RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
Capitulo IV
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 y de la revisión documental a diferentes documentos emitidos por la ICAO “La Chinita”, ubicado en la ciudad de Maracaibo.
1.1. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA
Para el diseño del subsistema de comunicación, se llevaran a cabo las siguientes fases:
FASE I: IDENTIFICAR Y DEFINIR EL PROBLEMA
Para lograr un punto de partida para la comparación y un punto de inicio para los esfuerzos del diseño, es imperativo estudiar el sistema existente para llegar a comprender sus bases y necesidades. Se utiliza la técnica de observación directa para recolectar datos sobre las rutas principales y de mayor tráfico tomadas por las unidades de transporte, también el estado del interior de dichas unidades, así como de las condiciones actuales de las estaciones de espera donde las aeronaves aguardan antes su despegue y en el aire.
En adición, se visitan las instalaciones de las agencias responsables por las unidades. En dicha visita se utiliza una entrevista estructurada dirigida a los encargados de mantenimiento del sistema de comunicaciones capacitados responsables en el área, con el propósito de evaluar el estado del sistema actual de monitoreo sobre las unidades de transporte aéreo.
Así mismo, se observarán las bases en el área actual, logrando un conocimiento funcional sobre la red ya instalada en las naves , lo cual da unas pistas donde se puede guiar y empezar el diseño del sistema de comunicación para el monitoreo de las estaciones bases de abordo mediante la norma UIT R M 1040.
Para llevar a cabo las entrevistas se visitaron las instalaciones del INAC y la asociación de líneas aéreas Venezolanas (ALAV) para así poder consultar con los expertos sobre los instrumentos y parámetros, que actualmente se usan en la aeronáutica civil venezolana, en este proceso investigativo se observó que los instrumentos de aproximación que se usan a nivel nacional son el ILS/DME y el VOR/DME.
Se pudo entrevistar a dos profesionales, del Departamento de Mantenimiento Aeronáutico quienes explicaron sobre el uso de radares a nivel nacional, mapas y sistemas de navegación de las aeronaves, cartas de área y sobre los materiales de los cuales los aviones están hechos, entre otros. Al exponerle el deseo de diseñar un Subsistema y pedirle su opinión el contesto: “sería muy interesante contar con estos servicios en las aeronaves en Venezuela aunque sería más viable estos servicios en vuelos largos ya que en los cortos no hay ni tiempo de abrir una laptop o hacer una llamada.
Actualmente es complicado realizar un sistema como el que ustedes plantean, pues la actualidad venezolana y las regulaciones aeronáuticas no son la propicias para este desarrollo, sin embargo en un futuro pudiera implantarse este siste ma, por ejemplo vendiendo el proyecto a una aerolínea privada ya que el costo de implementar el subsistema a nivel nacional sería muy alto para el gobierno” El segundo entrevistado fue Lionel Diana del Departamento de Radio Comunicaciones, quien explico sobre las frecuencias que usan los radio operadores para comunicarse con las aeronaves, por ejemplo la torre de control del Aeropuerto La Chinita usa una radio frecuencia
de 118,9Mhz (AM) para comunicarse con el avión y el mismo responder a una frecuencia de 121,9Mhz (AM), tiene un controlador especifico de tierra aire para comunicarse con los aviones y su rango de alcance es de 10 millas náuticas, luego el rango del APP de Maracaibo es de 40 millas náuticas.
Al plantearle la idea de nuestra tesis responde: “me parece buena la idea de prestar servicios de voz y datos en los vuelos pero hay que tener varias consideraciones si se quiere armar este subsistema, empezando por el avión que es de aluminio y totalmente cerrado, hay que instalar un repetidor en el mismo avión para que la señal tenga más potencia y así poder prestar el servicio de manera eficiente”.
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.
FASE II: PREPARAR UN PLAN DE ANÁLISIS Y DISEÑO
Con el fin de lograr el segundo objetivo específico, Determinar los criterios necesarios para el diseño del subsistema con base en la recomendación UIT- RM1040, orientado en la segunda fase de la metodología, la siguiente
imagen muestra la distribución de las antenas y accesos inalámbricos posibles para que los aviones puedan comunicarse tanto dentro de él, como con otras aeronaves en vuelo
Figura 3: Avión.
Fuente: Martínez (2007).
Las comunicaciones en las aeronaves se dan instalando una serie de antenas a lo largo del fuselaje, la antena de “glideslope” del equipo de navegación está instalada en la parte delantera junto con la antena del radar.
La antena de comunicaciones del VHF #1 está montada en la parte superior del avión y aquellas que corresponden al “localizer”, también del equipo de navegación están incorporadas en la parte superior del timón.
Las comunicaciones en los sistemas de navegación son de vital importancia ya que estas permiten transmitir información de todo tipo:
identificación de las aeronaves hacia torres de control, datos meteorológicos entre los centros ATC, información de las aerolíneas, etc.
Existen básicamente dos categorías de comunicaciones aeronáuticas:
- Comunicaciones relacionadas con la seguridad operacional. Las cuales requieren alta integridad y una respuesta rápida.
- Comunicaciones no relacionadas con la seguridad operacional como comunicaciones aeronáuticas administrativas del personal y de los organismos aeronáuticos sobre asuntos administrativos y privados; y comunicaciones aeronáuticas de los pasajeros.
Este subsistema de comunicación, permitirá simplificar la coordinación entre sectores y unidades en vuelo. El controlador enviara y recibirá toda la información necesaria más rápido, no necesitara aguardar hasta que el compañero tenga el momento libre para contestar. Los usuarios en otras aeronaves recibirán información y ambos podrán leerlas/recibirlas/enviarlas en un momento desocupado o de poco tránsito.
Para el intercambio de información entre un avión y la dependencia responsable del tránsito aéreo, se espera que las comunicaciones con las aeronaves se realicen cada vez más por transmisión de datos. Esto permitirá un enlace más directo y eficiente entre los sistemas actuales de comunicación a bordo. El subsistema ofrecerá diversas posibilidades para sati sfacer tanto las necesidades de los proveedores de servicio de tránsito aéreo como de los usuarios, desde comunicaciones básicas de datos a baja velocidad hasta comunicaciones de datos de alta velocidad y voz
De acuerdo con lo anteriormente mencionado, para el diseño del subsistema basado en la norma UIT RM 1040 es necesario enlaces digitales aeroterrestres, para facilitar transferencia de datos, suministrar servicios de radiodifusión, proporcionar comunicaciones sin apoyo terrestre y a su vez comunicaciones aeroterrestres para apoyar las operaciones. El sub -sistema de comunicación, 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 entre 15k y 40k pies.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.
Para resumir, se tendrían que tomar en cuenta otros factores importantes que permitirían que dicho sub -sistema funcione de forma correcta y no obstruya ningún tipo de comunicaciones entre el avión y las estaciones bases, ya que se tendrían que hacer una serie de modificaciones y que estas pudiesen alterar la seguridad en general, bien sea de la misma aeronave que directa e indirectamente afectaría a los pasajeros.
Dichos factores serian; el número de antenas instaladas dentro y fuera de las aeronaves, el número de pasajeros a bordo que se beneficiarían del
subsistema, mientras más equipos se instalen dentro del avión mayor será el consumo de combustible del mismo, con que frecuencias trabajaría el sub - sistema ya que tendrían que en las comunicaciones aeronáuticas se utilizan unas bandas de frecuencias específicas para la recepción y transmisión, el uso de las diferentes frecuencias utilizadas en todo el mundo están asignadas por la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones).
FASE III: COMPONENTES DE SISTEMA
Seguidamente, terminado el análisis, y ya conocida la situación actual en cuanto a los subsistemas de comunicación aire-aire, se procedió a realizar la fase tres, cumpliendo con el tercer objetivo específico donde se determinan los componentes a utilizar. Para la selección de estándares, tecnologías, hardware y software se emplearon tecnologías ya desarrolladas y comprobadas, pero combinándolas de tal forma de poder tomar lo mejor de ellas.
Antes de empezar a profundizar en el tema hay que tene r contemplado que las transmisiones presentes en este subsistema son de tipo digital, ya que las transmisiones de voz y datos deben ser enviadas en un formato ya conocido para que los dispositivos receptores puedan decodificar la trama y extraer de ella la información que les sea útil, entonces se procedió a la revisión de la regulación aeronáutica Venezolana 271 contenida en la gaceta Nº 5897, donde se verificó 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.
Los componentes utilizados para la elaboración de este subsistema serian los Access Point (AP) o punto de acceso inalámbrico. Por lo que el AP en redes es un aparato que interconecta dispositivos de comunicación alámbrica para formar una red inalámbrica.
Normalmente un AP también puede conectarse a una red cableada, y puede transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cable y los dispositivos inalámbricos. El Gatekeeper del VoIPdependiendo delas exigencias de la red específica, el supervisa la autenticación, autorización, directorio telefónicoylos servicios de PBX (PrivateBranch Exchange), así como el control de llamadasy encaminamiento.
Otras funciones puedenincluir la supervisión dela redpara equilibrar la cargaen tiempo real yaplicaciones de gestiónde red,deteccióny prevención de intrusiones, y proporcionando interfaces parasistemas heredados, la voz sobre IP convierte las señales de voz estándar en paquetes de datos comprimidos que son transportados a través de redes de datos en lugar de líneas telefónicas tradicionales. La evolución de la transmisión conmutada por circuitos a la transmisión basada en paquetes toma el tráfico de la red pública telefónica y lo coloca en redes IP bien aprovisionadas. Las señales de voz se encapsulan en paquetes IP que pueden transportarse como IP nativo o como IP por Ethernet, FrameRelay, ATM o SONET.
Las conexiones de los componentes se darán utilizando principalmente cable UTP con tecnología PoE desde los Access Point hasta el routerSwitch, pasando también por el GateKeeper del VoIP, pero hay que tener en cuenta que las conexiones salientes desde LOS AP`s hasta el router no podrán exceder de más de 60mts de longitud.
Los principales componentes del subsistema serian:
Los AP`s utilizados serian tres UniFi AP-Pro (UAP-Pro), que trabajan con velocidades de hasta 300mbps en banda de 5GHz y hasta 450mbps en banda de radio de 2.4GHz, ofrece doble banda simultánea con tecnología MIMO 2x2 y 3x3, con una cubertura de radiación de 400 pies y posee 2 puertos gigabit Ethernet.
Figura 4: Acceso inalámbrico AP-Pro (UAP-Pro).
Fuente: Ubiquiti (2012).
Unradio alimentador para el Access point, específicamente llamado ToughSwith Pro, capaz de alimentar hasta 8 dispositivos con software de tensión de 24v a 48v
Figura 5: RadioswitchToughSwitch Pro.
Fuente: Ubiquiti (2012).
Cable UTP con tecnología Poe.
Figura 6. Cable UTP.
Fuente: Memorysystem (2012).
Una central GateKeeper para VoIP modelo TenorGateKeeper que trabaja con la recomendación H.323 y soporta el estándar de compresión de voz G.729 por sus bajos requerimientos de ancho de banda y opera a una tasa de 8bits/s.
Figura 7: GateKeeper para VoIP.
Fuente: Telogic (2012).
Requerimientos UIT-RM1040:
- Banda de transmisión de la estación a bordo de la aeronave de 1800- 1805 MHz
- Canal n transmitido por la estación a bordo de la aeronave de 1800 + n/33MHz
- Alturas de funcionamiento, ya presentadas en las fases anteriores de 4.5 a 13km ( 15000 a 43000 pies en las rutas y de 0 a 4,5km en las estaciones intermedias)
- Potencia de salida de las estaciones: en ruta de -1 a 19 dBW, de -11 a 9dBW las del aeropuerto y de -69 a 11dBW las estaciones a bordo de la aeronave (ganancia de las antenas a 1dB)
- La estructura de la señal seria de 22,62 µs, la duración del bit, 208 bits para la longitud del intervalo de tiempo, 80ms para la duración de la trama,
17 intervalos para la longitud de la trama y 192 bits para el numero de bits de trafico/intervalo
- La modulación seria por desplazamiento de fase o PSK (phaseshiftkeying)
FASE IV: DISEÑAR EL SISTEMA
Con el propósito de lograr la cuarta fase de la metodología que nos habla del diseño del mismo, y lograr el cuarto objetivo específico,se describen las comunicaciones entre el tráfico aéreo, satélites que forman parte del sistema y una estación en tierra para el monitoreo de las aeronaves.
El subsistema de comunicación es implantado en un Airbus A319 de la aerolínea Lufthansa y desarrollara la función de una red inalámbrica dentro del avión, conectada por 3 accesspoint, distribuidos de tal forma:
- Uno en primera clase o clase de negocios - Dos en clase económica.
El avión soporta un total de 160 personas clasificadas en:
- 150 pasajeros (36 en clase de negocios o primera clase) y 114 personas en clase económica
- 6 aeromozas y 4 personas en la cabina de tripulación.
- El avión tiene una longitud de 34.84 ms y una envergadura de 34 ms.
Figura 8. Airbus A319.
Fuente: Lufthansa (2012).
Los tres Access point tienen un radio de conexión de hasta 400 pies, conectados hasta un radio switch, y un gatekeeper de voz ip que también está conectado al radio y este último conectado hasta el sistema de comunicación principal, que seríanlas antenas conectadas fuera del avión dirigidas a la estación en tierra.
Figura 9: Avión vista superior.
Fuente: Gómez, Romero (2012).
Figura 10: Diagrama del subsistema.
Fuente: Gómez, Romero (2012).
En la República Bolivariana de Venezuela la población para el año 2012 alcanzó un total de 28.900.000 habitantes según el INE (instituto nacional de estadística), y según comScore 514.000 personas que representan el 1.78%
de la población total, poseen un dispositivo Android o IOS, que trabajan con carga y descarga de datos, y con tecnología VoIP.En un vuelo desde la ciudad de Caracas hasta la ciudad de Sao Paulo, que dura aproximadamente 6 horas con 30minutos, abordan un total de 150 personas al avión mencionado anteriormente.
Entonces:
La carga de los usuarios al sistema depende de la probabilidad de uso.
Partiendo del 1.78 % que representa la totalidad de usuarios capaces de acceder a estos servicios en el país, las 150 personas representan el 100%
de usuarios en el avión, pero solo 3 personas tendrían dispositivos capaces de poder acceder al subsistema, por lo tanto la probabilidad de uso seria.
Para el servicio VoIP
? ? =?G? ??? ? ? G? ? (2)
???? ? ? ???????? ???? ???? = 80kbps (sin comprimir), entonces;
Carga por Usuario
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?G? ???? (3)
Usuarios Totales a Bordo = 150 Porcentaje de Penetración= 1,78 %
Los usuarios totales a bordo serian 150, el % de penetración seria la cantidad de usuarios potenciales capaces de acceder al subsistema, serian 3 personas, entonces la carga total promedio sin comprimir es de:
? ? ??=? ? ?? ?? ???? ? ? ?G? ???????? ???? (4) Si la tasa de servicio es comprimida seria de 8bps, entonces la carga total promedio es de: 24bps.
Para el servicio de Carga y Descarga de datos, los 3 usuarios potenciales deciden pasar 4 horas descargando videos y canciones a una tasa de 113.9kbps, de las 6 horas y 30 minutos que dura el viaje, entonces:
? ? ? ? G? ?? ? =? G? ? (5)
Tasa de Servicio para descarga de datos= 113.9kbps, por lo tanto:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? G?? ? ???G? ? ? ? ? ? ? ?G? ? ? ? ? ? (6) Entonces decimos que la Carga Total Promedio es:
? ? ?? ? ? ?? ? G?? ???? ? ? ? ? G?? ? ? ? ? (7) La Carga Total para el sistema seria de
? ? ? ? ? ?? + ? ? ??= ? ? G????? ? ? ? ? G?? ? ? ? ? ? ? ? ?G? ? ? ? ? ? (8) La Carga Total será reflejada en el sistema principal o el puerto que se conecta a las estaciones terrestres, supongamos que los móviles se conectan a los AP`s pero tienen la restricción de que usan el estándar 802.11b, cuya capacidad será a una velocidad de 10 mbps, el cual sería el peor de los casos de conexión, pero el AP se va a adecuar a la conexión de los dispositivos.
Entonces la Intensidad de Tráfico seria:
?? ? ? ?? ? = ? ? ? G??
? ? ? ? ?= ?G? ? ? (9)
El 0.029 sería la Intensidad de Tráfico con la que trabajara el subsistema ya que todos los dispositivos se conectaran ahí y ese canal debe ser compartido.
Ahora usando la ecuación de recurrencia con la primera relación de Erlang para el tráfico, conocemos la probabilidad de que se bloquee o se caiga el subsistema, conociendo el número de canales y tráficos específicos:
? ?? ?? ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?
? ? ? ? ?? ? ??? ?? ?
(10)
Donde N, son los canales, y el tráfico es ? , entonces:
? ?? ???? G? ? ? ?? ? G? ? ? ? ?? G??? = ? G? ? ? ? (11)
? ?? ?? ?? G? ? ??? ??G?? ? ?????G??? ?
?? G???? ?? ??G??? ?? ?
=? G? ? ? ? ? ? (12)
? ?? ?? ?? G? ? ??? ??G?? ? ? ? ??? ??G??? ?
?? G?????? ?? ??G????? ?
=?G???????? (13)
Los resultados anteriores indican que el sistema con 3 canales será 99,99
% confiable dentro del avión, todos los usuarios potenciales se van a poder conectar a la red perfectamente con el tráfico y canales mencionados anteriormente.
FASE V: VALIDAR EL SISTEMA
Para la simulación de este diseño se utiliza el software “Matlab” en el módulo “simulink” el cual es una herramienta que permite la interacción entre el ordenador y el usuario. La función de este software essimular, modelar y analizar sistemas dinámicos. Este simulador nos permite realizar la distribución y simulación de modelos por medio de una interfaz gráfica, permite construir diagramas de gráficos de bloques, analizarlos, verificar los resultadosy evaluar el rendimiento de los sistemas en dicho software.
Para el subsistema en específico, se genera una diagrama de bloques donde se integra el tráfico (la constante) con una varianza (número aleatorio) y la probabilidad de bloqueo en un canal (U/u+1), dos canales (U/u+2) y tres canales (U/u+3) pues se llegó a la conclusión previamente que este subsistema funcionaría óptimamente con tres canales. Se puede aumentar o disminuir “n” veces el número canales dependiendo del criterio que tenga cada proyecto agregando que, a más canales, menos probabilidad de bloqueo.
A continuación se muestra el diagrama de bloques del subsistema citado previamente:
Figura 11: Diagrama de bloques Simulink,Matlab.
Fuente: Gómez, Romero (2012).
A continuación se aprecia el primer resultado que arroja el sistema cuando sólo se evalúa la constante (0,5) sin varianza. En esta gráfica el simulador muestra con un valor constante, cuando los 3 usuarios potenciales estén conectados al sistema en su valor más alto simulado para tres canales, la probabilidad de bloqueo es 0,01266, que sería el 1,266% de probabilidad de bloqueo conexión, o que el 98.74% del tiempo que las 3 personas estén conectadas al servicio durante el vuelo, el subsistema no fallará por lo tanto es fiable.
Figura 12: Fiabilidad del sistema con trafico promedio.
Fuente: Gómez, Romero (2012).
Para finalizar se muestra la gráfica dónde se utiliza una varianza de 0.000005 para descartar que el sistema falle dentro del rango hallado cuando sólo se trabajó con la constante (0,5). El software arroja una gráfica donde se podrá identificar si el subsistema será viable, esto depende de la probabilidad (porcentaje) de bloqueo. Los picos que estén por arriba del 0,01266 (1,266%) se sumarán y se dividirán entre 100 para saber el porcentaje que pudiese existir para que el subsistema se caiga.
Figura 13: Fiabilidad del sistema con trafico aleatorio.
Fuente: Gómez, Romero (2012).
Como se aprecia en la gráfica, de cien muestras sólo una (1%) se sobrepasó del valor promedio, lo que reconfirma que subsistema es fiable, aunque con el paso del tiempo vaya n aumentando el número de usuarios potenciales y el tráfico sea más alto, el subsistema seguirá siendo confiable.
