el lenguaje utilizado para programar las placas tiene sus fundamentos en el

proyecto Wiring, que a su vez se basó en Processing para su desarrollo, pero con

la diferencia de que utiliza un conjunto de compiladores creados por el proyecto

GNU (GNU Compiler Collection) para C/C++, permitiendo simplificar la programación

para facilitar las operaciones de entrada y salida necesaria para la comunicación en

la electrónica.

- 26 -

Software Processing

De acuerdo con el sitio web oficial de Processing “es un flexible software

sketchbook (o cuaderno de bocetos) y un lenguaje para aprender a codificar

dentro del contexto de las artes visuales” (Processing, 2019). El lenguaje de

programación que utiliza está basado en un java simplificado, ya que cuenta con

clases adicionales, funciones y operaciones matemáticas con alias, y además con

una interfaz gráfica pensada para usuarios que quieran desarrollar proyectos

multimedia con gráficos 2D, 3D, texturas, formas, pero que no sean

programadores.

Gráfico No. 13: Ventana del Entorno de Desarrollo Integrado de Processing



Su interfaz, denominada Entorno de Desarrollo de Processing (PDE), al igual que

su lenguaje de programación es de código abierto, y a primera vista es muy similar

al IDE de Arduino ya que de hecho, como se mencionó anteriormente, este basó

su desarrollo en el IDE de Processing, pero con algunos elementos que difieren

entre ambos entornos.

- 27 -

Cuadro No. 7: Elementos del editor de código de Processing IDE

Item Función

Ejecutar: Ejecuta el boceto. En modo Java, compila el código y abre una

nueva ventana de visualización.

Detener: Termina un boceto en ejecución.


Al igual que Arduino con Processing, el IDE y lenguaje de programación de

Processing tiene como base un software que tenía como objetivo permitir a los

diseñadores, artistas y otros no programadores iniciar fácilmente en el mundo de

la programación. El proyecto llevaba de nombre Design By Numbers, y

actualmente ya no se encuentra activo, pero el resultado de esta versatilidad que

se puede lograr entre proyectos ha influenciado el desarrollo de muchos otros.

Gráfico No. 14: Influencia de Processing de/a otros sistemas de codificación

Elaboración: https://medium.com/

Fuente: https://medium.com/processing-foundation/a-modern-prometheus-59aed94abe85/

- 28 -

“Promover la alfabetización de software en las artes visuales, y la alfabetización

visual en los campos relacionados con la tecnología” (Processing Foundation,

2019). La misión de la Fundación de Processing ha derivado en el desarrollo y

distribución de nuevos proyectos de software relacionados con el objetivo de que

las tecnologías sean accesibles para diversas comunidades. Entre los principales

proyectos se encuentran:

Cuadro No. 8: Variantes del proyecto respaldados por Processing Foundation

Proyecto Descripción

p5.js Alternativa nativa JavaScript a Processing.js dentro

del contexto de los navegadores web actuales.

Processing.py Python Mode for Processing es una interfaz de

Python para el kit de herramientas Java.

Processing for Pi Software de Processing para Raspberry Pi y/o

equipos de placa única basadas en Linux.

Processing for Android

Permite crear aplicaciones para dispositivos Android

sin requerir la instalación de archivos SDK o edición

de archivos de diseño.

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://medium.com/

Además, el Entorno de Desarrollo de Processing cuenta con un ‘Modo Java’, que

puede ser utilizado para escribir programas cortos para dibujar en pantalla, pero

también permite el desarrollo profesional de software Java, de modo que se

puedan exportar las aplicaciones para ejecutarlas en sistemas operativos

Windows, Linux y Mac.

- 29 -

Servomotor

Un motor servo es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en

cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en

dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja

reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente

es de menos de una vuelta completa (Arduino, 2009).

Entonces los servomotores incorporan un circuito de control, una resistencia

variable (también conocida como potenciómetro), típicamente en una cajita

rectangular de diferentes proporciones en la que sobresale un eje de motor en un

extremo, y un conector con tres cables al costado: uno de alimentación o poder,

otro es la línea de entrada control y uno a tierra.

Cuadro No. 9: Conexión Servo - Arduino

Arduino \ Servo Fuente Tierra Señal

Vin Rojo

GND Marrón

Analog in 2

PWM3 Naranja


Prácticamente todos los componentes de los servomotores son iguales, la

diferencia radica en que los servos económicos tienen engranajes de plástico, con

cojinetes de plástico sobre plástico del eje de salida del servo, y en los servos más

costosos los engranajes son de metal, y con cojinetes de metal sobre metal, son

resistentes y permiten un uso prolongado, se desgastan más rápido; aunque

dependiendo del fabricante los colores del cable de cada terminal pueden variar.

Algunos ejemplos de marcas conocidas son:

- 30 -

Cuadro No. 10: Colores de terminales de servomotores por fabricantes

Fabricante \ Servo Fuente Tierra Señal

Airtronics Rojo Negro Naranja

Dong Yang Rojo Marrón Naranja

E-sky Rojo Negro Blanco

Futaba Rojo Negro Blanco

Hobico Rojo Negro Amarillo

JR Rojo Marrón Naranja

Krafr Rojo Negro Naranja


Sensores de Medición Inercial

Los sensores de medición inercial o IMU (Inertial Measurment Units) básicamente

detectan la aceleración lineal a lo largo de una o varias direcciones, o el

movimiento angular alrededor de uno o varios ejes. El primero se lo denomina

acelerómetro, y al posterior giroscopio.

De acuerdo con (Yang & Hsu, 2019) un acelerómetro

“se basa en un elemento de detección mecánico que consiste en una masa

de prueba (o masa sísmica) unida a un sistema de suspensión mecánica

con respecto a un marco de referencia. La fuerza inercial debida a la

aceleración o la gravedad hará que la masa de prueba se desvíe de

acuerdo con la Segunda Ley de Newton. La aceleración se puede medir

eléctricamente con los cambios físicos en el desplazamiento de la masa de

prueba con respecto al marco de referencia”.

- 31 -

En cambio los giroscopios, más particularmente los de sistema micro

electromecánico (MEMS), basan su funcionamiento en el efecto Coriolis. Tal como

indican (Passaro, Cuccovillo, Vaiani, De Carlo, & Campanella, 2017) los

giroscopios MEMS “generalmente usan un elemento mecánico vibratorio como

elemento sensor para detectar la velocidad angular. (...) Todos los giroscopios

MEMS con elemento vibrante se basan en la transferencia de energía entre dos

modos de vibración causados por la aceleración de Coriolis.”

Módulo MPU6050

El MPU6050 es un sensor de medición inercial, que combina un acelerómetro de

tres ejes y un giroscopio de tres ejes permitiéndonos medir características como

desplazamiento, aceleración, orientación, y otras características de movimiento en

los componentes X, Y, Z.

Gráfico No. 15: Dirección de los ejes en el módulo MPU6050

Elaboración: Naylamp Mechatronics SAC

Fuente: https://naylampmechatronics.com/blog/45_Tutorial-MPU6050-Acelerómetro-y-Giroscopio.html

Cualquier cambio en el movimiento se reflejará en el sistema mecánico, que a su

vez variará el voltaje convirtiéndolo en datos listos para ser leídos a través de una

MCU como Arduino.

- 32 -

Cuadro No. 11: Función de los pines del MPU6050

PIN Descripción

Vcc Suministrar voltaje de entrada +3 a +5 V

GND Pin a tierra

SCL Pulso de reloj I2C

ASD Transferencia de datos a través de comunicación I2C

XDA Interconexión con otros módulos I2C

XCL Interconexión con otros módulos I2C

AD0 Cambio de direcciones en caso de usar otros módulos I2C

INT Indica al microcontrolador que hay nuevos datos a ser leídos


Hay que tener en cuenta que el MPU6050 no tiene la capacidad de medir ángulos,

al menos no directamente. Su principal propiedad es la de detectar la fuerza y la

velocidad, y por lo tanto requiere de ciertos cálculos para obtener la orientación.

El acelerómetro que incorpora es de tres ejes, y es capaz de medir la aceleración

a la que está sometido el sensor, o lo que es lo mismo, cualquier tipo de variación

de velocidad respecto al tiempo, permitiéndonos conocer simultáneamente la

magnitud y dirección de la aceleración en X, Y, y Z de manera independiente.

El sensor se ve afectado por la gravedad terrestre, que supone una aceleración

de aproximadamente 9.81 𝑚 𝑠2⁄ , que se registra constantemente en el eje que se

encuentra vertical a la superficie de la tierra.

- 33 -

La medición de la gravedad puede emplearse para determinar la orientación del

sensor. Si sabemos que la gravedad es 9.8 𝑚 𝑠2⁄ , y conocemos los valores de los

tres ejes del acelerómetro, por trigonometría es posible calcular el ángulo de

inclinación de la IMU, de forma que las ecuaciones resultan:

Cuadro No. 12: Fórmula trigonométrica para el cálculo de ángulos

Ɵ𝑥 = 𝑎𝑡𝑎𝑛𝐴𝑥

√𝐴𝑦2 + 𝐴𝑧2

Ɵ𝑦 = 𝑎𝑡𝑎𝑛𝐴𝑦

√𝐴𝑥2 + 𝐴𝑧2

Ɵ𝑧 = 𝑎𝑡𝑎𝑛√𝐴𝑥2 + 𝐴𝑦2

𝐴𝑧

Elaboración: Llamas, Luis Fuente: https://www.luisllamas.es/como-usar-un-acelerometro-arduino/

Pero dado que el ángulo se calcula a partir de la gravedad, no es posible calcular

el ángulo Z con esta fórmula. Si no que es necesario hacer uso de otro

componente que brinde un eje de referencia, como un magnetómetro o algún tipo

de brújula digital, la cual el MPU6050 no incluye.

En cambio, el giroscopio de tres ejes que incorpora mide la velocidad angular, es

decir, detecta el número de grados de rotación girado en un determinado

momento, lo que permite registrar la magnitud y dirección de rotación en X, Y, y Z

de forma independiente.

Para obtener el ángulo de posición del sensor es necesario realizar la integración

de las lecturas de cada eje con respecto al tiempo. Si conocemos el ángulo inicial,

y conocemos las medidas del giroscopio en cada intervalo de tiempo, podemos

- 34 -

sumarle al valor registrado el ángulo anterior para conocer el nuevo ángulo en

cada momento, de tal forma que:

Ɵ = Ɵ𝑝𝑟𝑒𝑣 + 𝐴𝑔𝑦𝑟𝑜. 𝛥𝑡

Pero dado que los giroscopios son dispositivos puramente diferenciales, no existe

una referencia absoluta si no que siempre medimos ángulos relativos a una

referencia arbitraria.

La razón por el cual el MPU6050 cuenta con una combinación de acelerómetro y

giroscopio es que juntos compensan las limitaciones del otro, puesto que:

Los giroscopios funcionan muy bien para movimientos cortos o bruscos,

pero al usar giroscopios de vibración que realmente miden la velocidad

angular, y obtienen el ángulo por integración respecto al tiempo, acumulan

errores y ruido en la medición, por lo que a medio o largo plazo tienen

deriva (drift). Por el contrario, los acelerómetros no tienen deriva (drift) a

medio o largo plazo, ya que realizan la medida absoluta del ángulo que

forma el sensor con la dirección vertical, marcada por la gravedad. Sin

embargo, se ven influenciados por los movimientos del sensor y el ruido,

por lo que no son fiables a corto plazo. (Llamas, 2016)

Por lo tanto, combinar las ventajas en tiempos cortos del giroscopio y las ventajas

a medio y largo plazo del acelerómetro, filtrando la señal para conseguir eliminar

el drift y el ruido respectivamente, permite obtener mediciones de orientación más

precisas que la de ambos componentes por separado.

Existen varios algoritmos capaces de realizar esta tarea, siendo el más famoso el

Filtro de Kalman que, a grandes rasgos, es capaz de calcular una estimación del

valor futuro de la medición y compararlo con el valor real mediante un análisis

estadístico para compensar el error en futuras mediciones, Sin embargo, el filtro

de Kalman en su versión general implica la realización de cálculos complejos que

suponen un coste de procesamiento bastante elevado, por lo que para Arduino es

más habitual hacer uso de un algoritmo más sencillo, considerado como una

simplificación del filtro de Kalman que omite por completo el análisis estadístico,

denominado filtro complementario. Y esta expresado:

Ɵ = 𝐴(Ɵ𝑝𝑟𝑒𝑣 + Ɵ𝑔𝑦𝑟𝑜. 𝛥𝑡) + 𝐵Ɵ𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙

- 35 -

El filtro complementario se comporta como un filtro Pasa-Bajo para la señal de

medición del giroscopio, dejando pasar únicamente los valores por encima de

cierto límite, y como un filtro Pasa-Alto para el acelerómetro, de modo que solo

permite el paso de aquellos valores que se encuentren por debajo del límite. A y

B son dos constantes que permiten calibrar los límites del filtro, y pueden tomar

valores de forma que la suma entre ambos debe ser igual a 1.

Gráfico No. 16: Medición de orientación mediante filtro complementario

Elaboración: Llamas, Luis

Fuente: https://www.luisllamas.es/medir-la-inclinacion-imu-filtro-complementario/

Software Libre

El Free Software, Open source Software, o Software Libre ha tenido una gran

transcendencia desde la inserción de su concepto en 1983 cuando se originó el

proyecto GNU, y su significado más popular es el que señala que “los usuarios

tienen la libertad de ejecutar, copiar, distribuir, estudiar, modificar y mejorar el

software” (Free Software Foundation, 2019) sin preocuparse por caer en

infracciones por derechos de autor. Pero la Iniciativa para el Código Abierto en su

documento publicado “La definición de código abierto v1.9” indica que además de

tener acceso al código fuente, hay una serie de requisitos que se deben de cumplir

para ser considerado Free Software (Iniciativa de Código Abierto, 2019).

- 36 -

Cuadro No. 13: La definición de código abierto

1. Redistribución gratuita: la licencia no restringirá a ninguna de las partes a

vender o regalar el software.

2. Código fuente: el programa debe incluir el código fuente y debe permitir la

distribución tanto en el código fuente como en el formulario compilado.

3. Obras derivadas: debe permitir modificaciones y trabajos derivados, y debe

permitir que se distribuyan bajo los mismos términos que la licencia del software

original.

4. Integridad del código fuente del autor: debe permitir explícitamente la

distribución de software creado a partir de código fuente modificado.

5. No discriminación contra personas o grupos: la máxima diversidad de

personas y grupos debe ser igualmente elegible para contribuir a las fuentes

abiertas.

6. No discriminación contra los campos de trabajo: no debe restringir a

nadie el uso del programa en un campo específico de esfuerzo.

7. Distribución de licencia: los derechos adjuntos al programa deben aplicarse

a todos aquellos a quienes el programa se redistribuye sin la necesidad de que

esas partes ejecuten una licencia adicional.

8. La licencia no debe ser específica para un producto: no deben depender

de que el programa forme parte de una distribución de software en particular.

9. La licencia no debe restringir otro software: no debe imponer restricciones

a otro software que se distribuya junto con el software con licencia.

10. La licencia debe ser neutral en tecnología: Ninguna disposición de la

licencia puede basarse en ninguna tecnología o estilo de interfaz individual.

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://opensource.org

- 37 -

Hardware Libre

El Free Hardware, Open Source Hardware o Hardware libre sigue los mismos

principios del Software Libre, pero llevada a artefactos tangibles. Es decir, es aquel

“hardware cuyo diseño se hace disponible públicamente para que cualquier

usuario lo pueda estudiar, modificar, distribuir, materializar y vender, tanto el

original como otros objetos basados en ese diseño” (OSHW, 2019). Estos diseños

pueden ser planos, dibujos, o diseños digitales que para su implementación

idealmente deben “utilizar componentes y materiales fácilmente disponibles,

procesos estándar, infraestructura abierta, contenido sin restricciones y

herramientas de diseño de código abierto para maximizar la capacidad de las

personas para fabricar y usar el hardware” (OSHW, 2019).

Igual que para el Software Libre, existe la Definición de hardware de código abierto

v1.0

Cuadro No. 14: La definición de Hardware Abierto

1. Documentación: Debe incluir archivos de diseño, y debe permitir la

modificación y distribución de los archivos de diseño.

2. Alcance: La documentación para el hardware debe especificar claramente

qué parte del diseño, si no todo, se publica bajo la licencia.

3. Software necesario: Si se requiere software para cumplir sus funciones

esenciales: Las interfaces deben estar suficientemente documentadas para que

se considere sencillo escribir el software o; que el software necesario se

publique bajo licencia de código abierto.

4. Obras derivadas: permitirá modificaciones y obras derivadas, y permitirá que

se distribuyan bajo los mismos términos que la licencia de la obra original.

5. Redistribución gratuita: no restringirá a ninguna de las partes la venta o

entrega de la documentación del proyecto.

- 38 -

6. Atribución: puede requerir documentos derivados y avisos de derechos de

autor asociados con los dispositivos, para proporcionar atribución a los

licenciantes al distribuir archivos de diseño, productos manufacturados y / o

derivados de los mismos.

7. No discriminación contra personas o grupos: no debe discriminar contra

ninguna persona o grupo de personas.

8. No discriminación contra los campos de trabajo: no debe restringir a

nadie el uso del trabajo (incluido el hardware fabricado) en un campo específico

del esfuerzo.

9. Distribución de licencia: Los derechos otorgados por la licencia deben

aplicarse a todos aquellos a quienes el trabajo se redistribuye sin la necesidad

de la ejecución de una licencia adicional por esas partes.

10. La licencia no debe ser específica para un producto: no deben depender

de que el trabajo con licencia sea parte de un producto en particular. Si una

parte se extrae de una obra y se usa o distribuye dentro de los términos de la

licencia, todas las partes a las que se redistribuye esa obra deben tener los

mismos derechos que los que se otorgan para la obra original.

11. La licencia no debe restringir otro hardware o software: no debe

imponer restricciones a otros elementos que se agreguen con el trabajo con

licencia pero que no se deriven de él.

12. La licencia debe ser neutral en tecnología: Ninguna disposición de la

licencia puede basarse en ninguna tecnología individual, parte o componente

específico, material o estilo de interfaz o uso de la misma.

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://www.oshwa.org/

Tanto el software y hardware libre proporcionan toda la documentación necesaria

que facilita su estudio y manejo. La principal diferencia es que el software al ser

- 39 -

contenido puramente digital puede ofrecerse al público sin costo alguno, mientras

que el hardware al implicar componentes físicos, los desarrolladores también se

centran en reducir los costos para que puedan ser adquiridos o construidos por el

usuario.

Seis Grados de Libertad

El concepto Degrees of Freedom (DoF) o grados de libertad hace referencia a la

libertad de movimiento que tiene un cuerpo en un espacio tridimensional, como lo

es el mundo real; o en otras palabras, “se refiere a la forma en que nuestros

cuerpos y otros objetos pueden moverse a través del espacio que nos rodea” (API

Metrology Equipment Limited, 2019).

Gráfico No. 17: Seis Grados de Libertad

Elaboración: https://www.schaefer-tec.it/

Fuente: https://www.schaefer-tec.it/en/products/dvia-t-active-vibration-isolation-systems-daeil-systems/

Los seis grados de libertad o 6DoF son el número específico movimientos libres

de un cuerpo en las tres dimensiones X, Y, y Z, así como cambiar de orientación

entre cada uno de esos ejes. Cada movimiento a lo largo de cada uno de los tres

ejes es independiente el uno del otro, e independiente de la rotación sobre

cualquiera de estos ejes. Es decir, existen seis parámetros o formas en que un

cuerpo puede moverse:

- 40 -

Translación: Moverse a lo largo de los ejes X, Y, y Z

Cuadro No. 15: Movimientos de translación de un cuerpo

Moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje

vertical (Heave)

Moverse de izquierda a derecha a lo largo del eje

transversal (Sway)

Moverse hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje

longitudinal (Surge)

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://kei-studios.com/

Rotacional: Girar hacia un eje diferente

Cuadro No. 16: Movimientos de rotación de un cuerpo

Moverse entre el eje longitudinal y el eje transversal (Yaw)

Moverse entre el eje vertical y el eje longitudinal (Pitch)

Moverse entre el eje transversal y el eje vertical (Roll)

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://kei-studios.com/

Este principio es muy utilizado en ingeniería, robótica e incluso en videojuegos

para describir la libertad de movimiento que ofrecen, aunque sin cumplir

necesariamente con los criterios completos de seis grados de libertad. 6DoF es

un estilo de jugabilidad donde a menudo no existe la gravedad permitiendo el

- 41 -

control independiente de los tres ejes de translación y los tres ejes de rotación. El

acrónimo 3DoF es utilizado para referirse al movimiento en tres dimensiones, pero

sin incluir los de rotación o viceversa, como en el caso de los juegos de realidad

virtual. (Barnard, 2019)

Gráfico No. 18: 3DoF vs 6DoF en VR

Elaboración: https://virtualspeech.com/

Fuente: https://virtualspeech.com/blog/degrees-of-freedom-vr/

Los sistemas de robótica, como por ejemplo los brazos robot, generalmente son

categorizados por sus grados de libertad y es muy común escuchar más de seis

grados. Esto se debe a que cada parte móvil puede tener hasta 6DoF, y cada una

de las partes pueden considerarse independiente o como un conjunto. Entonces,

un brazo robótico de tres segmentos de seis grados de libertad cada uno, puede

ser considerado como un brazo robótico de 18 grados de libertad.

Movimientos y oscilación del barco

Debido a las fuerzas actuantes que el mar ejerce sobre un barco, este experimenta

movimientos de seis grados de libertad casi constantemente. Para brindar

información sobre prevención de pérdida de carga de aseguradoras marinas

alemanas, el Manual de Contenedores de la Asociación Alemana de Seguros (Die

Deutschen Versicherer, 2019) describe los movimientos del barco de la siguiente

manera:

- 42 -

Gráfico No. 19: Seis Grados de Libertad del Barco

Elaboración: Gwi-Nam, Kim; Sun-Chul, Huh; Sung-Gu, Hwang; Yong-Gil, Jung; Jang-

Hwan, Hyun; Hee-Sung, Yoon Fuente: Structure stability evaluation of offshore heave compensator using multi-body

dynamics analysis method.

Cuadro No. 17: Movimientos de translación de un barco

Heaving o Arfada implica una aceleración del eje vertical

de la nave: hacia arriba y hacia abajo. Solo en un mar con

calma absoluta el barco flota en reposo.

En Surging, Avance o Retroceso, el movimiento del mar

acelera y desacelera el barco hacia adelante y hacia

atrás.

En Swaying, Ronza o Abatimiento, al igual que surging el

movimiento del mar provoca un movimiento lineal, pero

en este caso lateral (de lado a lado).

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://seafasten.com

- 43 -

Cuadro No. 18: Movimientos de rotación de un barco

Yawing. Virada, Guiñada o Rumbo, implica la rotación de

la nave alrededor de su eje vertical. Esto debido a la

imposibilidad de dirigir un barco en un curso totalmente

recto, ya sea por las condiciones del mar, o por la

desviación del timón.

Pitching o Cabeceo es la rotación alrededor del eje que

atraviesa el ancho. El barco se levanta en la proa y se

baja en la popa y viceversa.

El Rolling, Balance o Escora implica un movimiento

oscilatorio del barco, de modo que se ‘inclina’ hacia la

izquierda o hacia la derecha sobre un eje imaginario que

corre horizontalmente a lo largo de la longitud de la nave.

Elaboración: Erick Villamar Fuente: https://seafasten.com

FUNDAMENTACIÓN LEGAL

Para que cualquier embarcación pueda navegar en territorio ecuatoriano, debe

regirse a las normas que establece el (Reglamento A La Actividad Marítima, 2015),

el cual en el Capítulo VII DE LAS RADIOCOMUNICACIONES decreta que “ se

deberán cumplir con las disposiciones del Reglamento Internacional de

Radiocomunicaciones; del Reglamento de Radiocomunicaciones de la Marina

Mercante; las de este reglamento; y las de los Convenios Internacionales sobre la

materia, ratificados por el Ecuador.”

- 44 -

Reglamento De Las Telecomunicaciones Internacionales

Artículo 5: Seguridad de la vida humana y prioridad de las

Telecomunicaciones

1.1 Las telecomunicaciones relacionadas con la seguridad de la vida humana,

como las telecomunicaciones de socorro, tendrán derecho absoluto a la

transmisión y gozarán, en la medida en que sea técnicamente viable, de

prioridad absoluta sobre todas las demás telecomunicaciones, conforme a los

artículos pertinentes del Convenio y teniendo debidamente en cuenta las

Recomendaciones pertinentes del CCITT.

1.2 Las telecomunicaciones de Estado, comprendidas las relativas a la aplicación

de ciertas disposiciones de la Carta de las Naciones Unidas, gozarán, en la

medida en que sea técnicamente viable, de un derecho prioritario sobre las

telecomunicaciones distintas de las mencionadas en el número 39, conforme

a las disposiciones pertinentes del Convenio y teniendo debidamente en

cuenta las Recomendaciones pertinentes del CCITT.

1.3 El orden de prioridad de todas las demás telecomunicaciones se regirá por lo

dispuesto en las Recomendaciones pertinentes del CCITT.

Constitución De La República Del Ecuador

Sección octava: Ciencia, tecnología, innovación y saberes ancestrales

Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes

ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida, las culturas

y la soberanía, tendrá como finalidad:

1. Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y tecnológicos.

2. Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales.

- 45 -

3. Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción

nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de vida y

contribuyan a la realización del buen vivir.

Art. 387.- Será responsabilidad del Estado:

1. Facilitar e impulsar la incorporación a la sociedad del conocimiento para

alcanzar los objetivos del régimen de desarrollo.

2. Promover la generación y producción de conocimiento, fomentar la

investigación científica y tecnológica, y potenciar los saberes ancestrales,

para así contribuir a la realización del buen vivir, al sumak kawsay.

3. Asegurar la difusión y el acceso a los conocimientos científicos y

tecnológicos, el usufructo de sus descubrimientos y hallazgos en el marco

de lo establecido en la Constitución y la Ley.

4. Garantizar la libertad de creación e investigación en el marco del respeto

a la ética, la naturaleza, el ambiente, y el rescate de los conocimientos

ancestrales.

5. Reconocer la condición de investigador de acuerdo con la Ley.

Art. 388.- El Estado destinará los recursos necesarios para la investigación

científica, el desarrollo tecnológico, la innovación, la formación científica, la

recuperación y desarrollo de saberes ancestrales y la difusión del conocimiento.

Un porcentaje de estos recursos se destinará a financiar proyectos mediante

fondos concursables. Las organizaciones que reciban fondos públicos estarán

sujetas a la rendición de cuentas y al control estatal respectivo.

Código Orgánico De Economía Social De Los Conocimientos,

Creatividad E Innovación

Apartado Segundo De las tecnologías libres y formatos abiertos

Artículo 142.-Tecnologías libres. Se entiende por tecnologías libres al software

de código abierto, los estándares abiertos, los contenidos libres y el hardware libre.

Los tres primeros son considerados como Tecnologías Digitales Libres.

- 46 -

Se entiende por software de código abierto al software en cuya licencia el titular

garantiza al usuario el acceso al código fuente y lo faculta a usar dicho software

con cualquier propósito. Especialmente otorga a los usuarios, entre otras, las

siguientes libertades esenciales:

• La libertad de ejecutar el software para cualquier propósito;

• La libertad de estudiar cómo funciona el software, y modificarlo para

adaptarlo a cualquier necesidad. El acceso al código fuente es una

condición imprescindible para ello;

• La libertad de redistribuir copias; y,

• La libertad de distribuir copias de sus versiones modificadas a terceros.

Se entiende por código fuente, al conjunto de instrucciones escritas en algún

lenguaje de programación, diseñadas con el fi n de ser leídas y transformadas por

alguna herramienta de software en lenguaje de máquina o instrucciones

ejecutables en la máquina.

Los estándares abiertos son formas de manejo y almacenamiento de los datos en

los que se conoce su estructura y se permite su modificación y acceso no

imponiéndose ninguna restricción para su uso. Los datos almacenados en

formatos de estándares abiertos no requieren de software propietario para ser

utilizados. Estos formatos estándares podrían o no ser aprobados por una entidad

internacional de certificación de estándares.

Contenido Libre es el acceso a toda la información asociada al software,

incluyendo documentación y demás elementos técnicos diseñados para la entrega

necesarios para realizar la configuración, instalación y operación del programa,

mismos que deberán presentarse en estándares abiertos.

Se entiende por hardware libre a los diseños de bienes o materiales y demás

documentación para la configuración y su respectiva puesto en funcionamiento,

otorgan a los usuarios las siguientes libertades otorgan a los usuarios las

siguientes libertades:

1. La libertad de estudiar dichas especificaciones, y modificarlas para

adaptarlas a cualquier necesidad;

- 47 -

2. La libertad de redistribuir copias de dichas especificaciones; y

3. La libertad de distribuir copias de sus versiones modificadas a terceros.

El Estado en la adquisición de bienes o servicios incluidos los de consultoría de

tecnologías digitales, preferirá la adquisición de tecnologías digitales libres. Para

el caso de adquisición de software se observará el orden de prelación previsto en

este código.

Artículo 151.- Libre elección de software. Los usuarios tienen derecho a la libre

elección del software en dispositivos que admitan más de un sistema operativo.

En dispositivos que no admitan de fábrica, más de un sistema operativo, podrán

ofrecerse solo con el sistema instalado de fábrica.

En la compra de computadores personales y dispositivos móviles, los proveedores

estarán obligados a ofrecer al usuario alternativas de software de código cerrado

o software de código abierto, de existir en el mercado. Se deberá mostrar por

separado el precio del hardware y el precio de las licencias.

Artículo 145.- Migración a software de fuente abierta. Las Instituciones del

sector público deberán realizar una evaluación de factibilidad de migrar sus

tecnologías digitales a tecnologías digitales libres con los criterios establecidos en

el reglamento correspondiente. Se evaluará la criticidad del software, debiendo

considerar los siguientes criterios:

1. Sostenibilidad de la solución;

2. Costo de oportunidad;

3. Estándares de seguridad;

Capacidad técnica que brinde el soporte necesario para el uso del software.

- 48 -

Decreto Ejecutivo N° 10014

Del Software Libre

Art. 2.- Se entiende por Software Libre, a los programas de computación que se

pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna, que permitan su acceso a los

códigos fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas.

• Estos programas de computación tienen las siguientes libertades:

• Utilización del programa con cualquier propósito de uso común.

• Distribución de copias sin restricción alguna.

• Estudio y modificación del programa (requisito: código fuente disponible)

• Publicación del programa mejorado (Requisitos: código fuente disponible)

Art. 3.- Las entidades de la Administración Pública previa la instalación del

software libre en sus equipos, deberán verificar la existencia de capacidad técnica

que brinde el soporte necesario para el uso de este tipo de software.

Art. 4.- Se faculta la utilización de software propietario (no libre) únicamente

cuando no exista una solución de Software Libre que supla las necesidades

requeridas, o cuando esté en riesgo la seguridad nacional, o cuando el proyecto

informático se encuentre en un punto de no retorno.

Para efectos de este decreto se comprende como seguridad nacional, las

garantías para la supervivencia de la colectividad y la defensa de patrimonio

nacional.

Para efectos de este decreto se entiende por un punto de no retorno, cuando el

sistema o proyecto informático se encuentre en cualquiera de estas condiciones:

• Sistemas en producción funcionando satisfactoriamente y que en un

análisis de costo beneficio muestre que no es razonable ni conveniente una

migración a Software Libre.

• Proyecto en estado de desarrollo y que un análisis de costo- beneficio

muestre que no es conveniente modificar el proyecto y utilizar Software Libre.

- 49 -

PREGUNTA CIENTÍFICA A CONTESTARSE

¿Es posible eliminar o reducir el nivel desalineación de antenas de radioenlaces

instalados en un ambiente marítimo, mediante un sistema basado en hardware y

software libre, que detecte los cambios y movimientos del nodo de comunicación?

DEFINICIONES CONCEPTUALES

Azimut. - Es la distancia angular horizontal a una dirección de referencia.

Elevación. - Es el ángulo vertical medido desde una dirección de referencia.

Ondas decamétricas. - el segmento que corresponde a HF (Frecuencias altas),

y está comprendido entre las frecuencias 3 hasta 30 Mhz.

Proa. - Parte delantera de una embarcación.

Popa. - Parte trasera de una embarcación.

Eslora. - Longitud de una embarcación desde la proa a la popa.

Babor. - Lado izquierdo de la embarcación mirando hacia proa.

Estribor. - Lado derecho de la embarcación mirando hacia proa.

Asiento. - Diferencia de calados entre proa y popa.

Calado. -Profundidad que alcanza en el agua la parte sumergida de una

embarcación.

Escora. - Inclinación del barco con respecto a la vertical por la fuerza del viento,

el ladeamiento de la carga u otra causa.

Borneo. - movimiento circular que describe un buque alrededor de la posición de

fondeo.

- 50 -

CAPÍTULO III

PROPUESTA TECNOLÓGICA

Las antenas sufren los mismos movimientos que experimentan los elementos

donde están instaladas. Y en el mar, un objeto flotante como un barco está

expuesto a movimientos de 6 grados de libertad: 3 ejes perpendiculares y 3 de

rotación, cada uno independiente de los otros. Pero debido a que los barcos deben

mantenerse a cierta distancia de otras embarcaciones y la larga distancias a la

que se encuentran del puerto en tierra, los movimientos de translación se vuelven

despreciables, pues es posible volver a apuntar la antena a su objetivo barriendo

los ejes de rotación.

Para lograr disminuir las rupturas de los enlaces inalámbricos se debe poder

estabilizar cada eje bajo los movimientos de excitación de la base, buscando

continuamente el puerto, y ajustando el azimut y la elevación de la antena de forma

que no perciba los movimientos del nodo sobre los que está instalada. El control

de alineación es básicamente un problema de rechazo de perturbaciones y

búsqueda continua del otro extremo del enlace, en donde cada eje actúa gracias

a una placa Arduino.

Para la elaboración del prototipo se tuvo muy en cuenta la utilización de un modelo

que mantenga cierto grado de simetría en cada una de sus partes, procurando

mantener el centro de rotación de los ejes iguales tanto como sea posible.

Además, gracias a una solución adicional que se plantea denominada

“Herramienta de referencia de Patrones de Radioenlaces”, la cual consiste en una

aplicación basada en Processing que mediante conexión alámbrica o inalámbrica

permita observar en tiempo real como cambian los ajustes de la orientación de la

antena, podemos comprobar que se encuentre apuntando hacia el extremo en

donde se encontraría instalado el otro nodo de red.

El sistema propuesto utiliza el lenguaje de programación Arduino que con la ayuda

del módulo MPU6050 permite medir el nivel de movimiento de los tres ejes de

rotación de los nodos para, a través de servomotores, poder estabilizar los niveles

de balanceo, de giro, y de inclinación; asegurándonos que los ajustes azimut y

elevación apunten siempre al nodo de destino; y consta básicamente de:

- 51 -

Cuadro No. 19: Partes del sistema propuesto

Componente Función

Base Protege los “equipos de comunicación” o los elementos

lógicos del sistema.

Yaw

Encargado del giro de izquierda a derecha en el eje vertical

cuando la nave cambia su sentido girando a babor o estribor

a voluntad o por efecto del viento.

Yaw-Pitch Vínculo entre el eje vertical y el eje transversal.

Pitch

Encargado de la inclinación de adelante hacia atrás en el eje

“transversal” cuando la nave presenta asiento aproado o

apopado, o por efecto del oleaje.

Pitch-Roll Vínculo entre el eje “transversal” y el eje “longitudinal”.

Roll

Encargado de la inclinación de lado a lado en el eje

“longitudinal” cuando la nave pasa de estado adrizada a

escorada por efecto del viento o del oleaje.

Plataforma La cual simularía la superficie sobre la que se instalaría la

antena de radioenlace.


ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD

Tanto características tecnológicas como sociales proporcionan información de

vital importancia para definir las posibilidades de que se pueda llevar a cabo un

proyecto; o bien, obtener recomendaciones para su mejora. Así que para alcanzar

una evaluación de que tan factible podría llegar a ser el sistema propuesto se han

considerado las siguientes componentes:

- 52 -

Factibilidad operacional

Dado el gran impacto social y operacional que tienen las redes de banda ancha

resulta necesario brindarles a los usuarios comunicaciones confiables, por lo que

para medir el nivel de factibilidad operacional es necesario plantear las siguientes

interrogantes:

¿Existe apoyo suficiente para el proyecto por parte de la administración? ¿Y

por parte de los usuarios?

Una de las principales motivaciones para el desarrollo de este proyecto radica en

impulsar la implantación de nuevas tecnologías de comunicación, que estén al

alcance para aquellos usuarios de baja fortuna, pero que representan parte de una

industria de gran importancia para cualquier país en desarrollo.

¿Los métodos que actualmente se emplean son aceptados por todos los

usuarios?

Los principales argumentos para impulsar el uso de soluciones inalámbricas de

banda ancha en entornos marítimos son las demandas provenientes de las

necesidades de la tripulación. Mientras que los usuarios de sectores más humildes

como la industria pesquera expresan que no tienen ninguna forma de

comunicación durante su estancia en mar, aquellos que tienen acceso a redes

satelitales manifiestan que su uso es exclusivo para la ejecución de operaciones

marítimas debido a los elevados precios por Megabyte que conllevan.

¿Los usuarios han participado en la planeación y en el desarrollo del

proyecto?

Son varios los factores que hay que considerar para una correcta propagación de

señales en ambientes marinos. Por lo tanto, la participación de los usuarios es

necesaria para cubrir la mayor parte de dificultades de este entorno, y las

herramientas Open Source son idóneas para lograr este acometido, pues

cualquier conocimiento que se derive de estas pueden ser adaptadas en beneficio

de la comunidad.

- 53 -

Factibilidad técnica

Gracias a la semejanza de los principios que siguen el software y hardware libre,

se asegura el plano de neutralidad entre tecnologías actuales y las que surjan con

el tiempo. El uso de hardware libre permite la flexibilidad de adquirir los

componentes necesarios para la implementación, o bien construirlos nosotros

mismos; y la práctica de un lenguaje de programación tan flexible como Arduino

ofrece la oportunidad de que el sistema sea mejorado, o a su vez servir de base

para el desarrollo de nuevos sistemas adaptándolo a las necesidades requeridas.

Factibilidad Legal

Para poder transmitir información a través de los radioenlaces es necesario hacer

uso del espectro electromagnético; el cual, al ser un recurso limitado, es propiedad

del Estado. Para su uso es necesario obtener el permiso correspondiente,

denominado Título Habilitante, de una determinada banda de frecuencia; o bien

hacer uso de bandas libres.

El sistema propuesto no hace uso del espectro radioeléctrico; es una solución

tecnológica pensada para aquellas telecomunicaciones que se enmarquen en el

ámbito legal correspondiente, por lo que no incurre en el incumplimiento de

cualquier reglamento constitucional, sino más bien está amparado por normativas

que impulsan las tecnologías libres y formatos abiertos, articulados en:

Constitución de la República, Plan Nacional de Gobierno electrónico, Código

Orgánico de Economía Social de los Conocimientos, Creatividad e Innovación,

entre otros.

Factibilidad Económica

Uno de los mayores impedimentos a la hora impulsar nuevos proyectos son los

gastos que conllevan, que surgen habitualmente por depender solo de tecnológica

privativa. Y si bien la gran reducción de los costos de producción de las

herramientas Libres ha permitido aumentar su trascendencia en los últimos años,

las implicaciones de su uso no son solo económicas.

- 54 -

Existen herramientas que vienen incluidas en los equipos de radiocomunicación

que ayudan en el proceso de alineamiento de los enlaces, pero requieren de la

presencia de técnicos instaladores, lo que reduce su utilidad en un ambiente

marítimo pues esto no asegura que el enlace no vuelva a desalinearse, y por lo

tanto el recurso humano sería continuo. De igual forma, existen mecanismos que

permiten realizar la configuración del posicionamiento en azimut y elevación de

las antenas, incluso llevan implementándose para el alineamiento en los enlaces

satelitales para navíos desde algún tiempo atrás. Pero, todos estos sistemas

asociados a tecnología satelital conllevan precios elevados, especialmente un

sistema de tres ejes. Si bien un sistema de dos ejes tiene ventajas de compacidad

y ligereza, estas necesitan de complejas transformaciones de coordenadas para

calcular los ángulos de elevación y acimut, ya que solo usan dos ejes para

compensar los tres movimientos de rotación de la nave; si bien son perfectas para

apuntar a un satélite, esto es debido a la gran distancia a la que se encuentran.

En un ambiente marítimo resulta ser necesario un sistema que permita realizar los

ajustes de posición de la antena mediante movimientos más adaptables a las

condiciones a las que serán expuestas en el mar, y un sistema de tres ejes puede

compensar los movimientos de rotación de una embarcación. Por lo tanto, se

puede tener un algoritmo simple en comparación con un sistema de dos ejes, y el

sistema propuesto resulta especialmente adecuado gracias a su bajo costo y

compatibilidad con herramientas de código abierto que ofrecen la oportunidad de

contribuir con su desarrollo o mejora.

ENTREGABLES DEL PROYECTO

Para permitir la adecuación o mejora que se pueda incluir a la presente propuesta

se anexa el manual que detalla la elaboración del prototipo, las herramientas y

códigos utilizados, así como su diseño esquemático para medir su funcionabilidad.

- 55 -

ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO

La guía del PMI para el conjunto de conocimientos de gestión de proyectos en su

sexta edición, divide la gestión de proyectos en cinco grupos o etapas. El siguiente

cuadro muestra una descripción de las etapas del proyecto y en la sesión de

Anexos se puede encontrar en detalle cada una de las actividades realizadas y su

tiempo dedicado en base al cronograma y a la guía PMBOK®.

Cuadro No. 20: Procesos de gestión de proyectos

Inicio

Se basa en el análisis de la viabilidad del proyecto,

teniendo en cuenta factores como el tiempo, los recursos

y el costo. Se plantea qué alcance debe tener el proyecto,

los plazos de entrega y la calidad que se pretende.

Planificación El objetivo de esta fase será detallar las tareas y recursos

que serán necesarios para el desarrollo del proyecto.

Ejecución

Durante esta fase se establece el entorno de trabajo, y se

realizan las tareas planificadas. Es en esta fase donde

suelen surgir los problemas.

Supervisión

y control

Comprueba que se esté cumpliendo con toda la

planificación, de manera que se pueda responder rápida

y eficientemente ante los problemas que surjan.

Cierre

Consiste en evaluar el desarrollo de las fases anteriores,

para que en un futuro se puedan tomar decisiones más

seguras y realistas.

Elaboración: Erick Villamar Fuente: Guía de Fundamentos para la elaboración de Proyectos

- 56 -

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA

Al tratarse de características de un modelo físico, se plantea una metodología de

validación basada en la experimentación, similar al utilizado en la investigación

científica y tecnológica.

La comprobación se realizó mediante el análisis del comportamiento del sistema

tomando una serie de movimientos de la Base del prototipo como muestras

representativas de los posibles en el campo de aplicación, contrastándolos con

los movimientos de rechazo de la Plataforma en dos ensayos de funcionamiento.

El primer ensayo fue realizado sobre una balsa al pie del río Guayas, a la altura

del Malecón 2000. La balsa fue ubicada contra la marea para intentar capturar el

mayor número de movimientos posibles durante un periodo de tiempo de 20

minutos, recibiendo cien datos por segundo, otorgándonos un total de 127000

muestras representativas. Si bien esta prueba tiene una base real, por razones

obvias se sitúa en un orden magnitudinal inferior al que se da en una embarcación

mayormente alejada de la costa.

Gráfico No. 20: Ensayo de funcionamiento número 1



Por esto, se realizó un segundo ensayo adaptado a estos efectos para aprovechar

más su estudio, y consistió en acoplar el prototipo sobre un juego mecánico al que

se le aplicó movimientos de mayor magnitud para medir la respuesta del prototipo

en este caso, durante un periodo de tiempo menor (3 minutos) y recibiendo por lo

tanto una menor cantidad de datos (18000).

- 57 -

Gráfico No. 21: Ensayo de funcionamiento número 2



Ciertamente, el mejor modo de verificar la propuesta en un contexto como el

descrito anteriormente sería a través de ejercicios reales, sobre una embarcación

mayormente alejada de la costa en aguas de mayor oleaje. No obstante, una

verificación de estas características hubiera requerido dilatar en exceso el cierre

del trabajo, puesto que analizar este único caso abarcaría otros factores que

dependen de la temporada, clima, tiempo; todos, elementos que pueden variar al

momento de la recolección de los datos, afectando así la muestra. A pesar de ello,

para esta verificación no se considera estrictamente necesario que las situaciones

de análisis sean cien por ciento reales, pues en un entorno de laboratorio, una

definición muy amplia de la investigación experimental es “que el científico puede

influir activamente en algo para observar sus consecuencias” (Explorable, 2019).

Cabe recalcar que debido al carácter de la propuesta, en su evaluación no podrá

llegarse a un resultado evidente e indiscutible como el relativo en la

experimentación física, pues en coherencia con el planteamiento de verificación

deben determinarse las características principales que afectan al sistema

propuesto, que como ya se ha mencionado con anterioridad corresponden a los

movimientos Yaw, Pitch, y Roll al que está sometido un cuerpo en el mar.

Estos tres ejes de análisis suponen una considerable simplificación de la realidad,

pues dependen completamente del azar, por lo que pueden existir una gran

cantidad de variantes en cada uno de ellos (basta considerar por ejemplo que al

momento de la toma de datos se realizaban algunos tipos de obras civiles sobre

el lecho del río, como parte del proyecto de la Aerovía con ruta de Guayaquil a

- 58 -

Durán), y debido a esta heteroscedasticidad que presentan nuestras variables se

imposibilita el uso de un procedimiento confiable y con mayor firmeza de

resultados de aceptación o rechazo de una prueba de hipótesis como lo es la

estadística paramétrica, ya que el mayor supuesto para su práctica es la

normalidad que deben seguir las variables.

Gráfico No. 22: Barcazas para obra Aerovía de la ruta Guayaquil-Durán



Este supuesto no es requerido para la estadística no paramétrica, ya que la

utilización de este método se hace recomendable cuando no se puede asumir que

los datos se ajusten a una distribución conocida, es decir, que el modelo no tiene

por qué ser homocedástico. No obstante, a pesar de sus limitaciones, este

esquema aporta un marco de comprobación dentro de un área de aplicabilidad de

la propuesta, de tal modo que lo determinante en la verificación no será tanto la

precisión de la alineación del prototipo (pues esta puede mejorar en gran medida

con los elementos que se utilicen), sino más bien el aspecto metodológico,

concretado en la utilidad del uso de software y hardware libre que introduce el

sistema propuesto para reducir el problema que se expone. Por lo tanto, lo que se

pretende demostrar es que la propuesta es aplicable.

Así pues, según este criterio, y con la perspectiva de la limitación que toda

comprobación implica, se plantea la verificación de la propuesta.

- 59 -

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS

Para facilitar el análisis de las variables, los datos fueron exportados al software

estadístico SPSS. Pero, para una mayor organización al momento de visualizar el

comportamiento de las variables, se disminuyó el valor de una de ellas, de tal

forma que gráficamente se puedan apreciar al menos las tres variables. Mas

concretamente, se dio la orden a la placa Arduino que el valor que recibía de la

variable roll, una vez procesada nos la devuelva dividida entre diez. Esto en ambos

sistemas (Base y Plataforma), de modo que mantiene una igualdad.

Antes que todo, para comprobar la normalidad de nuestras variables, y conocer

con qué tipo de pruebas trabajar, aplicaremos a cada variable la prueba de

Kolmogórov-Smirnov (o prueba K-S), la cual

compara la función de distribución (probabilidad acumulada) teórica con la

observada, y calcula un valor de discrepancia, representado habitualmente

como D, que corresponde a la discrepancia máxima en valor absoluto entre

la distribución observada y la distribución teórica, proporcionando

asimismo un valor de probabilidad P, que corresponde, si estamos

verificando un ajuste a la distribución normal, a la probabilidad de obtener

una distribución que discrepe tanto como la observada si verdaderamente

se hubiera obtenido una muestra aleatoria, de tamaño n, de una

distribución normal (Scientific European Federation Of Osteopaths, 2019).

𝐹𝑁(𝑥) =1

𝑁∑ {

10

}𝑛𝑖=1

𝑆𝑖 𝑦𝑖 ≤ 𝑥,𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑠 𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒

𝐷𝑛+ = max (𝐹𝑛(𝑥) − 𝐹(𝑥))

𝐷𝑛− = max (𝐹(𝑥) − 𝐹𝑛(𝑥))

donde 𝐹(𝑥) es la distribución presentada como hipótesis.

El contraste de hipótesis nos permite elegir una hipótesis de trabajo entre dos

posibles y mutuamente exclusivas:

𝐻0 = 𝐻𝑖𝑝ó𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑛𝑢𝑙𝑎

𝐻1 = 𝐻𝑖𝑝ó𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎

- 60 -

La hipótesis nula sugiere una hipótesis de no cambio, por lo que representa la

hipótesis que mantendremos a no ser que los datos indiquen su falsedad; por el

contrario, la hipótesis alterna representa la negación de la hipótesis nula. Incluye

todo lo que la hipótesis nula excluye (Universidad de Ganada, 2019).

Cuando se ejecutan las pruebas con el SPSS se obtiene el valor del estadístico y

el valor P de probabilidad del contraste. Si esa probabilidad es grande no habrá

razones estadísticas para suponer que nuestros datos no proceden de una

distribución, mientras que si es muy pequeña, no será aceptable suponer ese

modelo probabilístico para los datos.

Por tanto y partiendo de los supuestos:

𝐻0 = 𝑇𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙

𝐻1 = 𝑆𝑖𝑛 𝑡𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙

Se rechaza 𝐻0 si el valor 𝑠𝑖𝑔 obtenido es menor que el nivel de significancia. Que

para nuestro propósito será del 0,05. Es decir 95%.

Cuadro No. 21: Prueba de normalidad a variables analizadas

K-S para 1er ensayo para 2do ensayo

N Est. Sig N Est. Sig

Roll_Barco 127000 ,011 ,000 18900 ,106 ,000

Pitch_Barco 127000 ,042 ,000 18900 ,102 ,000

Yaw_Barco 127000 ,093 ,000 18900 ,205 ,000

Roll_Antena 127000 ,058 ,000 18900 ,041 ,000

Pitch_Antena 127000 ,020 ,000 18900 ,042 ,000

Yaw_Antena 127000 ,077 ,000 18900 ,095 ,000


- 61 -

Comprobamos que el nivel de significancia (sig) para todas nuestras variables de

ambos ensayos son menores a 0,05. Por lo que podemos rechazar la hipótesis

nula y aceptar la hipótesis alterna, lo que significa que nuestras variables no se

distribuyen de manera normal.

Sabiendo esto debemos considerar un tipo de estadístico para medir el grado de

asociación que nuestras variables, es decir que tanto el cambio de una variable

afecta a la otra. Y la que mejor se adapta a nuestros parámetros es la correlación

de Spearman.

La correlación de Spearman asume una función monotónica arbitraria para

describir la relación entre dos variables, sin hacer ningunas asunciones sobre la

distribución de frecuencia de las variables. Su estadístico viene dado por:

𝑟𝑅 = 1 −6 ∑ 𝑑𝑖

2𝑖

𝑛(𝑛2 − 1)

Donde 𝑑𝑖 es la diferencia de rango del elemento 𝑛.

Y puede tomar valores que nos indicará la fuerza de correlación entre las

variables analizadas de la siguiente forma.

Si el valor de 𝑟𝑅:

• es -1, hay una correlación negativa perfecta.

• se encuentra entre -1 y -0.5, hay una fuerte correlación negativa.

• se encuentra entre -0.5 y 0, hay una débil correlación negativa.

• es 0, no hay correlación. Por lo que se acepta la hipótesis nula.

• se encuentra entre 0 y 0.5, hay una débil correlación positiva.

• se encuentra entre 0.5 y 1, hay una fuerte correlación positiva.

• es 1, hay una correlación positiva perfecta.

Entonces para la prueba de hipótesis partimos de los supuestos

𝐻0 = 𝑁𝑜 𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑐𝑜 𝑦 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎

𝐻1 = 𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑐𝑜 𝑦 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎

- 62 -

Y contrastamos los movimientos del barco de ambos ensayos

Gráfico No. 23: Variables de movimiento del barco del ensayo 1



Gráfico No. 24: Variables de movimiento del barco del ensayo 2



- 63 -

Con los movimientos que sufren las antenas instaladas sobre el prototipo

Gráfico No. 25: Variables de movimiento de la antena del ensayo 1



Gráfico No. 26: Variables de movimiento de la antena del ensayo 2



De tal forma que podamos interpretar las variables de forma independiente.

- 64 -

Análisis de Variable Roll

Gráfico No. 27: Comparación barco_antena de la variable roll del ensayo 1



Gráfico No. 28: Comparación barco_antena de la variable roll del ensayo 2



- 65 -

Cuadro No. 22: Comparación barco_antena de la variable roll del ensayo 1

Rho de Spearman Roll_Antena Roll_Barco

Coeficiente de correlación

Roll_Antena

1,000 -,352

Sig. (bilateral) ,000


Roll_Barco

-,352 1,000



Cuadro No. 23: Comparación barco_antena de la variable roll del ensayo 2

Rho de Spearman Roll_Antena Roll_Barco


Roll_Antena

1,000 -,148



Roll_Barco

-,148 1,000



Interpretación: Dado que el valor P de significancia (sig) es menor a 0,05

debemos rechazar la hipótesis nula, y aceptar la hipótesis alterna. Esto significa

que aún los movimientos roll del barco afectan a los de la antena, pero en menor

medida, pues en ambos ensayos podemos observar que existe una débil

correlación negativa de 0,3 y 0,1. Lo que nos indica que esta fuerza de asociación

es menor.

- 66 -

Análisis de Variable Pitch

Gráfico No. 29: Comparación barco_antena de la variable pitch del ensayo 1



Gráfico No. 30: Comparación barco_antena de la variable pitch del ensayo 2



- 67 -

Cuadro No. 24: Comparación barco_antena de la variable pitch del ensayo 1

Rho de Spearman Pitch_Antena Pitch_Barco


Pitch_Antena

1,000 -,113



Pitch_Barco

-,113 1,000



Cuadro No. 25: Comparación barco_antena de la variable pitch del ensayo 2

Rho de Spearman Pitch_Antena Pitch_Barco


Pitch_Antena

1,000 -,571



Pitch_Barco

-,571 1,000



Interpretación: Si el barco cabecea, la antena también tiende a cabecear, pues

también rechazamos la hipótesis nula o de igualdad, aceptando que existe una

correlación entre las variables pitch del barco y antena, manteniendo una

correlación baja en el primer ensayo; pero, en el segundo ensayo, en donde

variábamos los movimientos con mayor constancia, esta correlación es

mayormente fuerte.

- 68 -

Análisis de Variable Yaw

Gráfico No. 31: Comparación barco_antena de la variable yaw del ensayo 1



Gráfico No. 32: Comparación barco_antena de la variable yaw del ensayo 2



- 69 -

Cuadro No. 26: Comparación barco_antena de la variable yaw del ensayo 1

Rho de Spearman Yaw_Antena Yaw_Barco


Yaw_Antena

1,000 ,244



Yaw_Barco

,244 1,000

Sig. (bilateral) ,000 ,


Cuadro No. 27: Comparación barco_antena de la variable yaw del ensayo 2

Rho de Spearman Yaw_Antena Yaw_Barco


Yaw_Antena

1,000 ,253



Yaw_Barco

,253 1,000



Interpretación: En el caso del movimiento Yaw, tampoco podemos aceptar la

hipótesis nula, por lo tanto, existe una correlación entre ambas variables, que en

este caso es débil. Algo que resalta en el primer ensayo es que si bien, podemos

observar que disminuye gran parte de la desalineación, tiende a cambiar de

dirección. Pues podemos visualizar en la gráfica que a mayor tiempo, la deriva la

deriva acumulada es mayor.

- 70 -

CAPÍTULO IV

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O

SERVICIO

Para medir y decidir el criterio de aceptación se valorará el cumplimiento de los

requerimientos expuestos en los alcances y objetivos propuestos.

Cuadro No. 28: Informe de aceptación

Requerimiento Criterio de

aceptación

1 Uso de software y herramientas Open Source y/o Free 100%

2 Construcción y pruebas mediante prototipo 100%

3 Captura de movimientos y giro mediante sensores 100%

4 Conservar ajustes azimut y elevación 100%

5 Re-apuntamiento hacia posición estimada 100%


Para los criterios de aprobación se considerará el estado las distintas etapas de

la metodología PMI utilizada para el desarrollo del proyecto.

Cuadro No. 29: Informe de aprobación

Etapa Estado

1 Inicio: Evaluación de la propuesta Revisado y Aprobado

2 Planificación: Desarrollo Capítulo I Revisado y Aprobado

3 Ejecución: Desarrollo Capítulo II y III Revisado y Aprobado

4 Control: Evaluación y desempeño Revisado y Aprobado

5 Cierre: Desarrollo Capítulo IV Revisado y Aprobado


- 71 -

CONCLUSIONES

● Los problemas discutidos en este documento muestran que las redes

marítimas de banda ancha aún requieren más investigación para permitir que las

ventajas que brindan sean accesibles tanto para los usuarios provenientes de

sectores civiles como industriales. Motivando su necesidad, se presentaron las

principales tecnologías que se pueden utilizar para implementar una red marítima,

y se identificaron las características que impactan negativamente en la estabilidad

de las antenas de radioenlaces dentro de este escenario.

● Haciendo uso de software y hardware libre se propuso un sistema simple

y de bajo costo para permitir minimizar los efectos de la desalineación de las

antenas, que surge como consecuencia de ser instaladas sobre elementos

flotantes. Un prototipo capaz de compensar los tres movimientos de rotación de la

nave se realiza con éxito; pero debido a la alta complejidad del uso de tecnologías

específicas, aún existen desafíos particulares para garantizar la implementación

de sistemas de TIC en el sector marítimo.

● Los resultados del análisis de los ensayos de funcionamiento del prototipo

demuestran que es capaz de rechazar la mayor parte del movimiento bajo la

excitación de tres grados de libertad de la Base, mostrando un error de

estabilización limitado del eje Yaw como resultado de la naturaleza de la IMU. Un

enlace expuesto a las condiciones marítimas durante periodos prolongados está

sujeto a una perdida tenue de la trayectoria del eje Yaw, causada por la continua

deriva.

- 72 -

RECOMENDACIONES

● Para apoyar los esfuerzos destinados a impulsar el estudio tecnológico del

sector marítimo, se podrían trabajar en asociaciones por parte de empresas,

institutos de investigación y universidades para potenciar y financiar la

investigación, desarrollo, y pruebas de tecnologías que aseguren la sostenibilidad

y el crecimiento de la industria. Bajo esta recomendación los estudiantes también

se beneficiarían de programas de formación como: oportunidades de pasantías,

misiones de estudio del campo, visitas en sitio y charlas de profesionales del

sector, facultando la inclusión de métodos para utilizar de manera efectiva la

información técnica y académica relacionada al mar, permitiendo que los sistemas

de gestión y los programas educativos se utilicen de manera interdisciplinaria.

● Dado que en la experimentación realizada no se puede contar con todas

las perturbaciones de los movimientos reales del barco, se deben programar

pruebas a bordo para verificar la efectividad del sistema en un entorno real. Para

mejorar la precisión de su orientación, se sugiere hacer uso de una brújula que

indique el rumbo magnético con el fin de proporcionar una dirección de referencia

al eje Yaw; además, si el prototipo es utilizado durante largos periodos, es

importante comprobar cada cierto tiempo que los ajustes de la antena no sufran

variaciones significativas.

● Con los efectos del movimiento del mar minimizados, es posible abordar

otros ajustes utilizando técnicas similares o existentes. Aún queda por estudiar:

• Comportamiento del sistema mediante ensayos a bordo.

• Perfeccionamiento de la condición de rotación de los ejes del sistema,

mediante la adición de detección de señales.

• Visualización de las estadísticas de los estados y niveles de señal.

• Optimización de los ángulos efectivos de los ejes del sistema.

• Cubrir otras problemáticas presentes en las redes marítimas.

- 73 -

ANEXO I

MODELO CONCEPTUAL DE PROPUESTA

a) Vista panorámica del sistema instalado en un entorno marítimo.

b) Vista superior, lateral y frontal del sistema instalado en una embarcación.

- 74 -

ANEXO II

TASAS DE DATOS DE SERVICIOS MARÍTIMOS

Tipo de servicio Servicio Data Rate requerido

Servicios comerciales

Ordenes de viaje 9.6 (kbps)

servicios portuarios

comerciales 9.6 (kbps)

Informe Operacional 9.6 (kbps)

Telemetría de carga 64 (kbps)

Pagos e inventarios 64 (kbps)

VoIP 140 (kbps)

Acceso a internet de

pasajeros 150 (kbps)

Entrenamiento de

tripulación 9.6 (kbps)

Información y

entretenimiento 1500 (kbps)

- 75 -


Servicios de

operaciones

Datos del Clima 9.6 (kbps)

Reportes de las naves 9.6 (kbps)

Notificaciones de estado

a la Costa 9.6 (kbps)

Notificaciones de arribo

a puerto 9.6 (kbps)

Coordinación de Carga /

Descarga 100 (kbps)

Imágenes PPU / VTS 100 (kbps)

Coordinación de Amarre

/ Remolque 100 (kbps)

Actualizaciones de

cartas electrónicas 100 (kbps)

Proyecto “e-Navigation

Services” de Corea 1560 (kbps)

- 76 -


Servicios de seguridad

Radar / AIS 100 (kbps)

GMDSS 10 (kbps)

Sensores mecánicos 10 (kbps)

Video 1500 (kbps)

LiDAR 2000 (kbps)

Cámaras Infrarrojas 1000 (kbps)

Coordinación VTS 100 (kbps)

SAR 100 (kbps)

Recolección de datos 1500 (kbps)

Datos del Departamento de Investigación Ambiental y de Seguridad Marina,

Instituto de Investigación de Barcos e Ingeniería Oceánica de Corea (KRISO) que

presentó como soporte para para la aplicación del sistema de navegación

electrónica SMART y la infraestructura digital marítima de Corea, de acuerdo al

plan de comunicaciones de radio marítima (MRCP) desarrollado por la Asociación

Internacional de Ayudas a la Navegación Marítima y Autoridades de Faros (IALA).

- 77 -

ANEXO III

ENTREVISTA REALIZADA A EXPERTO DEL ÁREA

- 78 -

- 79 -

- 80 -

- 81 -

ANEXO IV

ANALISÍS ESTADISTICO EN SPSS

- 82 -

- 83 -

- 84 -

- 85 -

ANEXO V

CRONOGRAMA DEL PROYECTO

- 86 -

BIBLIOGRAFÍA

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