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CAPÍTULO IV RESULTADOS DE INVESTIGACIÓN
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
Este capítulo trata el análisis y presentación de los resultados obtenidos a
través de los distintos instrumentos de recolección de datos utilizados, como
fueron las entrevistas personales estructuradas y la revisión documental,
aplicados a varios especialistas y expertos en el área de aviación civil. De
igual manera se presentan los resultados obtenidos en la ejecución de cada
una de las fases de la metodología, para luego analizar de qué manera estos
resultados ayuda al logro de los objetivos y como se relacionan entre sí.
1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
A continuación se procederá a analizar de manera cualitativa los datos
recolectados por medio de los distintos tipos de instrumentos y técnicas de
recolección utilizados, para determinar los resultados conseguidos y de esta
manera dar respuesta a los objetivos de esta investigación. A través de
respuestas abiertas emitidas en la entrevista dirigida a expertos
pertenecientes al INAC y al Centro de Control de Tráfico Aéreo del
Aeropuerto internacional “La Chinita”, ubicado en la ciudad de Maracaibo, y
de la revisión documental a diferentes documentos emitidos por la ICAO.
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1.1 DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA 1.1.1 FASE I: ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL Para lograr esta fase, el primer paso fue, Analizar los actuales sistemas de
posicionamiento manejados por la aeronáutica civil venezolana, el cual
corresponde al primer objetivo específico de la investigación. Para tal fin,se
obtuvo información de fuentes escritas utilizando como instrumento la
revisión documental a través de publicaciones del INAC y la asociación de
líneas aéreas Venezolanas (ALAV) para estudiar los sistemas anti colisiones
e instrumentos que actualmente se usan en la aeronáutica civil venezolana,
durante este proceso investigativo se observo que los instrumentos de
aproximación que se usan a nivel nacional son el ILS/DME y el VOR/DME.
También se evidenció que el INAC, a través de la regulaciones aeronáuticas
venezolana describe específicamente cada parámetro que deben cumplir
estos instrumentos y también las maneras de uso de los mismos. A su vez se
realizó una visita al Aeropuerto internacional “La Chinita”, donde se
comprobó que este es el principal terminal aeroportuario del occidente de
Venezuela y es el tercer aeropuerto más importante y transitado del país, por
detrás de los aeropuertos de Caracas y Porlamar; contando con numerosos
vuelos nacionales e internacionales. En 2011 movilizó un promedio de seis
mil quinientos pasajeros diarios con vuelos directos a América y el Caribe,
ubicado en el Municipio San Francisco del Estado Zulia y sirve a la Ciudad
de Maracaibo en Venezuela, del mismo modo, se comprobó que el
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aeropuerto tiene como visión ser el aeropuerto con el más elevado sistema
de seguridad en materia aeroportuaria, sustentado con un talento humano
especializado para garantizar la prestación del servicio con altos niveles de
excelencia.
Con el objetivo de conocer cuáles son los sistemas de navegación y
prevención de colisiones aéreas implementados actualmente en Venezuela
se realizó una entrevista de seis (6) ítems a expertos que laboran en
diferentes departamentos de dicho aeropuerto y con diferentes cargos como
Controladores de Tráfico Aéreo, Jefes de operaciones de ATM, Jefes de
Garantía de la calidad de tránsito aéreo, Técnicos en Radios Aeronáuticos e
Instructores de Vuelo; mediante las respuestas de los entrevistados se pudo
corroborar que actualmente en las operaciones de aeronáutica civil
Venezolana se utilizan instrumentos como el VOR/DME, el ILS/DME, el
Radar Primario, el Radar secundario y sistemas como el TCAS/ACAS, para
manejar los procedimientos de navegación, aproximación, aterrizaje y
prevención de colisiones.
Así mismo, según las respuestas de los expertos se reconoció que estos
sistemas y la manera en cómo se usan, presentan muchas ventajas en
cuanto a la comunicación entre controladores aéreos, pilotos y aeropuertos,
también permiten ubicar las aeronaves que sobrevuelen espacio aéreo
venezolano y que además el sistema implementado actualmente es
redundante, es decir, toda la información se obtiene por diferentes medios
(datos, texto y voz) lo que permite que las fallas sean casi nulas.
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Por otra parte, los entrevistados coincidieron en que los sistemas que
actualmente se utilizan tanto en el Aeropuerto Internacional “La Chinita”
como en los demás aeropuertos del país, son de tecnología avanzada y que
para sus criterios, no presentan ninguna desventaja o limitación en particular,
por lo que no se pudo comprobar la problemática planteada al inicio de la
investigación. En cuanto al ítem número 5 del cuestionario, los
requerimientos que presenta la aeronáutica civil venezolana acerca de los
sistemas e instrumentos antes mencionados, se pueden encontrar en la
página web del INAC, a través, de diferentes leyes y reglamentos, que
establecen las normas y reglamentos y las hace cumplir por medio de varias
instituciones como son el INAC y CONATEL.
Sin embargo se reconoció que todas las normas y tecnologías en al área de
aviación son creadas y desarrolladas por asociaciones e instituciones
internacionales como la Organización de Aviación Civil Internacional (ICAO) y
la Administración Federal de Aviación (FAA), y que cada país es responsable
de tomar las recomendaciones de dichas organizaciones y hacerlas cumplir
en su jurisdicción por medio de leyes.
Más aun los entrevistados afirmaron no conocer en profundidad las
exigencias de las leyes venezolanas con respecto a la aplicación de estas
tecnologías en el país, por lo que recomendaron la revisión documental de
las diferentes leyes y anexos de la ICAO y el INAC para con ello lograr
obtener toda la información necesaria para la ejecución del presente trabajo
de investigación.
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Con respecto al ítem número 6 del cuestionario, se obtuvieron opiniones
divididas de los entrevistados, en relación a la aplicabilidad en la aeronáutica
civil Venezolana, de un sistema de posicionamiento basado en GPS, que
mejore las deficiencias y funcione como una alternativa de respaldo para el
TCAS/ACAS, en caso de fallas del mismo, que permita la independencia
para los pilotos a la hora de tomar decisiones en vuelo y que sea de bajo
costo.
Ellos comentaron que la utilización del sistema GPS para un sistema de
posicionamiento distribuido como el propuesto no sería confiable debido a la
disponibilidad selectiva y a que la administración de las 3 redes satelitales
GPS dependen del departamento de defensa de Estados Unidos, del
gobierno de Rusia y la agencia espacial Europea y las 2 primeras (que son
las más importantes) son operadas por militares, sin embargo los
entrevistados que estuvieron a favor expresaron que la red Europea inspira
un poco más de confianza y que se espera que en un futuro las redes sean
administradas totalmente por civiles lo que permitiría que el proyecto
planteado se lleve a cabo sin ningún problema debido a la innovación que
propone.
1.1.2. FASE II: DETERMINACION DE LOS PARAMETROS Y
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Seguidamente, terminado el análisis, y ya conocida la situación actual en
cuanto a Sistemas de Posicionamiento de la Aeronáutica Civil Venezolana,
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se procedió a realizar la fase dos (2), en la cual se determinan los
parámetros y requerimientos del sistema cumpliendo con el segundo objetivo
específico donde se determinan los requerimientos técnicos para el sistema
de posicionamiento distribuido que se plantea.
Para lograr este objetivo, se recopiló información obtenida a través de la
realización de entrevistas a los operadores del centro de control de tráfico
aéreo del Aeropuerto Internacional “La Chinita”, a un directivo del Instituto
Nacional de Aeronáutica Civil Venezolana, y a un piloto perteneciente a una
aerolínea comercial de la región, utilizando como recurso el cuestionario. Así
mismo se obtuvo información de fuentes escritas tomando como recurso la
revisión de documentos electrónicos.
Antes de ahondar en el tema hay que tener contemplado que las
transmisiones que existirán en este sistema deben ser de tipo digital por lo
tanto los datos se enviaran con un formato de mensaje que debe ser
definido, para que los dispositivos receptores puedan decodificar la trama y
extraer de ella la información necesaria para realizar sus cálculos.
Por lo tanto, primeramente se procedió a la revisión de la regulación
aeronáutica Venezolana 271 contenida en la gaceta Nº 5897 (ver anexo B),
donde se verifico la existencia de un canal reservado mundialmente para
comunicaciones de enlaces digitales en VHF con un rango de frecuencia
entre 136 Mhz – 136,975 Mhz, por tal motivo en esta investigación se eligió
para comunicación de datos aire -aire la frecuencia 136,0125Mhz, como
frecuencia de envió de datos aire-tierra 136,1125Mhz y frecuencia para
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comunicación de datos tierra -aire 136,5375Mhz, la selección de estas
frecuencias fue determinada por la disponibilidad del canal que se evidencia
en la tabla número 5 del documento mencionado anteriormente. De igual
manera en el mismo documento se condiciona a que el ancho de banda para
los canales de estas frecuencias es de 25Khz.
De acuerdo con lo anteriormente mencionado para el diseño del sistema
de posicionamiento distribuido basado en GPS es necesario enlaces digitales
aeroterrestres, para facilitar transferencia de datos, suministrar servicios de
radiodifusión, proporcionar comunicaciones aire-aire sin apoyo terrestre y a
su vez comunicaciones aeroterrestres para apoyar las operaciones. El
sistema de posicionamiento distribuido basado en GPS, establecerá y
mantendrá un trayecto de comunicaciones fiable entre la aeronave y el
sistema terrestre, permitiendo al mismo tiempo la intervención manual, pero
sin exigirla.
En el mismo orden de ideas, para las comunicaciones aeroterrestres del
sistema, se propone que la distancia de los enlaces aire-tierra y tierra-aire
sean de 200kms. Para lograr el objetivo de comunicación entre estaciones
bases y aeronaves es necesario que en cada una de estos esté instalado un
equipo que se encargue de recibir la información enviada por cada aeronave,
de procesarla y almacenarla por un largo tiempo para tener soporte de lo
ocurrido en la trayectoria de las aeronaves de un lugar a otro, de procesar la
posición derivada del radar de las aeronaves que no posean el sistema de
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posicionamiento distribuido basado en GPS, para enviarla a los aviones que
si lo posean y que estén en el mismo espacio aéreo y con el fin de disminuir
considerablemente el riesgo de colisión y de autonomía en la toma de
decisiones.
De acuerdo con lo anterior el equipo previamente mencionado, debe estar
compuesto de una unidad central de procesamiento (CPU) que ejecute un
software capaz de procesar los datos de posición provenientes de otras
aeronaves, de controlar y comunicarse con los otros elementos de hardware.
También debe tener dispositivos de almacenamiento donde se recopile la
información mientras se procesa y donde se mantengan registros
prolongados de trayectorias de vuelo de los aviones con fines de permitir
posteriores auditorias, investigaciones, entre otros.
También es necesario que el aparato posea dispositivos de entrada y salida
de datos para que el usuario pueda interactuar con el sistema y configurarlo.
Igualmente se requiere que este módulo en tierra se integre con los actuales
sistemas de localización por radares y control de tráfico aéreo para facilitar
su implementación e integración con las actuales tecnologías y
procedimientos.
Toda las estaciones en tierra deberán estar interconectadas entre sí por una
red diferente a la del sistema planteado, de manera que en todos los
aeropuertos del país se cuente con la misma información de las aeronaves
en el espacio aéreo que reportan su posición por medio de este
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sistematambién deben tener dos transceptores VHF conectados al
procesador, que reciban y transmitan radio frecuencias en la banda de
136Mhz a 137Mhz, encargándose de modular los bits de datos preparados
por el procesador utilizando para ello una modulación digital que sea
eficiente y efectiva en este ambiente peculiar con grandes velocidades de
movimiento de los aviones en el aire, condiciones climáticas variadas y
cambiantes, y pocas interferencias por reflexiones y obstáculos.
Por tal motivo se hizo una revisión de fuentes electrónicas con relación a
los transceptores comerciales que cumplan con los requerimientos antes
mencionados (ver anexo C), obteniendo como resultados las siguientes
especificaciones:
Cuadro 3 Especificaciones de los transceptores comerciales.
Transceptor KYL -600H YS-320D Frecuencia Portadora VHF - UHF VHF – UHF
Ancho de banda 12.5 o 25 kHz 12.5 o 25 kHz
Velocidad de datos 1200/2400bps 1200/2400/4800bps
Modulación FSK/MSK FSK/MSK Potencia de transmisión
5W 5W
Sensibilidad del receptor =-119dBm -119dBm
SINAD 12dB 12dB Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
A su vez cada transceptor debe estar conectado a una antena que pueda
irradiar las señales digitales en la frecuencia requerida, y que tenga una
ganancia que permita que se establezca el enlace digital tanto a cortas como
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largas distancias entre aviones y tierra. Por tal razón se procedió a realizar la
investigación de las especificaciones de antenas comerciales para
estaciones bases (ver anexo C) y se obtuvieron los siguientes resultados:
Cuadro 4 Especificaciones de antenas comerciales para estaciones base
Antena BC-100 D Original
BC-100 S Original
ASP(3ABCDEF)-682
ASP-634
Frecuencia Portadora 134-174MHz 115- 150Mhz 131-144Mhz 130-174Mhz
Ganancia 4,5dB 4,5dB 4,5dB 1dB Impedancia 50? 50?
Potencia máxima de transmisión
200W 200W 350W 1000W
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
Del mismo modo se requiere de un dispositivo en la aeronave el cual se
encargue de transmitir su información de posicionamiento adquirida por GPS
(altitud, latitud, longitud) y de recibir la información transmitida por otros
dispositivos en otras aeronaves, incluyendo las estaciones ubicadas en
tierra.
Por tal motivo el equipo instalado en las aeronaves debe estar comprendido
de un CPU, donde de igual manera que en el equipo instalado en tierra, se
ejecute un software diseñado para esta parte del sistema que procese la
información de posicionamiento recibida de otros dispositivos y prepare la
información de posicionamiento que este mismo trasmitirá, de un receptor
GPS conectado a su vez a su antena receptora de GPS, tres transceptores
VHF, dos para los enlaces aire-tierra-aire y otro para los enlaces aire-aire,
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que reciban y transmitan radio frecuencias en la banda de 136Mhz a
137Mhz, con las mismas características de los transceptores de las
estaciones bases antes descritos. Tanto el equipo en tierra como en las
aeronaves tendrá el nombre de Transceptor de Posición, nombre dado por
los autores debido a que la principal función de este será de transmitir y
recibir información de posicionamiento.
Estos transceptores deben estar conectados a antenas que puedan irradiar
las señales digitales tanto a los otros aviones como a las estaciones base, y
que tengan las ganancias adecuadas para que se puedan establecer los
enlaces a la distancia requerida. Por lo tanto se correspondió a realizar una
búsqueda por medio digitales de las antenas comerciales usadas para
aviones que transmitan y reciban frecuencias VHF (ver anexo C) y estos
fueron los resultados:
Cuadro 5 Especificaciones de antenas comerciales para aeronave
Antena CI 2480-301 VHF/GPS/Orbcomm
CI 2480-200 VHF/ GPS
Combination
CI 2480-101 VHF/ GPS
Combination Frecuencia Portadora 118-137 MHz 118-137 MHz 118-150 MHz
Ganancia 17dB 26,5dB 17dB Impedancia 50? 50? 50?
Potencia máxima de
transmisión 50 W 50W 50W
Polarización Vertical Vertical Vertical Patrón de Radiación Omnidireccional Omnidireccional Omnidireccional
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
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En otro orden de ideas, se debe tener presente que la velocidad promedio de
una aeronave comercial oscila entre 800km/h y 950km/h, tomando en cuenta
la mayor velocidad en la que se desplazan las aeronaves, la distancia que
deben alcanzar los enlaces aire-aire para detectar una aeronave próxima a
otra es de 50nmi que equivale a 92,6km, para asegurar que en el peor de los
casos las aeronaves tengan un tiempo aproximado de 3 minutos, pudiendo
así realizar maniobras necesarias teniendo en cuenta la proximidad de
aeronaves circundantes.
A su vez, un requerimiento indispensable del sistema es que sea confiable,
por lo tanto con los resultados obtenidos, en las investigaciones de equipos
comerciales reflejados en los cuadros 3, 4 y 5, a continuación se muestra en
el cuadro 5 los valores que se tomaron como referencia para realizar los
cálculos necesarios para comprobar el funcionamiento del sistema:
Cuadro 6 Parámetros seleccionados para realizar los cálculos
Potencia de transmisión
Sensibilidad de recepción
Ganancia de las antenas
en las aeronaves
Ganancia de las antenas
en las estaciones
base 5W -119dB 26,5dB 1dB
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
A través de los cálculos de balance de potencia se dedujo a través de la
fórmula:
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Que la ganancia del sistema será de 155,9897dB, por lo tanto este valor se
aplicara en todos los cálculos posteriormente realizados. Para determinar la
confiabilidad de los enlaces es necesario conocer la pérdida por trayectoria
(Lp), a través de la siguiente fórmula:
La cual arrojo que para los enlaces aire – aire la perdida por trayectoria será
de 69,17698dB para los enlaces aire – tierra será de 121,0986dB y para los
enlaces tierra aire será de 121,1256dB. Con estos resultados se procedió al
cálculo de la confiabilidad de cada uno de los enlaces del sistema teniendo
en cuenta que en los enlaces aire – aire el terreno de transmisión es sobre el
agua y muy parejo y el área es muy seca, para los enlaces aire – tierra – aire,
el terreno de transmisión y el área será normal. Los resultados se obtuvieron
a través de las siguientes ecuaciones:
Donde la confiabilidad (R) del sistema para los enlaces aire – aire será de
despreciando las perdidas por acoplamiento y por
alimentadores, para los enlaces aire - tierra será de y
para los enlaces tierra aire de despreciando en los
últimos dos las perdidas por acoplamiento.
Luego de realizados los cálculos correspondientes y proceder a la
simulación de los enlaces con el software Radio Mobile a través de los
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resultados obtenidos, fue necesario realizar ajustes en dichos parámetros
para que el sistema se adaptara a las necesidades de distancias de enlaces
que requiere el sistema (ver anexo E). De igual manera una vez conocidos
los nuevos parámetros, se procedió a simular de nuevo los enlaces con el
software Radio Mobile (ver anexo E), obteniendo resultados favorables con
respecto a los requerimientos del sistema. Los ajustes antes mencionados se
evidencian en el cuadro número 7.
Cuadro 7 Parámetros ajustados para realizar los cálculos
Potencia de transmisión
Sensibilidad de recepción
Ganancia de las antenas
en las aeronaves
Ganancia de las antenas
en las estaciones
base 1mW -119dB 1dB 1dB
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
De igual manera es necesario que la radiación de las antenas cubran un
espacio geográfico determinado, que será la distancia a la que estarán
ubicadas una estación base de la otra , para saber cuál será la longitud entre
estaciones hay que tomar en cuenta que la distancia de los enlaces aire –
tierra – aire será de 200km, que la altura a la que vuelan los aviones en
Venezuela es máximo 41000’, que el radio de la tierra es 637100 km, que las
antenas comerciales antes mencionadas tienen por fabricación un ángulo de
inclinación de 40°, que sus patrones de radiación son omnidireccionales y
sus polarizaciones son verticales. Tomando en cuenta estos parámetros la
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representación gráfica de lo antes mencionado debe ser como lo muestra la
figura 13.
Figura 13. Calculo de cobertura visual de la antena en la aeronave
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar y Sánchez (2012)
Donde RT es el radio de la tierra, HT es el la sumatoria del radio de la tierra
más la distancia a la que vuelan los aviones sobre tierra, D es la distancia del
enlace, a será el ángulo de radiación de la antena que debe ser direccionado
por una superficie reflectora instalada en el avión de tal forma que cierre el
ángulo de apertura de la antena al ángulo deseado (a) , ? es el ángulo
formado entre el RT y la HT y ß es el ángulo formado entre el RT y D.
Conociendo estos lados se procedió a aplicar la ley del coseno:
(5)
A B
73
Donde ß= 92,7°, obtenido este resultado se procedió a aplicar ley del seno y
a través de la siguiente ecuación:
(6)
Donde ?= 1,8°, este valor se transforma a radianes y se multiplica por el
radio de la tierra para obtener que L1= 200,151kms, seguidamente se realizó
sumatoria de ángulos del triángulo ABC y el ángulo a dio como resultado
Figura 14. Distribución angular de cobertura de la antena en la aeronave
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar y Sánchez. 2012
Como se muestra en la figura 14 después de la línea perpendicular con la
tierra existe un ángulo de 3° que forma un triángulo rectángulo en el cual
teniendo la altura a la que vuelan los aviones sobre la tierra y el ángulo
indicado anteriormente se deduce que la L2 es igual 12,514kms, con lo que
se logra una longitud de cobertura total por antena en la aeronave de
212,665kms.
Luego, teniendo en cuenta la distancia de 200 km que se propone para los
enlaces aire tierra y la velocidad de la luz en el vacío de 299792458 m/s, un
cálculo del tiempo que tardaría la onda electromagnética transmitida en
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alcanzar los 200 km, con la formula , donde es el tiempo de
retardo, la distancia en metros y la velocidad de la luz en metros sobre
segundos; dio como resultado un tiempo de 667,128micro segundos, el cual
se debe tener en cuenta al momento del diseño del protocolo de
comunicaciones.
En último lugar teniendo en cuenta que en el sistema se utilizara el mismo
canal de frecuencias para transmitir y recibir en todos los dispositivos, las
comunicaciones serán de tipo half-duplex, en la que todos ellos pueden
transmitir pero sólo uno puede hacerlo a la vez. Es por esto que se requiere
utilizar un método de acceso al medio que coordine las transmisiones de
cada uno de los dispositivos para evitar o disminuir las colisiones entre las
señales transmitidas. El mismo debe ser de tipo auto organizado por la falta
de una entidad que pueda coordinar las transmisiones de los aviones en todo
momento.
1.1.3. FASE III: SELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS Y ALTERNATIVAS
ACTUALES
Para la selección de estándares, tecnologías, topologías, hardware y
software del sistema de posicionamiento distribuido para la aeronáutica civil
venezolana se emplearon tecnologías ya desarrolladas y comprobadas, pero
combinándolas de tal forma de poder tomar lo mejor de ellas, de igual
manera para que la propuesta sea factible, se eligieron las topologías,
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hardware y software capaces de soportar estas tecnologías y maximizar su
desempeño.
Para poder seleccionar las tecnologías adecuadas que mejor se adaptan a
los requerimientos planteados del presente sistema, primeramente en la fase
2 se realizaron varios cálculos técnicos de telecomunicaciones para así
determinar los parámetros técnicos que se deben cumplir y buscar en los
equipos y tecnologías, conociendo los requerimientos y limitaciones ya
establecido.
Algunos de estos cálculos fueron: balance de potencia de los enlaces para
determinar las ganancias, perdidas y potencias necesarias, conociendo la
distancia, cálculos de coberturas visuales, conociendo los ángulos y patrones
de radiación de las antenas seleccionadas que cumplen con los
requerimientos de irradiar en las frecuencias disponibles y de estar
diseñadas para aviones, retardos por distancia y otros cálculos. Para la
transmisión de datos aire-aire y aire-tierra es necesario seleccionar dos tipos
de antenas, las que irán instaladas en la aeronave, diseñadas especialmente
para tal fin y las antenas que estarán en las estaciones base.
Luego de revisar las hojas de especificaciones técnicas de antenas de
diferentes marcas, especiales para aviones, se determinó que todas las
antenas de las diferentes marcas tienen las mismas características técnicas,
es decir están estandarizadas, por lo que se seleccionaron las antenas con
las mejores prestaciones para la frecuencia ya preestablecidas de 136Mhz
76
137Mhz. Las hojas de especificaciones se encuentran en los anexos de este
documento. Se recomienda que las antenas instaladas en las aeronaves
tengan una ganancia mayor a 26dbm y que la ganancia de las antenas de
ubicadas en las estaciones bases sea mayor a 1dB, que todas tengan un
patrón de radiación omnidireccional y una polarización vertical.Se seleccionó,
para las conexiones de las antenas con los transceptores, cable coaxial de
5,4dB de perdida por cada 100m debido a las bajas perdidas que ofrece, así
como conectores coaxiales de baja perdida para que no se pierda la señal en
los cables y conectores.
Del mismo modo el uso de un receptor GPS en el equipo en aire es
indispensable, ya que el mismo procesara la información recibida por los
satélites GNSS y proporcionara los datos de altitud, longitud y latitud que en
conjunto con otra información necesaria será transmitida a las aeronaves y
estaciones bases, y es la base del presente sistema.
A su vez es necesario el receptor GPS, ya que a través de este todos
dispositivos en las aeronaves y en tierra estarán sincronizados a la misma
hora precisa UTC, con lo que se podrán controlar las trasmisiones y
recepciones con un algoritmo de acceso al medio basado en tiempo, para
dicha investigación se utilizara el STDMA debido a la falta de un dispositivo
que coordine las transmisiones entre las aeronaves y dispositivos en tierra,
porque es un método eficiente en la organización de las transmisiones y
recepciones de los dispositivos, garantizando la utilización de todo el canal y
evitando las colisiones de mensajes cuando el medio no está sobrecargado.
77
A través de la revisión documental de las hojas de especificaciones de
muchos receptores GPS de diferentes marcas, se observó que todos poseen
una interfaz de comunicaciones EIA RS-232-C para trasmitir datos, además
de otro tipo de interfaces seriales como EIA RS-422 y TTL/CMOS, por lo que
se selecciona esta tecnología para la comunicación entre el receptor GPS y
el CPU por ser la más común, fácil de implementar y efectiva a la vez. El EIA
RS-232-C provee una interfaz serial de comunicaciones de hasta15 metros y
velocidades de no más de 20 kbps con valores de voltajes desde -15V a
+15V. Similarmente se observó que a través de esta interfaz EIA RS-232-C
los datos se entregan en formato del estándar NMEA 0183, el cual brinda
una interfaz eléctrica y un protocolo de comunicaciones basado en ASCII
para la comunicación entre dispositivos de marina como receptores GPS y
Computadores.
A través de ese protocolo de comunicaciones, un computador puede enviar
una solicitud al receptor GPS para que este luego responda con una de las
varias sentencias de información como datos de almanaque GPS (ALM),
datos de corrección de sistema de posicionamiento global. Datos relativos a
tiempo, posición y corrección para un receptor GPS (GGA), posición
geográfica, Loran-C (GLC) posición geográfica – Latitud/Longitud (GLL),
entre otros. Para efectos de este sistema se seleccionó la sentencia tipo
GGA debido a que provee los datos necesarios de Latitud, Longitud, Altitud y
Tiempo. Todas las sentencias deben empezar con el carácter dólar ($) y
terminar con <CR><LF> (Inicio de línea y nueva línea respectivamente).
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Según el estándar NMEA 0183, la sentencia de solicitud que debe enviar el
CPU para adquirir la sentencia de GGA debe ser la siguiente:
• $CCGPQ,GGA<CR><LF>
Donde el dispositivo "CC" (computador) está solicitando del dispositivo "GP"
(una unidad GPS) la sentencia "GGA”. El receptor GPS luego transmitir la
sentencia GGA una vez por segundo hasta que una nueva sentencia de
solicitud le sea enviada. La sentencia GGA que se recibirá se muestra en la
siguiente figura:
Figura 15 Sentencia GGA Fuente: Betke (2001)
Luego se seleccionaron los formatos de trama del Protocolo Ethernet II y del
Protocolo HDLC por su versatilidad y funcionabilidad bien probada hasta
ahora, que sirvieran como referencia para el diseño del formato de mensaje
del presente sistema. Otros estándares seleccionados fueron TCP/IP y
79
IPSEC para la intercomunicación de los aeropuertos debido a la ubiquidad
que ofrece el TCP/IP y a la seguridad del IPSEC. De esta manera los
dispositivos del sistema en tierra deberían contar con una interfaz de red
Ethernet e implementar estos tres protocolos en el software para lograr su
interconexión.
Por otro lado, se buscaron transceptores que trabajen en la banda de
frecuencia 136Mhz y se seleccionaron los que poseían mejores prestaciones
y características. Algunas de estas fueron, que manejen una sensibilidad de
recepción menor o igual a -119dbm y una potencia de transmisión mayor o
igual a 5W, a su vez este radio modulara y desmodulará las señales digitales
en MSK debido a que este esquema de modulación es sencillo de
desmodular y sincronizar y porque todos los transceptores investigados
implementan esta modulación. El mismo se conectara mediante un puerto
serial EIA RS-232-C al CPU.
Con respecto a la interacción del usuario con el sistema, este debe contar
con un dispositivo de entrada de datos con una interfaz de comunicación
USB y un dispositivo de visualización de los datos que procesara el software
que posea una interfaz de comunicación VGA.
La topología de red usada será del tipo bus ya que todos los dispositivos de
la red estarán transmitiendo y recibiendo datos por el mismo medio, por lo
cual tendrán que tomar turnos para transmitir y evitar las colisiones de datos.
80
1.1.4. FASE IV: DISEÑO DEL SISTEMA Con el fin de lograr el cuarto objetivo específico, diseñar el sistema de
posicionamiento para aeronáutica civil venezolana, orientado en la cuarta
fase de la metodología, diseño del sistema, se procedió al diseño de varios
diagramas en los cuales se explica el funcionamiento del sistema. La
siguiente imagen muestra la arquitectura general del sistema en donde se
visualizan los elementos del mismo, las comunicaciones entre sus
elementos, se describen las comunicaciones entre el tráfico aéreo, satélites
que forman parte del sistema de posicionamiento global y una estación de
control de tráfico aéreo.
Figura 16. Arquitectura general del sistema.
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
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Como se muestra en la figura anterior, el sistema cuenta con varias vías de
comunicación entre aviones y entre estaciones de control de tráfico aéreo.
Los tres aviones están en vuelo dentro de un espacio aéreo en particular.
Los aviones de la izquierda (aviones 1 y 2) incluyen un receptor GPS
conectado a una antena GPS y un transceptor de posición VHF operativo
conectado un arreglo de antenas para comunicarse directamente con otros
aviones. Además poseen otro transceptor de iguales características
conectado a otro arreglo de antenas para comunicarse con estaciones de
control de tráfico aéreo (CTA) en tierra. El avión de la derecha (avión 3) no
tiene ni receptor GPS ni transceptor de posición operativo.
A los aviones de la izquierda los monitorean al menos cuarto (4) satélites
GPS, lo que les permite determinar su posición en X y Y así como su
elevación Z (longitud, latitud y altitud). Cada uno de estos aviones transmite a
los otros aviones y estaciones CTA, a intervalos periódicos, la información de
ubicación determinada por el receptor GPS. Así, cada avión de la izquierda y
la estación de control CTA están al tanto de la posición y rumbo de cada
avión y se pueden computar esferas de seguridad o de riesgo alrededor de
estos aviones para evitar colisiones.
Como se mencionó en la fase dos (2), la transmisión entre los aviones se
hacer a través de radio frecuencias en la frecuencia portadora de
136,0125MHz con un ancho de banda de 25KHz. Las transmisiones desde
aviones a las estaciones se hacen en la frecuencia de 136,1125Mhz y desde
82
las estaciones base hacia los aviones en la frecuencia de 136,5375MHz con
los mismos anchos de banda de 25KHz. Estas señales se modulan en fase
utilizando el esquema de modulación MSK, con un índice de modulación de
0.5, a una velocidad de bits de 4800 bits/segundos. La distancia máxima a la
que se deben establecer los enlaces es de 92,6Km entre aviones y de
200Km entre aviones y estaciones base. Debido a que el medio es
compartido, los transmisores toman turnos de tiempo para transmitir
utilizando STDMA.
Normalmente, un radar de CTA también proveerá información sobre el
azimut y la distancia del avión a la estación de radar. Sin embargo la
estación ATC obtiene información de elevación desde los transponders a
bordo de los aviones la cual no es precisa. Los aviones están equipados con
estos transponders los cuales proveerán al CTA con información de
elevación de manera que la posición de estos aviones pueda ser
completamente determinada.
El avión 3 no está equipado ni con un receptor GPS ni con la habilidad de
transmitir su información de posición. Así que ninguno de los aviones en las
cercanías de ese avión, están al tanto de su existencia. No obstante, la
estación de control de CTA dos (2) tiene al avión de la derecha en su radar y
conoce la información de azimut y de distancia de ese avión. Por lo tanto la
estación de control es capaz de transmitir a todos los aviones, al menos la
información X y Y sobre la posición del avión 3. Igualmente, la estación dos
83
(2) puede transmitir la información de posición de este avión a otras
estaciones de CTA a través de los protocolos TCP/IP y IPSEC, sin embargo
el formato de mensaje de esta comunicación así como su protocolo y
características no serán descritas en este documento.
Hay que tener en cuenta que la elevación del avión de la derecha no será
conocida con exactitud por ninguno de los aviones, de esta manera, para
propósitos de alertas, un cilindro de riesgo es construido en software y
mostrado en la pantalla, sobre la ubicación X y Y del avión de la derecha
para que se pueda generar información sobre potenciales colisiones y dar las
alertas apropiadas. La información de posición que se transmite por este
sistema se explica más adelante en la descripción del formato de mensaje de
posición.
Luego que se analizó el comportamiento de las comunicaciones del sistema
mostrado en el diagrama anterior, se procedió a diseñar un esquema físico
del dispositivo transceptor de posición que deberían llevar los aviones del
sistema de posicionamiento distribuido basado en GPS, para poder transmitir
y recibir información sobre la ubicación de las aeronaves que están a su
alrededor y a las estaciones CTA. A continuación se presenta el esquema
mencionado y posteriormente se describen cada una de sus partes y
funciones:
84
Figura 17. Esquema físico del transceptor de posición del avión.
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
Cada transceptor incluye una Unidad Central de Procesamiento (CPU). La
CPU está conectada a dispositivos de memoria RAM y memoria FLASH. La
memoria FLASH almacenará el componente de software y sistema operativo
(SO) que controlará el hardware. Datos e información recibida o generada
por el CPU será almacenada en la memoria RAM.
La CPU también esta operativamente conectada a un dispositivo de entrada
el cual podría ser un teclado, arreglo de botones, un discador, pantalla táctil o
prácticamente cualquier otro módulo, el cual facilitaría a la tripulación del
avión la entrada de datos al dispositivo para controlar la visualización y hacer
configuraciones. De igual manera, la CPU también debe estar conectada a
una interfaz de pantalla, u otro aparato que permita la visualización de datos.
85
El transceptor permite comunicaciones de transmisión y recepción entre los
aviones y la estación del CTA. Cada avión tendrá tres (3) transceptores, uno
para comunicaciones aire-aire y uno para cada vía de comunicación entre
aire y tierra. Los transceptores están conectados al CPU mediante una
interfaz EIA RS-232-C y a las antenas mediante el cable coaxial y los
conectores descritos en la fase anterior, es importante tomar en cuenta que
según los cálculos realizados en la fase dos (2) del sistema, la cobertura de
la antena (que comunica la aeronave con la estación base cercana), sobre la
longitud de la tierra es de 200km aproximadamente por lo cual se
recomienda instalar dos antenas (en posiciones opuestas), a los
transceptores destinados para comunicaciones aire – tierra – aire para que
se logre una mayor cobertura tal como se muestra en la figura 18.
Figura 18. Longitud de cobertura
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
Seguidamente se procedió ubicar las estaciones bases en los aeropuertos
del país de manera estratégica para que el las aeronaves que sobrevuelen
suelo venezolano estén ubicadas en todo momento, esta distribución se basó
86
en las distancias a la que se encuentran un aeropuertos uno del otro y dicha
distancia se conoció a través del software Google Earth, ver anexo D. A
través de esta revisión se concluyó que es necesario la instalación de 9
estaciones bases distribuidas en el territorio nacional como se evidencia en
el siguiente cuadro :
Cuadro 8 Distribución de estaciones base en el territorio nacional
Región Aeropuerto
Occidental Aeropuerto Internacional La Chinita
Aeropuerto Internacional Jacinto Lara
Central Aeropuerto Internacional Maiquetía
Oriente
Aeropuerto Internacional José A. Anzoátegui
Aeropuerto Nacional Santiago Mariño
Centro-occidental Aeropuerto Nacional José Leonardo Chirino
Llanos Aeropuerto Nacional Las Flecheras
Guayana Aeropuerto Nacional de Puerto Ayacucho
Aeropuerto Internacional Manuel Piar
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012) Asimismo, un receptor GPS esta operativamente conectado al CPU mediante
una interfaz EIA RS-232-C y a una antena GPS mediante cables coaxiales
de baja pérdida. El sistema incluye un indicador de alarma igualmente está
conectado al CPU. El indicador de alarma puede ser un indicador de audio,
visual o audio/visual. Este puede incluir un zumbador, una sirena, fuente de
luz y/u otra forma de indicador de alarma visual. En una versión más
87
sofisticada del sistema de posicionamiento distribuido basado en GPS, el
indicador de alarma podría ser un sintetizador de voz, el cual sería manejado
por la CPU y por algoritmos de sintetización de voz almacenados en la
memoria.
El dispositivo transceptor de posición y el receptor GPS podrían estar
dispuestos dentro de una misma caja aunque esto no es obligatorio. De
hecho, puede ser preferido para ciertas implementaciones usar un equipo
separado, realmente disponible en la aeronave o receptores GPS y
transceptores comercialmente disponibles.
Luego, cumpliendo con los requerimientos del Transceptor de Posición para
las estaciones base, se tomó como base el equipo para aiviones en el diseño
del Transceptor de Posición de las estaciones base, el cual cumple con las
mismas funciones que el equipo instalado en cada aeronave descrito
anteriormente en esta fase, añadiendole un Transceptor Ethernet para
conección a la red de computadoras e interconección de las estaciones base
y quitándole el Transceptor Aire-Aire y el receptor GPS con su
correspondiente antena, debido a que dicho aparato estará instalado en
puntos fijos a nivel nacional, por lo cual no es necesario el uso de un
dispositivo GPS para conocer su ubicación ni la transmisión de la misma.
Su esquema se muestra en la figura 19.
88
Figura 19. Esquema físico del transceptor de posición en tierra. Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
Luego se procedió al diseño del formato del mensaje de informacion de
posicion la cual sera empleada en este sistema y se muestra en la siguiente
figura. Teniendo en cuenta que el receptor GPS provee la longitud, latitud,
altitud y tiempo en el que la información de pocisión fue determinada, el
software del sistema debe estar adecuado para que al momento de recibir
una segunda data de posicionamiento de un avión específico, realice los
calculos convenientes con los parametros ofrecido por los receptores GPS en
los diferentes momentos, de esta manera el sistema sabra la dirección del
avión, es decir, si el avión esta ascendiendo o decendiendo, si se direje al
norte, sur, este u oeste, la velocidad con la que se mueve la aeronave así
como una predicción de su futura posición.
89
En una situacion de alto trafico, las colisiones de mensajes pueden ocurrir en
un corto tiempo, ocacionando una diferencia entre el momento en que se
determino la posicion del avion y el momento en que esta fue transmitida a
otro avion, de manera que potencialmente se provea informacion
desactualizada.
Sin embargo, al incluir la informacion de tiempo en el mensaje, otras
estaciones no seran engañadas. Este formato de mensaje esta basado en
los formatos de trama de los protocolos Ethernet II y High Level Data Link
Control Protocol (HDLC), de donde se tomaron los campos de Preámbulo y
Bandera de inicio, Dirección, Frame Check Secuence (FCS) y Bandera de
Fin respectivamente. Adicionamente a estos campos tomados, el mensaje
incluye la Información de Posición que está formada por los campos de
Latitud, Longitud, Altitud, Tiempo y control. En el cuadro se muestran cada
uno de los campos con sus respectivas cantidad de bits.
Cuadro 9 Formato de del mensaje de posicionamiento
Preámbulo Bandera de Inicio
Información de Posición
FCS Bandera de Fin
Tiempo de
Guarda Dirección Latitud Longitud Altitud Tiempo Control
Reservar ACK
16 8 24 21 25 14 24 11 1 32 8 4
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
El primer campo del mensaje (Preámbulo) consisten en una secuencia de 16
ceros y unos alternados (01010101…), comenzando con 0, con el fin de que
los receptores del mensaje fácilmente sepan que están por recibir un nuevo
90
mensaje de posición y de que los relojes locales de los demoduladores se
puedan sincronizar a la frecuencia de bits que se está recibiendo. El campo
siguiente (Bandera de inicio) es una secuencia de ocho (8) unos (11111111)
diseñados para romper con la secuencia del preámbulo y avisar al receptor
que ya vienen la carga útil del mensaje. Así mismo el penúltimo campo de
Bandera de Fin es una secuencia de ocho (8) unos (11111111) que indica el
fin del mensaje para que el receptor se prepare para recibir un nuevo
mensaje o transmitir el suyo según sea el caso. Luego sigue el campo de
dirección de veinticuatro bits (24) el cual no es más que el identificador de la
aeronave.
Este identificador debe ser un número único a nivel mundial y debe ser
tomado de la dirección de 24 bits de la OACI. Los campos de Latitud,
Longitud, Altitud y Tiempo son adquiridos del receptor GPS en formato
NMEA 0183 tipo GGA y son incluidos en el mensaje en forma de bits.
Seguidamente, el campo Control que incluye los campos de Reservar y de
Acuse de Recibo (ACK por sus siglas en inglés). El campo de Reservar se
utiliza para reservar el siguiente Intervalo de Tiempo a ser utilizado por la
aeronave para transmitir su posición y deberá contener el número de índice
del siguiente intervalo a utilizar.
El campo de ACK sirve informar sobre la correcta o errónea recepción del
último mensaje, por lo que deberá ponerse a uno (1) si el último mensaje fue
recibido correctamente o a cero (0) si se recibió erradamente. En el caso de
que no se reciba ningún mensaje, es decir, cuando no hallan más aviones en
área de cobertura de un equipo, se debe establecer el ACK en cero (0).
91
Luego sigue el campo de FCS que sirve para que los receptores determinen
si la trama se ha recibido correctamente, es decir, que no ha sufrido daños o
deterioros en la transmisión. Este campo añade un polinomio de 32 bits de
verificación por redundancia cíclica (CRC por sus siglas en inglés) para
calcular la suma de control definida en la Norma ISO/CEI 3309: 1993. Los
bits de CRC deben ser uno (1) al comienzo del cálculo del CRC. Sólo la
porción de datos debe incluirse en el cálculo del CRC. Cuando un avión se
aleja demasiado, el nivel de señal de sus transmisiones de mensajes caerá
hasta que el ruido corrompe al paquete.
A ese tiempo, la información de FCS ocasionara la detección del paquete
corrupto y se descartará el mismo. Eventualmente, la lejanía será tanta que
la transmisión no será detectada del todo. Por último se consideró el retraso
en la llegada de la onda electromagnética desde el transmisor hasta el
receptor, cuando estos están separados por una larga distancia. Entonces se
deja un espacio de Tiempo de guarda de 4 bits o 0,833’ mili segundos, para
que los receptores que están entre 200 y 250 Km puedan recibir el mensaje
dentro de su espacio de tiempo correcto.
Como se mencionó en la fase anterior, el método de acceso al medio
seleccionado fue el STDMA con referencia al tiempo común UTC derivado
del receptor GPS. El sistema utilizará el concepto de trama, la cual
equivaldrá a un minuto y se dividirá en 1500intervalos iguales de tiempo. El
inicio de cada trama será al comienzo de cada minuto, es decir, cuando los
segundos y milisegundos sean igual a cero. Igualmente el final de cada
92
trama será al final de cada minuto UTC. Esta es una de las razones por la
que es requisito indispensable contar con el tiempo UTC ya que las
transmisiones y recepciones dependen del tiempo. Cada intervalo de tiempo
se identifica por un índice del 0 al 1499, donde el 0 es el inicio de la trama.
Un ejemplo de la trama de tiempo se ilustra en el siguiente cuadro.
Cuadro 10 Trama de tiempo STDMA
Trama STDMA Intervalos de
Tiempo 0 1 2 3 … 1499
Tiempo UTC
Inicio 15:33:00.00 15:33:00.04 15:33:00.08 15:33:00.12 … 15:33:59.96
Fin 15:33:00.04 15:33:00.08 15:33:00.12 15:33:00.16 … 15:34:00.000
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
El transceptor comenzará a transmitir activando la alimentación de potencia
de Radio Frecuencia al comienzo de un intervalo de tiempo, y deberá ser
desconectado una vez que el último bit del mensaje de transmisión haya
salido del transceptor. Se consideró que la respuesta del transmisor no es
inmediata, por lo que al momento de activar o desactivar la transmisión, la
amplitud o potencia de la señal de Radio Frecuencia no alcanza su valor
RMS o valor mínimo sino después de cierto tiempo, creando así una señal de
rampa ascendente y otra descendente. Para cualquier transmisor de radio
frecuencia común estos tiempos son normalmente de hasta 1 milisegundo
por lo que se toma en cuenta ese tiempo para el diseño de este sistema. El
acceso al intervalo de tiempo se ilustra en la figura 20.
93
Figura 20. Acceso al intervalo de tiempo.
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
Si se empezara a modular el preámbulo exactamente al inicio del espacio de
tiempo, al cabo de un milisegundo de estabilización (rampa ascendente) de
la potencia de la transmisión se habrían enviado 4,8 bits que podrían no ser
detectados por todos los receptores, sobre todo los más lejanos. Por el
contrario si se empezara a modular luego del milisegundo, se habrían
perdido entre 5 a 6 tiempos de bits valiosos. Es por esto que se propone que
la modulación comience en un tiempo Tts suficiente para no desperdiciar
tiempos de bits y garantizar que todos los bits serán enviados de la manera
más estable posible para que puedan ser detectados por todos los
receptores.
Por otro lado, en cuanto a la rampa descendente, es posible que para los
receptores más lejanos esta se superponga con la rampa ascendente de la
próxima transmisión, debido al retardo de propagación de las señales. Sin
embargo este hecho no debe ser perjudicial para la siguiente transmisión.
Los tiempos exactos de los eventos de la transmisión son mostrados en la
figura 21.
94
Figura 21. Tiempos de la transmisión.
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
En el siguiente cuadro se describen los eventos de la transmisión y se
especifican sus tiempos.
Cuadro 11 Descripción de los tiempos de la transmisión
T(n) Tiempo (ms) Descripción T0 0,000 Inicio del intervalo de tiempo. Activación de la
potencia de Radio Frecuencia Tts 0,833 Comienzo del preámbulo T1 1,000 Momento en que se estabiliza la potencia de RF y la
frecuencia T2 4,16533’ Inicio del mensaje de transmisión (Bandera de
inicio). Ts 5,832 Fin de la bandera de inicio, comienzo de la
información de posición T3 39,166’ Fin de la transmisión. No se aplica modulación tras
la terminación de la transmisión. T4 T3+1,000 Momento en que la potencia RF llega al valor 0 T5 40,833 Fin del intervalo de tiempo. Inicio del intervalo
siguiente Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
95
Luego de tomar en cuenta todos los tiempos involucrados en la transmisión
del mensaje, se procedió a la totalización de los bits requeridos para
transmitir cada mensaje y así poder determinar cuál sería el tiempo total
necesario para cada intervalo de tiempo. La totalización de los bits y sus
tiempos se ilustra en el siguiente cuadro.
Cuadro 12 Totalización de los números y tiempos de bits
Campo N° de bits Tiempo (ms) Descripción Rampa ascendente 4 bits 0,833’ De T0 a Tts Preámbulo 16 bits 3,333’ Para
sincronización Bandera de inicio 8 bits 1,0416’ Tomado de
HDLC Información de posición
120 bits 25 Latitud, longitud, Altitud y tiempo
FCS 32 bits 6,666’ Tomado de HDLC
Bandera de fin 8 bits 1,0416’ Tomado de HDLC
Tiempo de guarda 4 bits 0,833’ Retardo por distancia
Total 192 40,0 Todos los campos
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar, Sánchez (2012)
De este cálculo se determinó que cada mensaje tendrá una duración de 40
mili segundos, lo que equivale a 1500 mensajes de posicionamiento por
minuto o 25 mensajes por segundo.
Cada intervalo de tiempo de la trama puede estar en uno de los siguientes
estados según su disponibilidad en cada Trama:
• Candidato ©: Estado en el que el intervalo esta sin utilizar o va a ser
liberado en la próxima trama y no ha sido reservado, por lo que es candidato
para ser utilizado.
96
• Propio (P): Significa que el intervalo está siendo utilizado para la
transmisión del propio dispositivo o ha sido reservado para una futura
transmisión propia.
• Ocupado (O): El intervalo está siendo utilizado o ha sido reservado para
las transmisiones de otro dispositivo.
Antes de poder empezar a transmitir, un transceptor debe funcionar como
receptor por al menos una Trama de tiempo (un minuto), de manera que
pueda crear un mapa de la disponibilidad de cada uno de los Intervalos de
tiempo de la trama. Un ejemplo del primer mapa de la disponibilidad de los
intervalos de tiempo que se debe crear se muestra en el siguiente cuadro. En
este se muestran varios interva los con sus respectivos códigos de
disponibilidad.
Cuadro 13 Primer mapa de disponibilidad de los intervalos de tiempo
Trama STDMA N°0 Intervalo 0 1 2 3 4 5 6 … 25 26 27 28 29 30 31 … 1499 Disponibilidad O O O C C C C … C C C C C C C … C
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar y Sánchez (2012)
Luego de crear el primer mapa de disponibilidad, el dispositivo debe elegir
entre uno de los intervalos candidatos para hacer su primera transmisión de
posición. Suponiendo que se elige el intervalo número tres (3), ahora el mapa
de disponibilidad cambiara el estado de ese intervalo por Propio (P). Como
se muestra en el siguiente cuadro. Además los dispositivos que estaban
transmitiendo en los intervalos cero, uno y dos (0,1 y 2) han reservado a
través del campo del mensaje Reservar, los intervalos veinticinco, veintiséis y
97
veintisiete (25,26 y 27) respectivamente, por lo que los intervalos cero, uno y
dos (0,1 y dos) serán liberados en la próxima Trama y deben ser marcados
como Candidatos, y los intervalos veinticinco, veintiséis y veintisiete (25,26 y
27) deben ser marcados como Ocupados para la siguiente Trama.
Así se crea el segundo mapa de disponibilidad que se muestra en el
siguiente cuadro:
Cuadro 14 Segundo mapa de disponibilidad de los intervalos de tiempo
Trama STDMA N°1 Intervalo 0 1 2 3 4 5 6 … 25 26 27 28 29 30 31 … 1499 Disponibilidad C C C P C C C … O O O C C C C … C
Fuente: Camacho, Lavdas, Salazar y Sánchez (2012)
Entonces, en la siguiente trama este dispositivo transmitirá su mensaje de
posición en el intervalo numero 3 como lo seleccionó previamente. Al
momento de transmitir su mensaje de posición, deberá incluir en el campo de
Reserva el índice del siguiente intervalo a utilizar, que deberá ser como
mínimo el primer intervalo que este después de un (1) segundo de tiempo, lo
que equivale al índice del intervalo que esté desplazado veinticinco (25)
intervalos en adelante. Para efectos de cálculo sería el intervalo actual+25,
así en el ejemplo se estaría reservando el intervalo veintiocho (28). De esta
manera se debe marcar el intervalo veintiocho (28) como Propio ya que será
el próximo intervalo a utilizar para transmitir. En el caso de que el primer
intervalo después de un (1) segundo del intervalo actual ya esté reservado,
entonces se deberá reservar el siguiente intervalo Candidato que no haya
sido reservado aún.
98
De esta manera los dispositivos en las aeronaves son capaces de auto -
organizar sus transmisiones y recepciones, tomando y reservando turnos de
tiempo para evitar las colisiones de mensajes.
Puede darse el caso de que dos aeronaves que están en áreas de
coberturas diferentes, pero en rumbo de entrar en la misma área de
cobertura, vengan utilizando los mismos intervalos de tiempo, por lo que
cuando por fin están en la misma área de cobertura sus transmisiones
colisionaran ocasionando que se corrompa la información de posición
incluida en sus mensajes. Este problema se resuelve de la siguiente manera.
Los receptores de ese intervalo sabrán que el mensaje está corrupto debido
a que el orden de los bits no fue el esperado o porque al realizar el cálculo de
CRC este no coincide con el incluido en el campo de FCS. Si el mensaje esta
corrupto lo descartaran y marcaran ese intervalo de tiempo como Candidato
para la próximo trama.
Para que los dispositivos involucrados en la colisión se enteren de la misma,
el siguiente dispositivo a transmitir en próximo intervalo de tiempo al de la
colisión deberá poner a cero (0) el campo de ACK. Así los dispositivos que
ocasionaron la colisión sabrán que sus mensajes no fueron entregados
correctamente y deberán seleccionar esperar a que finalice la actual trama
para tener un mapa completo de la disponibilidad de la siguiente trama y así
poder seleccionar al azar uno de los intervalos candidatos para evitar una
nueva colisión.La descripción del software que correrán los Transceptores de
99
Posición para su funcionamiento queda fuera del alcance de este
documento, dejando la oportunidad a futuros tesistas de desarrollarlo como
futuros proyectos de tesis.
1.1.5. FASE V: EVALUACIÓN O VERIFICACIÓN DEL DISEÑO
PROPUESTO
En esta última fase se llevaron a cabo diferentes actividades para
validar el diseño y evaluar si el sistema de posicionamiento distribuido
basado en GPS es de posible implementación y aplicación para la
aeronáutica civil venezolana, analizando así: simulación de enlaces aire –
aire y aire – tierra - aire y por último la opinión de expertos en el área de
telecomunicaciones
Para comprobar que el sistema cumplirá con los requisitos propuestos y los
enlaces antes mencionados son posibles de realizar, se usó el simulador
Radio Mobile, en el cual se involucraron todas las variables expuestas en
este trabajo especial de grado como se muestra en el anexo E
Al realizar las simulaciones se tomaron los valores de los equipos
mencionados en fase 3, y se comprobó que los enlaces son posibles y que
no solo alcanzan las distancias propuestas sino más allá debido a las altas
ganancias de las antenas, las potencias de transmisión, las pocas perdidas
del sistema y la sensibilidad de los transceptores instalados tanto en
estaciones bases como aeronaves, como lo muestra el anexo E.
100
1.1.5.1. VALIDACIÓN POR EXPERTOS
Finalmente para validar el diseño se realizó una entrevista estructurada
dirigida a expertos en el área de control de tráfico aéreo y
telecomunicaciones, que se basa en un cuestionario cuyo contenido consta
de cinco ítems, con el propósito de aprobar la factibilidad del proyecto de
investigación. Los expertos ante el instrumento aplicado (ver anexo F)
manifiestan lo siguiente:
Para elítem No.1, referido a implementar un sistema de posicionamiento
distribuido basado en GPS, solucionaría el problema de falta de ubicación
de las aeronaves en algunas zonas del país donde los alcances de los
radares no pueden llegar, concluyeron que es factible solucionar la
problemática en función al problema asociado al alcance de los radares para
algunas zonas en el país. Adicional a esto, dicha tecnología basada en GPS
mejoraría la eficiencia en la aeronavegabilidad, reglas de vuelo que asuma la
aeronave, las radio ayudas aeronáuticas para la navegación aérea y
condiciones climáticas o meteorológicas.
Para elítem No. 2, relacionado al considerar beneficioso para la
aeronáutica civil venezolana migrar de los sistemas actuales basados en
radares y equipos de aproximación instalados en tierra, a el uso de un
sistema completo que permita a los pilotos realizar las maniobras necesarias
para evitar colisiones aéreas, sin necesidad de esperar la orden de un
101
controlador aéreo o de algún sistema de alerta de tráfico o evasión de
colisión, identificaron de forma negativa a migrar completamente el sistema
actual, en este sentido en fomentar el complemento de ambos sistemas, para
así compararlos en base a las funciones y versatilidades de cada uno,
respetando de igual forma los procedimientos generales emanados por la
Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), siendo Venezuela un
país el cual se rige por este ente.
Para elítem No. 3, reseñado al provecho para las aerolíneas comerciales y
propietarios particulares de aeronaves e instalación y uso del sistema de
posicionamiento distribuido basado en GPS, la cual se concluyó que ya la
mayoría de las aeronaves poseen de hace tiempo el sistema de GPS en su
cabina, por tanto el sistema planteado es más completo en relación a las
funciones adicionales, siendo provechoso para las aerolíneas así como
particulares.
Para elítem No. 4, referido a las características técnicas del sistema están
bien planteadas, se concluyó que están lo bastante claras para su
entendimiento y funcionamiento técnico.
Para elítem No 5, relacionado a la viabilidad técnica del sistema, en efecto
se obtuvo que es viable debió a las capacidades del mismo en cuanto a la
escalabilidad y prestaciones técnicas para el apoyo en cuanto a
aeronavegabilidad y sistemas de radio ayudas.
Para elítem No 6, reseñado acerca si el sistema es capaz de solventar los
problemas de los actuales sistemas en Venezuela, se concluye como si por
102
los entrevistados. Con respectoalítemNo 7,en relación a si es factible basarse
en el sistema GPS para desarrollar otros sistemas, cuya conclusión por parte
de losexpertos fue si, basado en su precisión.
Para elítem No 8, acerca de las opiniones sobre las investigaciones en el
área de telecomunicaciones, que pretendan solventar los problemas técnicos
presentados en la aeronáutica civil venezolana, se reflejó como conclusión
por parte de los entrevistados siendo necesario ahondar más en el área,
debió a que el número de vuelos y aeronaves aumenta día a día,
considerando difícil mantener las rutas y trafico controlado.
