Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF
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Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF
Universidad de Mendoza Facultad de Ingeniería Tesis de Maestría en Teleinformática Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Autor: Ing. Roberto Inzirillo Directores de Tesis: Magister Ing. Osvaldo Marianetti Ing. Osvaldo Rosso Mendoza, septiembre de 2007 Dedicado a mi esposa, Carla. Y a mis hijos: Franco, Carla, Bianca, Sofía y Lucía. AGRADECIMIENTOS: A mis padres, por su amor incondicional y continuo apoyo. A mis colegas de la Facultad de Ingeniería y del IEMA, que me acompañaron durante mi crecimiento personal y profesional. A mis alumnos que me han servido de inspiración durante tantos años. RESUMEN En el presente trabajo se propone la transmisión mediante ondas de radiofrecuencia de información en forma de datos digitales, como alternativa a las redes existentes, pensando en sitios de poca o ninguna penetración de otros medios de comunicación y una alternativa económicamente viable e independiente a las comunicaciones satelitales. El capítulo I representa los planteos iniciales del problema, los objetivos, alcances y limitaciones del presente documento. Se analiza el problema de la transmisión de datos y el uso de las señales de radio para transmisión de datos desde una perspectiva de viabilidad, para llegar alas necesidades actuales. Los antecedentes y el marco teórico se detallan en el Capítulo II. Es éste se comienza con un enfoque histórico de la información como datos y su transmisión a distancia. dada la profundidad y complejidad del mundo de las comunicaciones, se realiza un repaso de los principales factores actuantes y condicionantes de un proyecto que involucre un sistema como el planteado en los objetivos del trabajo, no solo desde el punto de vista técnico, sino del marco normativo, legal y regulatorio. A continuación, el capítulo III, plantea un análisis detallado del estado del arte en las telecomunicaciones, referentes a la transmisión de datos, revisando los sistemas, programas y equipos disponibles en la actualidad y presentando los aspectos relevantes con que cuenta un sistema que requiere la versatilidad que la información digital de hoy en día necesita a la vez que se proponen mejoras y alternativas para incrementar la capacidad, disponibilidad y confiabilidad del sistema, así como su integración dentro de las redes de datos globales existentes. Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En el capítulo IV se proporcionan las herramientas y fundamentos técnicos, normativos y de experiencia del autor y otros profesionales y agencias en el análisis de prefactibilidad, el desarrollo de un proyecto y su viabilidad técnica y económica, en forma de una guía, ya que la implementación práctica escapa al alcance del presente trabajo y su diseño e implementación se encuentran fuertemente condicionado al análisis de las condiciones reales de operación. Se incluyen además un listado de los equipos y software necesarios para la implementación de un sistema con las características requeridas. Por último se exponen las conclusiones en las que se coloca la tecnología descripta en este documento en perspectiva con la tendencia actual en las telecomunicaciones y la integración de redes de distinto origen y naturaleza para cubrir las necesidades de comunicación y los diversos tipos de información que es actualmente traficada. Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF ÍNDICES ÍNDICE GENERAL I. INTRODUCCIÓN ___________________________________________ 13 A. PLANTEO DE LA PROBLEMÁTICA _____________________________ 14 B. OBJETIVOS ___________________________________________________ 15 1. Simplicidad y economía _______________________________________________15 2. Confiabilidad________________________________________________________16 3. Capacidad __________________________________________________________17 C. CONTEXTO GENERAL_________________________________________ 18 D. ALCANCES Y LIMITACIONES __________________________________ 18 II. MARCO TEÓRICO Y ANTECEDENTES ______________________ 20 A. RESEÑA HISTÓRICA __________________________________________ 20 B. ANTECEDENTES ______________________________________________ 21 1. Comunicaciones en HF ________________________________________________21 2. Sistemas de boletines _________________________________________________23 3. Transmisión de datos vía satélite ________________________________________26 C. MARCO TEÓRICO _____________________________________________ 27 1. Modelo ISO/OSI _____________________________________________________27 2. Medio Físico ________________________________________________________33 a) Propagación electromagnética _____________________________________33 b) El canal ionosférico _______________________________________________37 c) Técnicas de diversidad ____________________________________________39 d) Aspectos limitantes de la propagación_______________________________40 e) Modulación ______________________________________________________43 3. Protocolos de transmisión de datos _______________________________________52 a) Conceptos básicos _______________________________________________53 b) Modos de transmisión_____________________________________________54 c) Características de los protocolos a nivel físico ________________________61 d) Protocolos de transmisión a nivel de enlace __________________________63 e) Protocolos de transmisión a nivel de red _____________________________64 Pág. 3 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF D. MARCO NORMATIVO Y LEGAL ________________________________ 65 1. Entidades internacionales______________________________________________65 a) Principios internacionales en materia de utilización del espectro ________66 b) Tratados o Acuerdos multilaterales _________________________________68 2. Normas nacionales ___________________________________________________69 a) Derechos, obligaciones y responsabilidad del Estado__________________70 b) Derechos, obligaciones y responsabilidades de los operadores autorizados 71 3. Legislación vigente ___________________________________________________72 a) Creación de la CNC ______________________________________________72 b) Normativa relacionada ____________________________________________73 4. Estándares Internacionales _____________________________________________74 5. Estándares en comunicaciones militares en HF _____________________________79 III. DESARROLLO ___________________________________________ 82 A. INTRODUCCIÓN ______________________________________________ 82 B. CONDICIONES DE SELECCIÓN_________________________________ 84 1. Medio físico ________________________________________________________84 2. Trasporte de datos ____________________________________________________86 3. Otros protocolos análogos. _____________________________________________87 C. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN___________________ 89 1. Breve reseña.________________________________________________________90 2. Descripción de la arquitectura___________________________________________91 a) Definiciones _____________________________________________________91 b) Interfaz aérea común _____________________________________________92 c) Interoperabilidad dentro de la subred________________________________93 d) Comunicación entre subcapas adyacentes y análogas. ________________94 3. Estructura de datos y primitivas _________________________________________97 a) b) Interfaz de Subred ________________________________________________97 1. Sesión de Intercambio de Datos Soft Link ____________________________98 2. Sesión de Intercambio de Datos Hard Link ___________________________100 3. Sesión de Difusión______________________________________________103 Primitivas intercambiadas con los clientes __________________________104 CODIFICACIÓN DE PRIMITIVAS ____________________________________105 c) Estructuras de datos _____________________________________________106 Pág. 4 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 1. Función de la DTS______________________________________________107 2. Modo de entrega de datos ________________________________________107 3. Estructura de la D_PDU _________________________________________108 d) 4. D. Direccionamiento de nodos _______________________________________110 Clientes STANAG 5066 ______________________________________________111 a) HMTP (Protocolo de Transferencia de Correo por HF) ________________113 b) HFPOP (Protocolo de Oficina Postal por HF) ________________________114 c) RCOP (Protocolo Confiable Orientado a Conexión) __________________114 d) UDOP (Protocolo No confiable Orientado a Datagrama) ______________115 e) BFTP (Protocolo Básico de Transferencia de Archivos) _______________116 f) FRAP (Protocolo de Confirmación de Recepción de Archivo) __________116 g) PPP (Protocolo Punto a Punto) ____________________________________116 h) CFTP (Protocolo de Transferencia de Datos Comprimidos) ___________117 IP SOBRE STANAG 5066 _______________________________________ 118 1. Introducción _______________________________________________________118 2. El Cliente IP _______________________________________________________119 Calidad de Servicio (QoS – Quality of Service) en el Cliente IP _____________122 3. Implementación de IP sobre HF ________________________________________122 a) Compresión de los encabezados TCP/IP ___________________________123 b) Compresión de los datos _________________________________________125 c) Enrutamiento ___________________________________________________126 4. E. 1. Protocolos de enrutamiento interior para redes Ad-Hoc _________________126 2. Política de enrutamiento exterior___________________________________127 Una solución para redes pequeñas ______________________________________128 EL MEDIO FÍSICO. MÓDEM Y RADIO __________________________ 132 1. Introducción _______________________________________________________132 2. Interfaces con el DTE ________________________________________________132 a) Interfaz entre la Subcapa de Transferencia de Datos y el equipo de comunicaciones______________________________________________________132 b) 3. Interfaz de Control Remoto del módem HF __________________________133 Parámetros básicos del equipo de radio HF _______________________________134 a) Modos de operación _____________________________________________135 1. Modo básico __________________________________________________135 2. Operación manual ______________________________________________135 3. Modo ALE____________________________________________________135 Pág. 5 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. Modo Anti-interferencia _________________________________________136 5. Protección del enlace ____________________________________________136 b) 4. Interfaces ______________________________________________________136 1. Características eléctricas de las interfaces digitales_____________________136 2. Características eléctricas de las interfaces analógicas ___________________136 3. Características eléctricas de las interfaces analógicas ___________________137 Parámetros básicos del módem de HF ___________________________________139 a) Introducción ____________________________________________________139 b) Modulación, tasas de transmisión y tolerancia _______________________139 c) Sensado de lógica y señalización __________________________________140 d) Características de interfaces digitales ______________________________141 e) Características de señales casi-analógicas__________________________141 5. 1. Impedancia del módem en sistema multicanal ________________________141 2. Impedancia del módem en un sistema monocanal______________________141 3. Niveles de señales cuasi analógicas en sistemas multicanal ______________142 4. Equipo de reloj, control y temporización_____________________________142 5. Protocolo de enlace de datos ______________________________________145 Establecimiento Automático del Enlace __________________________________145 a) Introducción ____________________________________________________145 b) ALE en International Amateur Radio (Radioaficionados) ______________146 c) ALE de tercera generación _______________________________________146 6. 1. Control de frecuencia____________________________________________147 2. Sincronización de red ___________________________________________148 3. Búsqueda de canales ____________________________________________149 4. Direcciones 3G-ALE ____________________________________________150 5. Requerimientos del sistema _______________________________________151 6. Otras funcionalidades ___________________________________________154 Dispersión Espectral _________________________________________________156 a) Breve reseña histórica ___________________________________________156 b) Conceptos básicos ______________________________________________157 c) Requerimientos generales ________________________________________158 1. Conjuntos de saltos _____________________________________________158 2. Requerimientos del rendimiento del sistema __________________________159 d) Requerimientos de procedimientos del sistema ______________________160 1. Enlace antes del salto____________________________________________160 2. Enlace durante el salto___________________________________________160 Pág. 6 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF IV. EVALUACIÓN ECONÓMICA ______________________________ 165 A. INTRODUCCIÓN _____________________________________________ 165 B. GUÍA DE IMPLEMENTACIÓN Y DISEÑO _______________________ 166 1. Aspectos generales __________________________________________________166 a) Definición y análisis de los requerimientos __________________________166 b) Planes de enrutamiento y troncalización ____________________________168 c) Plan de frecuencias______________________________________________168 d) Requerimientos del personal ______________________________________169 e) Requerimientos logísticos ________________________________________169 1. Instalaciones terminales__________________________________________169 2. Tiempo de vida útil del sistema ____________________________________170 3. Requerimiento de los inmuebles ___________________________________170 4. Impacto ambiental ______________________________________________170 f) Requerimientos de las comunicaciones_____________________________171 1. Relación señal a ruido ___________________________________________171 2. Tasa de modulación _____________________________________________171 3. Tipos de servicio _______________________________________________171 g) 2. Estimación de costos ____________________________________________172 1. Costos iniciales ________________________________________________172 2. Costos de equipamiento__________________________________________174 3. Costo de instalación_____________________________________________174 Análisis y diseño del sistema __________________________________________176 a) Topología de la red ______________________________________________176 b) Ubicación geográfica_____________________________________________177 c) Parámetros de trayectorias operacionales __________________________178 1. Ruido ambiental________________________________________________178 2. Características de las antenas______________________________________179 d) 3. Selección del equipamiento _______________________________________180 1. Configuraciones típicas de sistemas de HF ___________________________180 2. Subsistemas transmisor / receptor __________________________________181 3. Subsistema de antena____________________________________________182 4. Interfaces de frecuencia vocal _____________________________________182 5. Interfaces digitales______________________________________________183 6. Líneas de transmisión ___________________________________________183 Planes de evaluación y prueba _________________________________________183 Pág. 7 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF C. a) Comportamiento del sistema ______________________________________184 b) Comportamiento de la red ________________________________________184 c) Transferencia de datos y mensajes ________________________________185 d) Rendimiento energético __________________________________________185 e) Seguridad ______________________________________________________185 EQUIPOS Y SOFTWARE COMERCIALES _______________________ 185 1. Software __________________________________________________________186 a) Protocolos STANAG 5066 ________________________________________186 1. Open5066 ____________________________________________________187 2. Rohde & Schwartz______________________________________________187 3. SystemSoft____________________________________________________187 4. CODAN______________________________________________________188 5. Comtrol ______________________________________________________188 b) Sistema ALE____________________________________________________189 1. c) Software complementario_________________________________________189 1. Subcapa SIS___________________________________________________190 2. Compresión de datos ____________________________________________190 d) 2. NorthStar _____________________________________________________189 Sistemas de comunicación integrados______________________________191 1. Harris ________________________________________________________191 2. Rohde & Schwartz______________________________________________191 3. RapidM ______________________________________________________192 4. SkySweep ____________________________________________________192 Hardware__________________________________________________________193 a) Transceptores __________________________________________________193 1. ICOM________________________________________________________193 2. Thales _______________________________________________________194 3. Bahrat Electronics ______________________________________________195 4. Tadirán_______________________________________________________195 b) Módems _______________________________________________________196 1. Frederick Electronics____________________________________________196 2. Codan________________________________________________________196 3. Spirit ________________________________________________________197 c) Sistemas de comunicaciones _____________________________________197 1. Rohde & Schwartz______________________________________________197 2. Rockwell Collins _______________________________________________198 Pág. 8 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF V. CONCLUSIONES __________________________________________ 200 APÉNDICE ___________________________________________________ 206 ELEMENTOS DE UN SISTEMA RADIO HF___________________________ 206 1. Introducción _______________________________________________________206 2. Grupo transmisor____________________________________________________206 3. Grupo receptor _____________________________________________________207 4. Grupo de antenas____________________________________________________208 a) Parámetros y características de las antenas. ________________________208 1. Impedancia ___________________________________________________208 2. Ganancia _____________________________________________________209 3. Patrón de radiación _____________________________________________209 4. Ángulo de elevación o despegue ___________________________________210 5. Polarización ___________________________________________________211 b) Tipos de antenas ________________________________________________211 1. Látigo________________________________________________________211 2. Dipolo _______________________________________________________212 3. “Vee” invertida ________________________________________________213 4. Direccionales __________________________________________________214 GLOSARIO ___________________________________________________ 215 BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________ 227 A. LIBROS: _____________________________________________________ 227 B. PAPERS Y PUBLICACIONES ELECTRÓNICAS:__________________ 228 C. ESTÁNDARES APLICABLES ___________________________________ 229 1. Estándares de telecomunicaciones federales _______________________________229 2. Estándares militares _________________________________________________229 3. Manuales militares __________________________________________________229 4. Estándares de ingeniería DISA (DCA) ___________________________________230 5. Estándares americanos (ANSI, IEEE, TIA/EIA, NEC)_______________________230 6. Estándares internacionales (NATO, ITU-R) _______________________________230 NOTAS _______________________________________________________ 233 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Pág. 9 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-1: LUSAT-1...............................................................................................................25 Ilustración II-2: Modelo de Referencia ISO/OSI ............................................................................30 Ilustración II-3: Conformación de una trama OSI..........................................................................31 Ilustración II-4: Capas de Red del modelo OSI ..............................................................................31 Ilustración II-5: Capas de Usuario del modelo OSI .......................................................................32 Ilustración II-6: Modos de propagación de una onda electromagnética........................................34 Ilustración II-7: Propagación ionosférica ......................................................................................37 Ilustración II-8: Señales Binarias Moduladas ................................................................................44 Ilustración II-9: Error en modulación binaria................................................................................47 Ilustración II-10: Caracter de Operación Asincrónica...................................................................55 Ilustración II-11:Trama en Operación Sincrónica .........................................................................56 Ilustración II-12: Configuración Punto-Multipunto .......................................................................58 Ilustración II-13: Multiplexado por División de Frecuencias ........................................................60 Ilustración II-14: Multiplexado por División de Tiempo ................................................................61 Ilustración III-1: Interfaces del Protocolo ARQ .............................................................................87 Ilustración III-2: Modelo de capas del estandar STANAG5066 .....................................................94 Ilustración III-3: Transferencia de datos entre subcapas adyacentes y pares................................95 Ilustración III-4: Establecimiento de un Hard Link - Extremo llamante ......................................101 Ilustración III-5: Establecimiento de un Hard Link - Extremo llamado .......................................102 Ilustración III-6: Terminación de un Hard Link - Extremo iniciador...........................................103 Ilustración III-7: Terminación de Hard Link - Extremo remoto ...................................................103 Ilustración III-8: Estructura de una primitiva "S" ........................................................................106 Ilustración III-9: Estructura de una D_PDU................................................................................108 Ilustración III-10: Mapeo del Encabezado de una D_PDU..........................................................109 Ilustración III-11: Formato de una U_PDU .................................................................................112 Ilustración III-12: Estructura de trama U_PDU para cliente RCOP ...........................................115 Ilustración III-13: Formato del encabezado BFTP.......................................................................116 Ilustración III-14: Formato de la estructura de CFTP .................................................................117 Ilustración III-15: Ejemplo de la implementación de un cliente IP ..............................................121 Ilustración III-16: Configuración de un Gateway de Internet - HF..............................................122 Ilustración III-17: Protocolo Token Ring inalámbrico .................................................................129 Ilustración III-18: Formato de una U_PDU de Gestíon para Token Ring ...................................130 Ilustración III-19: Modelo de capas de un sistema radio HF.......................................................135 Ilustración III-20: Interfaces del subsistema de radio ..................................................................137 Ilustración III-21: Respuesta del canal de banda lateral única en equipos de HF......................138 Ilustración III-22: Sistema estandarizado de transmisión de datos..............................................140 Pág. 10 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-23: Suite de Protocolos 3G-ALE ...........................................................................147 Ilustración III-24: Estructura de direcciones 3G-ALE .................................................................150 Ilustración III-25: Estructura de detención síncrona....................................................................162 Ilustración III-26: Transmisión de PDU en saltos de frecuencia .................................................163 Ilustración IV-1Transceptor ICOM IC-F7000..............................................................................194 Ilustración IV-2 Nodo de comunicciones HF con TRC3600 de ICOM .........................................195 Ilustración IV-3 Familia de transceptores HF-6000 Tadirán.......................................................196 Ilustración IV-4 Modem HF NSG Datacom 4539 .........................................................................196 Ilustración IV-5 Módem de HF 3112 de Codan............................................................................197 Ilustración IV-6 HF Transceiver R&S RS150T.............................................................................198 Ilustración IV-7 Rockwell Collos SDCP 2000 Mk II.....................................................................199 Ilustración A-1: Esquema de un sistema transmisor de radio HF típico ......................................206 Ilustración A-2: Esquema de un sistema transmisor de radio HF típico ......................................207 Ilustración A-3: Ejemplos de diagramas de radiación en una antena direccional......................210 Ilustración A-4: Diagrama de radiación vertical típico de una antena de látigo .......................212 Ilustración A-5: Antena de dipolo horizontal................................................................................213 Ilustración A-6; Antena "Vee" invertida .......................................................................................213 Ilustración A-7: Antena logarítmica periódica .............................................................................214 Pág. 11 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF ÍNDICE DE TABLAS Tabla III-1: Comparativa de la estructura de capas con el modelo OSI ........................................93 Tabla III-2: Primitivas intercambiadas entre la SIS y los clientes ...............................................105 Tabla III-3: Tipo de tramas D_PDU.............................................................................................109 Tabla III-4: SAP-ID de Clientes STANAG 5066 ...........................................................................111 Tabla III-5: Mapeo de IP TOS a opciones de servicio STANAG 5066 ........................................122 Tabla III-6: Referencia de modulación para aplicaciones de módems.........................................139 Tabla III-7: Señales y lógica binaria para módems......................................................................141 Tabla III-8: Requerimientos para probabilidad de enlace ...........................................................152 Tabla III-9: Requerimientos de detección de ocupación de canal ...............................................153 Tabla III-10: Modos de operación con 3G-ALE ...........................................................................158 Tabla III-11: Probabilidad para enlazado durante el salto de frecuencia ...................................159 Tabla III-12: Requerimientos para detección de ocupación para enlace durante el salto ...........160 ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación II-1: Condiciones de refracción en tre un medi dieléctrico y uno conductor..................35 Ecuación II-2: Expresión general de la Ley de Snell......................................................................35 Ecuación II-3: Expresión particular de la Ley de Snell para el caso de estudio ............................35 Ecuación II-4: Ley de la reflexión de la óptica...............................................................................36 Ecuación II-5: Expresión del coeficiente de reflexión ....................................................................36 Ecuación II-6: Ángulo de Brewster para medios no ferromagnéticos ............................................36 Ecuación II-7: Relación señal a ruido normalizada .......................................................................46 Ecuación II-8: Velocidad de transmisión en sistemas binarios ......................................................50 Ecuación II-9: Orden del sistema de modulación ...........................................................................50 Ecuación II-10: Velocidad de transmisión para sistemas M-arios .................................................50 Ecuación II-11: Tasa de información .............................................................................................51 Ecuación II-12: Velocidad de información .....................................................................................52 Ecuación II-13: Capacidad de canal ..............................................................................................54 Ecuación III-1: Periodo d búsqueda de canales en 3G-ALE ........................................................150 Ecuación III-2: Tiempo límite para envío de datos en un salto ....................................................163 Ecuación III-3: Bits por salto de una PDU...................................................................................163 Ecuación III-4: Cantidad de saltos dpara transmitir una PDU....................................................163 Pág. 12 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF I. INTRODUCCIÓN Las comunicaciones han sido sinónimo de avance y desarrollo desde los inicios de la humanidad, pero en este siglo, gracias a la transmisión de señales a distancia utilizando ondas electromagnéticas, ha habido una revolución en las mismas. Desde principios del siglo XX el desarrollo de las comunicaciones ha sido vertiginoso, al punto que en la actualidad difícilmente exista algún sitio en el planeta desde el cual no podamos comunicarnos por algún medio. En particular, para los parajes alejados predomina la transmisión de información mediante el aprovechamiento del fenómeno de propagación de las ondas electromagnéticas. Estas viajan en distintos medios, inclusive en el vacío, lo cual ha sido imprescindible para los viajes espaciales y es la base de las comunicaciones satelitales. Incluso es posible alcanzar distancias considerables aprovechando los efectos que la atmósfera y el suelo tienen sobre estas ondas. De esta forma es posible comunicar puntos alejados utilizando distintas tecnologías, con variada confiabilidad y obviamente con diferentes costos. Actualmente hay una tendencia a unificar la información a ser transmitida en un mismo medio, en particular digitalizando la misma a fin de simplificar el manejo de distintos orígenes en formatos comunes, conocidos como multimedia. Pág. 13 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF A. PLANTEO DE LA PROBLEMÁTICA El origen del presente trabajo se inicia como una inquietud frente a dos problemas que fueron planteados como casos de estudio o aplicación. En primera instancia desde hace varios años funciona en la Universidad de Mendoza (UM) una estación de transmisión de datos vía radio, en un principio utilizada solo para un sistema de boletines o Bulletin Board System (BBS), que luego fue expandiendo su aplicación a la transmisión de correo electrónico hasta llegar a aplicaciones de baja velocidad para navegación en Internet para escuelas rurales1. El inconveniente es que debido a la distancia a cubrir con los radio enlaces se impone el uso de radio enlaces de Alta Frecuencia o High Frecuency (HF) que no disponen de mucho ancho de banda por canal, lo que resulta en bajas velocidades de transmisión. Por otro lado, dentro del convenio marco suscripto entre la Universidad de Mendoza y la Armada Argentina2 se planteó el inconveniente de comunicaciones que posee la flota al navegar en altamar, particularmente en la zona límite de aguas continentales cercanas a las 200 millas náuticas de la costa argentina. En este caso se combinan dos factores: por una parte la movilidad de las embarcaciones y por otro la confiabilidad en la recepción debidas a las variaciones atmosféricas. En este caso solo se transmite voz, pero existe también una necesidad de contar con un medio alternativo para la transmisión de datos, confiable, seguro e independiente de prestadores privados. También se hace casi obligatorio el uso de la transmisión en la banda de HF por las características del enlace radial a usar. Pág. 14 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF B. OBJETIVOS El objetivo fundamental del presente trabajo es la solución del inconveniente de transmitir datos de origen diverso mediante el uso de un único enlace radial para cubrir distancias muy largas, esto es, sin el uso de estaciones repetidoras. Ello obedece principalmente a tres factores a tener en cuenta: simplicidad y economía en la implementación de la solución, confiabilidad del sistema y capacidad para soportar distintos tipos de datos, como ser texto, voz e imagen, incluso video de baja resolución o barrido lento, a la vez que contemplar la existencia de movilidad de las estaciones. 1. Simplicidad y economía Tal como se planteara al inicio del presente capítulo, uno de los orígenes que tuvo el problema es la de resolver la necesidad de contar con un vínculo de datos de diverso origen para aplicaciones como podría ser el uso de Internet en una escuela rural, aunque también puede ser la necesidad de comunicaciones de una empresa de geología, por ejemplo. Esto implica que el sistema tiene que ser sencillo, de simplicidad en el montaje, mantenimiento y operación, ya que no existe la posibilidad de contar con personal altamente capacitado para ejecutar estas funciones. Por eso surge la necesidad de contar con una integración de un sistema con equipos y materiales de adquisición comercial, que en la medida de lo posible cuenten con representantes o distribuidores en el país, así como apoyatura técnica. Así es que se intentará no incluir desarrollos propios ni prototipos, a fin de optimizar este punto. Por otra parte el concepto de economía es relativo, pero básicamente implica dos facetas. La primera es su conveniencia económica frente a Pág. 15 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF otras alternativas de comunicaciones disponibles, como por ejemplo los enlaces satelitales. Segundo es la selección adecuada de los componentes del sistema, a fin de optimizar el costo de inversión frente a las necesidades actuales y futuras de comunicación. 2. Confiabilidad Este punto, aunque está íntimamente ligado al anterior, es lo suficientemente importante per se, que merece un análisis particular. Se debe fundamentalmente a que el sistema debe contemplar su utilización en condiciones de uso casi extremas, como puede ser la implementación en vehículos todo terreno, edificaciones provisorias o precarias y en navíos. Ello presenta gran diversidad de condiciones ambientales para su explotación, así como aquellos efectos de esfuerzos mecánicos, disponibilidad y variabilidad de sistemas de energía. A todo ello debe sumarse que el sistema debe ser capaz de sobrellevar también las condiciones de variabilidad en la propagación de las ondas electromagnéticas ante los efectos de la geografía, las condiciones meteorológicas e ionosféricas y la movilidad de las estaciones. Esta combinación de factores hace que la adopción de los componentes para el sistema sea crítica, ya que se debe cumplir con premisas aparentemente contradictorias, como son la economía a la vez que gran durabilidad y confiabilidad. Por lo tanto el análisis de estas características será de capital importancia, teniendo especial cuidado en la evaluación de las diferentes alternativas, así como en los criterios de selección. Pág. 16 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 3. Capacidad Debido al auge de las comunicaciones en el siglo pasado, a su masificación y a la gran reducción en los costos de la tecnología, hay una disponibilidad de información casi infinita susceptible de ser transmitida, como se obtiene de los contenidos disponibles en la Internet. A ello se agregan las comunicaciones tradicionales, como ser la voz o la telefonía, fax, teletexto, etc. Así también surgen nuevas aplicaciones que comienzan a cobrar importancia, como ser la tele supervisión o telemetría y el telecontrol o telecomando. Aparecen aplicaciones que hacen uso de datos más densos y críticos, en cuanto a su tratamiento, como son las imágenes o video, en particular si estas han de mostrar información en tiempo real o con retardos breves. Por lo expuesto es que la transmisión de datos en forma digital ha cobrado un auge muy importante, ya que permite el tratamiento de la información de manera similar con algunas adaptaciones, modelo este que se impone por la penetración del envío de datos a nivel de usuarios particulares, impulsado por la proliferación de ordenadores personales, ya sean de escritorio o portátiles y últimamente de equipos de telefonía celular capaces de enviar y recibir una gran variedad de contenidos. El sistema deberá, entonces, ser capaz de transportar los tipos más comunes de datos, como ser textos, imágenes, archivos, voz y eventualmente video de baja calidad. Esto se debe a que hay que acotar el alcance del sistema de comunicación, ya que la ampliación del mismo para manejar mayor cantidad de datos, a mayores velocidades y con mejor calidad implica un incremento en cuanto a calidad de equipos y costos que escapan a los parámetros impuestos en los apartados anteriores. Pág. 17 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF C. CONTEXTO GENERAL Esta tesis, se enmarca dentro de las tareas de investigación llevadas a cabo en el Instituto de Estudios del Medio Ambiente (IEMA), que dependía del Centro de Investigaciones Superiores (CIS) de la Universidad de Mendoza, actualmente terminadas sus funciones, particularmente en los proyectos desarrollados en la Estación Terrena de Radio y Satelital. La misma actualmente está en el ámbito de la Dirección de Investigaciones Científicas y Técnicas (DICyT), dependiente también de la órbita del CIS. Asimismo, también se ajusta dentro de las actividades de investigación dentro de la Facultad de Ingeniería (FI) de la UM, específicamente en aquellas llevadas a cabo en el Departamento de Telecomunicaciones y de los proyectos susceptibles de ser integrados al convenio de cooperación suscripto por la Universidad y la Armada Argentina, citado precedentemente. D. ALCANCES Y LIMITACIONES El objetivo de este trabajo es efectuar un estudio pormenorizado sobre las bases teóricas, desarrollo, integración y viabilidad de implementación de un sistema de transmisión de datos, de diverso origen, para ser recibidos y transmitidos por estaciones remotas, móviles o no, en sitios donde no exista la disponibilidad de medios alternativos, susceptible de cubrir grandes distancias, haciendo uso de equipamiento disponible comercialmente, con capacidad de integrarse en un único sistema, simple y de costos compatibles o inferiores a sistemas similares. Todo ello haciendo hincapié en la practicidad de instalación, operación y mantenimiento, a fin de reducir los costos operativos. Pág. 18 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ello se fundamenta en que no existe una solución comercial integral, y aquellas soluciones de comunicaciones disponibles son productos desarrollados para aplicaciones muy específicas, con la consecuente falta de optimización para usos que no sean estrictamente aquellos para los que fueron desarrollados. Adicionalmente se plantean ciertos aspectos de la problemática a tener en cuenta que justifican el estudio de métodos alternativos, o simplemente la búsqueda de una solución para las comunicaciones en ciertos usos cuya situación o necesidades emergentes en los últimos tiempos, hacen necesario nuevos desarrollos. Si bien se tendrán en cuenta tanto los aspectos técnicos, como los económicos, en cuanto a las limitaciones que tiene el presente estudio, la fundamental es la económica, ya que a pesar de tender a una reducción de los costos, la implementación de un prototipo son muy onerosos, siendo necesario para ello la inversión en este aspecto. Esto justifica el presente estudio, que a su vez es un estudio de factibilidad del desarrollo de dicha solución tecnológica. Otro aspecto a considerar es la disponibilidad comercial de los equipamientos ofrecidos, especialmente teniendo en cuenta que es tecnología desarrollada fuera del país y en algunos casos tiene limitaciones en cuanto a su venta, ya que eventualmente son considerados de valor estratégico y su comercialización está restringida. Otros aspectos menos relevantes se irán teniendo en cuenta durante el desarrollo del presente trabajo. Pág. 19 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF II. MARCO TEÓRICO Y ANTECEDENTES A. RESEÑA HISTÓRICA Las comunicaciones han estado ligadas a la historia de la humanidad desde sus inicios siendo objeto de desarrollos y estudio permanente. Con el descubrimiento de los campos electromagnéticos y las diversas experiencias los científicos comienzan a investigar las acciones a distancia, siendo James Clerk Maxwell quien formula matemáticamente su existencia y Heinrich Hertz, quien demuestra experimentalmente su existencia. Pero es Guglielmo Marconi quien, hace 111 años, el 14 de mayo de 1987 logra la transmisión de una señal telegráfica en forma inalámbrica cubriendo una distancia de cuatro kilómetros. Es él mismo quien desarrolla un sintonizador para que el transmisor y receptor trabajen a la misma frecuencia. Estas primeras comunicaciones transmitían señales en codificación Morse, esto es, señales alternadas de tonos de frecuencia única de mayor o menor duración que modulan una señal portadora de radiofrecuencia, separados por intervalos sin modulante. Ya se estaba transmitiendo información codificada. Más tarde otros continuaron aplicando e investigando en este campo, como Edwin Amstrong, que desarrolla en 1918 el receptor superheterodino, fundamental para las comunicaciones en amplitud modulada. Así también sienta las bases para el modulador y detector de frecuencia modulada, en 1939. Ambos sistemas se siguen utilizando hoy en día sin variaciones en sus principios de funcionamiento. Pág. 20 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Debido a la dificultad de los equipos basados en válvulas de vacío para alcanzar altas frecuencias, las primeras transmisiones de radio se efectúan en frecuencia muy bajas, por ello se denomina a la primer banda de frecuencias de radiodifusión como Alta Frecuencia (High Frecuency – HF), surgiendo luego las frecuencias más elevadas como la Muy Alta Frecuencia (Very High Frecuency – VHF), la Ultra Alta Frecuencia (UHF) y las microondas. Estas últimas denominadas así por expresarse ya no en unidades de frecuencia, sino en longitudes de onda, que se encuentran en el orden de los milímetros. B. ANTECEDENTES 1. Comunicaciones en HF Las primeras comunicaciones sin hilos se basaron en la transmisión de información codificada, ya que las mismas utilizaron el código Morse para el envío de textos. Éstas se realizaron a frecuencias que hoy podríamos denominar de Alta Frecuencia o HF (Ver apéndice A). Con el correr del tiempo y la aparición de nuevos sistemas de modulación, la transmisión de la voz fue cobrando importancia, ya que ponía al alcance de cualquier persona la interpretación de la información transmitida, anteriormente limitada a personal con preparación para decodificar la misma, o sea, interpretar los códigos. El avance de la tecnología tanto en el campo de las comunicaciones como en la automatización de sistemas, primero por medios electromecánicos y luego mediante el uso de la electrónica, permiten el envío de información codificada, que es traducida en forma inmediata a un texto escrito. Este sistema se denominó teletexto o TÉLEX en forma abreviada. Pág. 21 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Sus orígenes datan de 1935, en donde grandes empresas de telegrafía desarrollaron un sistema que utilizaba la red telefónica para conectar los equipos, conocidos como teletipos o simplemente Télex, utilizando una codificación BAUDOT3, predecesor de los actuales códigos ASCII y EBCDIC. El Télex creció rápidamente en todo el mundo, inclusive antes que la telefonía se automatizara, muchos países tenían radio enlaces Télex de Alta Frecuencia. Estos enlaces se instalaron por los servicios postales y telegráficos estatales (Postal and Telegraph services – PTT’s), denominados TOR (Telex On Radio). El estándar de radio más conocido, el R.44 del ex CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía), actualmente denominado ITU-R (International Telecommunication Union – Unión Internacional de Telecomunicación, en su rama de Radiocomunicaciones), que poseía multiplexación por división de tiempo en los canales de radio, con corrección de errores por retransmisión. Con la aparición de las computadoras personales, en la actualidad sigue siendo utilizado por algunos servicios bajo la denominación RTTY (Radio Tele Type), que utilizan interfaces entre el ordenador y la radio de muy bajo costo y software libre. RTTY (pronunciado en la jerga como ritty), utiliza una variedad de diferentes métodos de modulación, siendo el más común en de conmutación por cambio de frecuencias (Frecuency Shift Keying – FSK). La combinación de una baja velocidad de transmisión de datos (baud rate) en conjunto con una robusta modulación FSK hace al RTTY altamente inmune a muchas formas de interferencias de radio. Ello se debe en parte porque, al igual que la FM, FSK siempre transmite a máxima potencia. Pág. 22 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Este sistema sigue siendo utilizado por varias armadas, ejércitos y servicios diplomáticos en el mundo, así como los reportes meteorológicos de la Guardia Costera de los Estados Unidos de América y muchos radioaficionados. Más tarde la Bell desarrolló una segunda generación de equipos de transmisión, llamados módems (MOduladores-DEModuladores), denominado “BELL 101 Dataset”, que es el precursor del módem Bell 103 que lanza el uso compartido de recursos de procesador por tiempo. Lo revolucionario del 101 es que permitía ser enrutado a redes especiales llamadas “Servicios de datos de área extendida”. 2. Sistemas de boletines Un BBS o Bulletin Board System (Sistema de Tablero de Anuncios) es un software para redes de computadoras que permite a los usuarios conectarse al sistema a través de Internet, de una línea telefónica, o de un equipo de radio y utilizando un programa, realizar funciones tales como descargar software y datos, leer noticias, intercambiar mensajes con otros usuarios, leer los boletines, etc. Los tableros de anuncios son en muchas formas un precursor de los modernos foros del Web y otros aspectos de Internet. Históricamente se considera que el primer software de BBS fue creado por Ward Christensen en 1978, mientras que UseNet por ejemplo no empezó a funcionar hasta el año siguiente. Fueron muy populares en los años 80 y 90 con más de 300 sistemas disponibles solo para los usuarios en España en los momentos de mayor auge. Durante estos años, las BBS se convirtieron en el punto de encuentro de aficionados a las comunicaciones y desarrolladores de software. Constituyeron los primeros sistemas públicos de intercambio de Pág. 23 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF archivos, incluyendo los primeros programas shareware o los primeros virus informáticos. A diferencia de las páginas WEB en Internet, al depender de un ordenador conectado a un módem, los usuarios tenían que "hacer fila" mientras el usuario anterior no desconectase una vez terminado, y liberase la línea, no podía conectarse el siguiente. Con el auge de Internet de la segunda mitad de los 90 los BBS decrecieron en popularidad aunque no por ello han desaparecido, hoy siguen existiendo y se han adaptado a los nuevos tiempos y a Internet, sirviéndose de la red de redes para facilitar el acceso a los BBS. Cabe destacar los sistemas unidos por esta red, mantenidos de forma altruista por sus SysOps (system operators o administradores del sistema) utilizan un software compatible entre ellos que les permite actuar como servidor del sistema BBS e intercambiar con otros nodos paquetes de correo que, moviéndose de nodo en nodo, se distribuyen por todo el mundo, constituyendo una alternativa de calidad para el correo electrónico, ajena al spam reinante en foros, news y listas de correo. Las primeras BBS corrían sobre grandes sistemas (normalmente en universidades), equipos CP/M u ordenadores, con módems a 300 baudios, lo que hacía exasperantemente lenta la transferencia (un programa de 64 KB podía tardar hasta 30 minutos en transmitirse). La aparición de módems a 1200 y 2400 baudios incrementó su popularidad y comenzaron a crecer. La aparición de los equipos de 16 bits produjo una migración a las plataformas de cada fabricante, hasta que la caída de precios de los clones PC (y sobre todo su disco duro notablemente menos caro, al igual que sus módems internos) supuso la generalización de su uso en BBS. Al comenzar a estar disponibles sistemas operativos multitarea como Amiga OS, OS/2, Unix (en sus múltiples variantes), Pág. 24 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Windows 95 o añadidos al MS-DOS como Windows 3.1 aumenta el número de BBS y otras de horario restringido pasan a 24 horas, al poder usar los SysOps su propio ordenador en lugar de necesitar de uno dedicado. Esto coincide en el tiempo con la aparición de los módems de 14.400 baudios, que marcan un salto en la velocidad de las comunicaciones. Junto con la aparición de redes de particulares como Fidonet, WWIVnet o VirtualNET, muchas empresas de informática comenzaron a mantener sus propias BBS para soporte de sus productos (foros de soporte, parches, drivers, versiones shareware de Antivirus o compiladores), a la vez que prolifera el uso de estos sistemas vía radio entre los radio clubes y los radioaficionados. Ilustración II-1: LUSAT-1 La Universidad de Mendoza posee en la actualidad un sistema BBS, que comenzó a operar en el año 1988, utilizando conexiones en las bandas de HF, VHF y UHF. Inclusive se firmaron acuerdos con AMSAT (radio AMateur SATellite corporation) de Argentina4, siendo la estación LU1MUM la primera en recibir y decodificar los parámetros orbitales del primer satélite argentino de órbita baja (LEO – Lower Earth Orbit) LUSAT-1 puesto en órbita el 20 de enero de 1990. En ella se generaron Pág. 25 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF innumerables trabajos a lo largo de los 19 años, siendo los más recientes presentados en las Jornadas de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Mendoza. 3. Transmisión de datos vía satélite La transmisión de datos vía satélite han evolucionado desde la puesta en órbita del Sputnik1 (compañero o satélite, en ruso) el 4 de octubre de 1957, el cuál solo transmitía señales de presión y temperatura codificadas en forma de tonos de audio en las frecuencias de 20,007 y 40,002 MHz. En la actualidad la tierra se halla rodeada por una constelación de satélites artificiales de diversos usos. En particular los de comunicaciones merecen una referencia en este trabajo. En general las comunicaciones satelitales cuentan con la ventaja de proveer alcance en prácticamente toda la extensión del globo, con algunas salvedades dependiendo del sistema de comunicaciones utilizado y del tipo de órbita que posean. Brindan comunicaciones en prácticamente todo el espectro radioeléctrico, pero especialmente en la banda de UHF y las microondas (Ver apéndice A). Dentro de las desventajas de estos sistemas se halla fundamentalmente el costo, muy elevado respecto a otros servicios, justificable solamente cuando no existen otras alternativas. Si bien hay servicios de bajo costo o gratuitos la calidad del servicio brindado es deficiente y solo es útil a los fines de comunicaciones amateur u de muy bajas tasas de transferencia de información. Por otra parte, todos estos servicios son explotados por empresas privadas de comunicaciones o agencias gubernamentales, no pudiendo el usuario, ejercer un control directo sobre las comunicaciones, creándose una dependencia del operador. Esta dependencia es la que llevó a evaluar otras alternativas, tal como lo propone el presente estudio. Pág. 26 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF C. MARCO TEÓRICO En este apartado se evaluarán los diversos aspectos teóricos, tecnológicos y de diseño que deben tomarse en consideración al momento de efectuar los cálculos y la selección de los componentes del sistema. 1. Modelo ISO/OSI El desarrollo de las comunicaciones digitales ha llevado a la creación de un modelo de referencia aplicable al proceso lógico de un sistema de comunicaciones. Los sistemas de comunicaciones que emplean los procedimientos y métodos de comunicación normalizados se denominan “Sistemas Abiertos” y dicha interconexión se denomina “Interconexión de Sistemas Abiertos (“Open Systems Interconnection, OSI). Este modelo concuerda con los principios establecidos por la Organización Internacional de Normas (“International Standards Organization, ISO) para la interconexión de sistemas abiertos. El Modelo de Referencia tiene como objetivos: 1. Especificar una estructura lógica universalmente aplicable que abarque las necesidades de las aplicaciones del UIT-T 2. Servir de referencia durante el desarrollo de nuevos servicios de telecomunicación, incluidos los posibles servicios recomendados por el UIT-T, y la definición de los procedimientos correspondientes 3. Permitir que diferentes usuarios se comuniquen entre sí, solicitando una reutilización compatible de las características de comunicación Pág. 27 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. Hacer posible una evolución de las aplicaciones del UIT-T asegurando una flexibilidad suficiente para que puedan incorporarse los adelantos de la tecnología y las crecientes necesidades de los usuarios 5. Permitir la comparación de las nuevas necesidades de usuario propuestas con los servicios de usuario existentes, lo que hará posible satisfacer las nuevas necesidades de una manera compatible con los servicios existentes recomendados por el UIT-T. En su Recomendación X.200, el UIT-T presenta la finalidad, el marco y la función de la estructura de un modelo de referencia denominado “Modelo de Referencia ISO/OSI” aplicable al proceso lógico de un sistema de comunicaciones. Este modelo permite que se definan métodos de interrelación entre diferentes redes del mismo tipo o de tipos diferentes, de modo que la comunicación se establezca tan fácilmente por una combinación de redes como por una sola red La técnica básica de estructuración del Modelo ISO/OSI es la estratificación. Con arreglo a esta técnica, se considera que cada sistema abierto está compuesto lógicamente por un conjunto ordenado de subsistemas. Los subsistemas adyacentes se comunican a través de su frontera común. Los subsistemas de un mismo rango N forman colectivamente la capa N del Modelo ISO/OSI. Un subsistema N consta de una o varias entidades N en la correspondiente capa N (una entidad N es un elemento activo de un subsistema N, por ejemplo, un convertidor de protocolo). Las entidades de una misma capa, pero en diferentes sistemas, que deben intercambiar información para alcanzar algún objetivo común, se denominan “entidades pares” y entidades de capas adyacentes interactúan a través de su frontera común. Por ejemplo, los servicios que provee la Capa Enlace de Datos a la Capa Red son la combinación de los servicios de ella misma más los de la Capa Física. En Pág. 28 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF general, cada capa N proporciona servicios N a las entidades N+1 de la capa N+1. Se supone que la capa más alta representa todas las utilizaciones posibles de los servicios que proporcionan las capas más bajas. La capa de mayor nivel sólo asegura servicios a los procesos del usuario final. En este contexto el término “aplicación” se refiere al conjunto completo de procesos involucrados en un cierto servicio de usuario, por ejemplo, el correo electrónico. La forma de prestación de un servicio por dos entidades situadas, por lo general, en máquinas diferentes, debe estar bien definida y reglamentada de antemano para que puedan interactuar las entidades involucradas en la prestación del servicio. La manera como las dos entidades cooperan para prestar el servicio se denomina Protocolo. Cada protocolo está concebido para prestar un servicio único y bien definido, y el conjunto de capas en las cuales se descompone el sistema es el mismo en cada máquina y cada capa presta el mismo servicio a la capa inmediata superior. La capa de más bajo nivel, la Capa Física, es la que está conectada directamente al medio físico de transmisión. En la siguiente figura se observa un ejemplo del Modelo de Referencia ISO/OSI con un nodo intermedio y en el caso de transmisión por paquetes. Pág. 29 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-2: Modelo de Referencia ISO/OSI La elaboración de la trama a transmitir es un proceso de “encapsulamiento”, en el cual cada capa, excepto la Capa Física, agrega uno o más campos a la información que viene de las capas superiores. Cada capa considera a los bloques que vienen desde arriba simplemente como “datos o información” sin preocuparse acerca de su semántica y sintaxis. La trama final se transmite y en el extremo receptor en cada una de las capas se toma la acción especificada en los correspondientes elementos de servicio y transfiere hacia arriba lo que considera como “datos o información”. La configuración de la trama en cualquiera de las capas dependerá del tipo de protocolo par-a-par utilizado. La manera mediante la cual tiene lugar la comunicación en la arquitectura OSI se muestra en la siguiente figura. Pág. 30 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-3: Conformación de una trama OSI Las siete capas del modelo tienen funciones específicas dentro de la lógica de un proceso de comunicación entre dos usuarios. De acuerdo con estas funciones, las Capas Física, Enlace y Red son las que intervienen directamente en la transmisión de la información; por esta razón se dice que ellas desempeñan funciones de red, ejemplificadas en las figuras que siguen. Ilustración II-4: Capas de Red del modelo OSI Pág. 31 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Por otra parte, las capas superiores Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación tienen protocolos de alto nivel cuyas funciones están relacionadas con los usuarios finales, ya que están asociadas con éstos y no con la red. Para estas capas la red es completamente transparente. Ilustración II-5: Capas de Usuario del modelo OSI La Transmisión de Datos propiamente dicha tiene que ver con los cuatro primeros niveles del modelo de referencia incluyendo la conexión física. A continuación vamos a definir a grandes rasgos algunas de las características y funciones de las cuatro primeras capas. Fases de una Comunicación En el caso de protocolos orientados a conexión, los servicios que proveen las diferentes capas deben incluir condiciones para el establecimiento de la conexión, la transferencia de los datos y la terminación de la conexión. Las entidades de la misma categoría en cada nivel de la arquitectura OSI deben primero establecer una conexión, luego efectuar la transferencia de datos de acuerdo con la aplicación y finalmente terminar o liberar la conexión. Pág. 32 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Nótese que en cada una de estas fases hay que utilizar las cuatro primitivas de servicio. 2. Medio Físico a) Propagación electromagnética La propagación de las ondas electromagnéticas se debe a la autogeneración de campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo, que progresan por el espacio. James C. Maxwell desarrolló la teoría que explica el fenómeno de propagación, aún cuando la fuente que inicialmente generó el fenómeno de la onda electromagnética haya desaparecido, mediante un sistema de ecuaciones que relaciona los campos eléctrico y magnético y sus variaciones. Es bien sabido que las mismas viajan inclusive a través del vacío absoluto, así como por medios de diferente índole. En general una buena aproximación suele ser el estudio de las ondas electromagnéticas como haces de energía, del mismo modo que lo hace la luz –siendo ella misma una forma de onda– lo cual es válido para frecuencias relativamente elevadas. A este modelo se lo denomina óptica electromagnética, cuyas leyes pueden expresarse en función de las expresiones desarrolladas para ondas que progresan en el espacio, su refracción y reflexión. Pág. 33 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-6: Modos de propagación de una onda electromagnética En general un medio cualesquiera está caracterizado por su conductividad σ, la permitividad eléctrica ε, y la permeabilidad magnética µ. Los campos eléctricos y magnéticos pueden ser representados por vectores, ya que se les puede asignar una intensidad, dirección y sentido de acción. En la atmósfera, dependiendo de varias condiciones, estos parámetros varían en el espacio y con el tiempo, pero en particular existe una capa altamente ionizada, denominada ionosfera, que se comporta de manera más próxima a un medio semiconductor y cuyas características difieren sustancialmente de otras capas, normalmente dieléctricas. Algo similar ocurre en el caso de la tierra, que contiene agua y sales disueltas, mucho más conductiva que el aire, aún si este presenta altos valores de humedad. Pág. 34 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En estos casos podemos considerar un medio dieléctrico casi ideal y un medio conductor no perfecto: ε1 ≅ ε2 µ1 ≅ µ2 Zo1 = (µ1/ε1)1/2 ≅ (µ0/ε0)1/2=376,7 Ω Zo2 = (jωµ2 /σ2)1/2 Ecuación II-1: Condiciones de refracción en tre un medi dieléctrico y uno conductor Siendo Zo la impedancia característica, una forma de resumir las características del medio. Se deberá, además, aplicar la siguiente relación: senδ µ1 Zo2 ⎯⎯ = ⎯⎯⎯ senα µ2 Zo1 Ecuación II-2: Expresión general de la Ley de Snell Lo cual, con las expresiones dadas, puede expresarse: senδ / senα = (jωµ2 /σ2)1/2 = (ωµ2 /ε2)1/2 ∠45° Ecuación II-3: Expresión particular de la Ley de Snell para el caso de estudio Siendo α el ángulo de incidencia y δ el ángulo de refracción, ambos respecto a la normal a ambas superficies. En estos casos resulta que δ<α y el ángulo refractado tendrá un valor muy reducido para cualquier ángulo de incidencia. Se ve que independientemente del ángulo de incidencia, siempre existe una onda refractada, en dirigida en general perpendicularmente a la interfase entre los dos medios. En el caso de la onda reflejada, con β como ángulo de reflexión, siempre se verifica que: Pág. 35 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF senβ = senα Ecuación II-4: Ley de la reflexión de la óptica Existe además un cambio de fase en alguno de los campos, dependiendo de la polarización con la que incida, siendo esta la orientación del campo eléctrico. En particular, cuando la dirección del campo magnético es paralela a la superficie de separación puede demostrarse la existencia de un ángulo de incidencia tal que no se observa una onda reflejada. En otras palabras la señal es refractada totalmente. , lo que evitaría el retorno hacia la superficie terrestre. A este valor particular de α se lo conoce como ángulo de Brewster ⎯α, cuyo valor surge de la expresión: Zo1 cosα - Zo2 cosδ Eor ⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 0 Zo1 cosα + Zo2 cosδ Eoi Ecuación II-5: Expresión del coeficiente de reflexión sen ⎯α = [ε1 (ε1 + ε1)]1/2 Ecuación II-6: Ángulo de Brewster para medios no ferromagnéticos Si la onda incidente está polarizada de una forma cualquiera, es decir con su campo eléctrico orientado de forma tal que el magnético no es paralelo a la superficie de separación de ambos medios, existirá un valor de ⎯α para el que el campo eléctrico reflejado quedará polarizado únicamente en forma paralela a la superficie de separación. A este fenómeno se lo conoce como polarización por reflexión. Pág. 36 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF b) El canal ionosférico La Ionosfera es una región atmosférica con elevada densidad electrónica que permite la transmisión y reflexión de las señales HF. Esta alta densidad electrónica está relacionada con el índice de refracción y es, por tanto, la responsable de las sucesivas refracciones que la señal experimenta al entrar en la Ionosfera y que permiten su propagación. Este proceso de propagación se puede observar desde dos puntos de vista, por un lado una visión más detallada, que describe paso a paso el camino seguido por las señales a través de capas de diferentes densidades electrónicas e índices de refracción y por otro, una visión general, que puede ejemplificarse utilizando un modelo geométrico simplificado para aproximar la trayectoria recorrida desde el transmisor al receptor. Sin embargo, para un estudio más exhaustivo de la propagación de ondas de radio, es necesario recurrir a otro tipo de modelos y procedimientos, de este modo, aparecen las técnicas de trazado de rayos. Ilustración II-7: Propagación ionosférica Pág. 37 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Asimismo, ha sido preciso introducir los perfiles de densidad electrónica que reflejan la distribución de la densidad de electrones en las distintas capas ionosféricas y aportan a este tipo de técnicas, la información del estado de la Ionosfera necesaria para trazar paso a paso el camino seguido por la señal. Estos perfiles se calculan a través de modelos o directamente a partir de los datos experimentales. También es necesario definir algunos parámetros para caracterizar el canal ionosférico, es decir, la frecuencia de transmisión de la señal, el ángulo de elevación, la máxima frecuencia utilizable, la mínima frecuencia utilizable, los distintos modos de propagación, la absorción de la señal y las características de la señal recibida. Lo expuesto anteriormente se debe a que la ionosfera posee un comportamiento sumamente dinámico, sujeto a la radiación y actividad solar, variaciones en el campo magnético terrestre, fenómenos meteorológicos cuyos efectos alcancen las capas superiores de la atmósfera, etcétera, haciendo que el enlace varíe en forma constante, incluso en el transcurso de un día. Esta tarea es sumamente laboriosa y compleja, por lo que necesita de series de datos estadísticos en series de tiempo sumamente prolongadas, siendo útil en cuanto se deseen enlazar dos puntos fijos. Si se trata de unidades móviles, o de diversos puntos fijos distribuidos de forma arbitraria en regiones de gran extensión el problema se torna mucho más complejo y escapa a los alcances de este trabajo. En estos casos la práctica indica el uso de otras técnicas de comunicaciones. Pág. 38 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF c) Técnicas de diversidad Para superar las variaciones en medio de propagación o canal ionosférico, es necesario aplicar técnicas que permitan compensar la variabilidad de éste y por lo tanto del enlace. La dinámica de la señal en estos casos se conoce con el nombre de desvanecimiento o fadding, ya que se observa como una variación en la intensidad de la señal medida en el receptor, que crece o decae continuamente en forma más o menos rápida, pudiendo descender por debajo de los umbrales de sensibilidad del equipo receptor o quedar enmascarada por otras señales o ruido. Debido a que las condiciones de propagación en un determinado instante y punto del espacio dependen fuertemente del tipo de señal emitida, una de las técnicas de diversidad utilizada es la de diversidad de frecuencia. Esta se basa en el uso de dos o más frecuencias para la transmisión de la información en forma simultánea y aprovechando la dependencia de la trayectoria con la frecuencia, se logra que el desvanecimiento para ambas señales sea diferente, si estas están convenientemente separadas en frecuencia, siendo necesario en el receptor, el sensado de la calidad entre ambas señales para decidir cuál es recibida con mejor nivel y conmutar a esta a fin de mantener la mejor calidad de señal. Esto lleva a la duplicación del equipo de transmisión y a la duplicación del receptor o el uso de complejas técnicas de conmutación y sensado para alternar entre señales de distinta frecuencia. Otra de las técnicas utilizadas es la de la diversidad espacial, donde se emite solo una señal y se duplican los elementos receptores, que pueden ir desde la duplicación de los equipos receptores a la duplicación del Pág. 39 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF sistema de antenas, mediante el uso de técnicas de conmutación de ellas mediante la medición de la intensidad de señal. Si bien a primera vista aparece semejante al sistema anterior en cuanto a la duplicación de elementos del sistema, existen dos grandes diferencias: la primera de ellas es que generalmente duplicar el equipo transmisor suele ser más costoso, ya que es el que utiliza mayor potencia y en radiofrecuencias el manejo de señales de alta frecuencia y potencias elevadas, como la utilizadas en HF, suelen incrementar grandemente los costos de los dispositivos. La segunda es que la medición de la potencia de la señal recibida puede hacerse por medio del sensado del nivel de portadora, siendo la complejidad de estos sistemas de una muy baja complejidad y costo. d) Aspectos limitantes de la propagación Los elementos limitativos que hay que tomar en cuenta en el diseño de un sistema de transmisión son, entre otros: Atenuación: La atenuación en la intensidad de la señal es su decrecimiento a medida que se propaga desde la fuente hasta el extremo receptor. Es una función de la distancia, del contenido de frecuencia de la señal y de los parámetros eléctricos distribuidos del medio de transmisión (resistencias, inductancias y capacitancias). Ancho de Banda: Es la cantidad de frecuencias en la banda útil de la señal y está basado sobre la velocidad de información a transmitir y en el método de codificación y modulación. El ancho de banda de la señal y el ancho de banda del canal son dos conceptos distintos. El ancho de banda útil del Pág. 40 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF canal generalmente es fijo, es un parámetro físico. Sin embargo, debe verificarse, para una buena transmisión, que el ancho de banda útil del canal sea igual o mayor que el ancho de banda útil de la señal. El ancho de banda del canal influye enormemente en la velocidad máxima de transmisión y su insuficiencia es la causa de la interferencia intersimbólica. En general, la velocidad de transmisión es proporcional al ancho de banda disponible del canal o medio de transmisión. Ecos: Los ecos son producidos por reflexiones de la energía hacia la fuente. En transmisión de voz, es la repetición de sonidos producidos por corrientes que regresan por el circuito y que han sido reflejadas por obstáculos eléctricos, por ejemplo, por desacoplamiento de impedancias. En el caso de transmisión de datos, es el efecto de una onda reflejada a partir de una onda primaria, la cual llega a cualquier terminal del circuito con una amplitud y fase suficientes para ser confundida con una onda primaria. El eco, igual que en el caso de señales analógicas, se produce por desacoplamiento de impedancias en el trayecto recorrido por la señal. Los factores asociados al eco son de gran importancia; estos factores son la intensidad y el tiempo de retardo (delay) o latencia. En cuanto a la transmisión digital, el UIT-T ha normalizado todos los aspectos relacionados con el eco. Resonancias (“Singing”): Este es un eco que es muy difícil de controlar y que ocurre generalmente a las frecuencias para las cuales el circuito o partes de él son resonantes. Pág. 41 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Diafonía: Es el fenómeno mediante el cual una señal transmitida por un circuito o canal de transmisión es detectable en otro circuito o canal cercanos. Este fenómeno puede ser creado por el acoplamiento electrostático o electromagnético entre canales. La intermodulación en un amplificador no lineal utilizado en común por varios canales en un sistema a portadora es también una fuente de diafonía. Ruido: Son señales espurias que pueden distorsionar y aún enmascarar la señal transmitida. Su origen puede ser interno al circuito o externo a él. En transmisión de datos es de especial importancia el ruido impulsivo, el cual generalmente es producido por tormentas eléctricas, motores eléctricos y por la apertura y cierre de contactos en los equipos de señalización y conmutación. Este tipo de ruido produce cadenas de errores en las secuencias digitales, denominadas comúnmente “ráfagas de errores”. Distorsión: No existen trayectorias de transmisión que permitan la reproducción perfecta de las señales de entrada. Como en el caso del canal de voz, la máxima velocidad de transmisión está limitada no solamente por el ancho de banda del canal sino también por los siguientes parámetros que son de fundamental importancia: • La distorsión de atenuación • La distorsión de retardo de fase • La fluctuación de fase (“jitter”) Pág. 42 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • La distorsión no lineal Esta última es producida por la presencia de elementos no lineales en el sistema (válvulas electrónicas, diodos, transistores, transformadores, moduladores, etc.). El gran incremento en la demanda de servicios confiables para la transmisión de datos tanto a cortas como a largas distancias, ha llevado a la necesidad de buscar métodos más refinados para la corrección de las deficiencias normales en la transmisión. De las características señaladas más arriba, las más importantes en la transmisión de datos son la distorsión y fluctuación de fase, la atenuación y el ruido impulsivo. En la transmisión de voz el oído humano puede tolerar la distorsión de fase y una cantidad limitada de ruido impulsivo. Esto se debe a la capacidad de resolución del oído, lo cual le permite que las componentes de frecuencia diferentes sean registradas separadamente con una dependencia de fase bastante pequeña. Pero en la transmisión de datos se requiere un alto grado de linealidad fase-frecuencia. e) Modulación Las señales producidas mediante los métodos de codificación de impulsos (PCM), así como las señales de datos de terminales digitales y dispositivos afines, generalmente no se transmiten a gran distancia en la forma de señal de banda de base, es decir, tal como se generan, sino que se transmiten en forma de una señal modulada en forma analógica, La modulación digital se realiza en un dispositivo denominado “MODEM” (de las palabras MOdulador y DEModulador) en el cual los dígitos binarios modulan la amplitud, la frecuencia o la fase de una señal sinusoidal, la portadora. Las formas básicas de la modulación binaria mediante portadora modulada son: Pág. 43 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 1. La Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK) 2. La Modulación Binaria de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK) 3. La Modulación Binaria de Fase (Phase-Shift Keying, PSK) Ilustración II-8: Señales Binarias Moduladas Métodos de Desmodulación Esencialmente hay dos métodos comunes de desmodulación o detección de señales moduladas con portadora sinusoidal: 1. La “Desmodulación Sincrónica o Coherente” 2. La “Detección de Envolvente” La desmodulación o detección sincrónica o coherente consiste en multiplicar la señal modulada recibida por la portadora, generada localmente, y mediante filtrado pasa bajo se obtiene la señal original portadora de información. Pág. 44 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Es necesario que la frecuencia y la fase de la portadora local en el receptor sean idénticas a las de la portadora en el transmisor. Si la frecuencia y la fase son diferentes, se produce una fuerte atenuación que puede hacer desaparecer el mensaje. Para evitar esta atenuación se utiliza dispositivos de sincronización en el receptor a fin de lograr la coherencia entre las dos portadoras. Hay que hacer notar que con osciladores de gran precisión puede mantenerse la identidad entre las dos frecuencias, pero el sincronismo de fase es muy difícil de alcanzar, particularmente en transmisión a grandes distancias. Con la detección de envolvente se evita los problemas de sincronización de fase y de frecuencia de la detección coherente; sin embargo, la detección de envolvente no se puede aplicar en sistemas de modulación de fase, porque el proceso de detección de envolvente elimina la fase de la señal. Comparación entre modulaciones binarias En cualquier sistema de modulación digital la meta de un buen diseño es la de lograr el mejor compromiso entre la probabilidad de error Pe , el rendimiento de transmisión ηB , la relación S/N normalizada γ y la complejidad del equipo. Sin embargo, en la práctica la selección de un esquema de modulación depende más bien de la aplicación correspondiente, de los equipos existentes o disponibles, y de los requerimientos de potencia. Vamos a comparar los sistemas en relación con la potencia; a este efecto, suponiendo que la frecuencia de señalización fb (o velocidad de transmisión Vi(bps)), la probabilidad de error Pe y las condiciones de ruido son las mismas. Pág. 45 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En la figura se grafica la probabilidad de error Pe en función de γ para todos los sistemas binarios vistos, donde: γ =A2 Tb/ 2η Ecuación II-7: Relación señal a ruido normalizada es la relación S/N normalizada. El eje de las abscisas debe entenderse como una función de la potencia pico recibida (o transmitida) A2, siendo el valor pico A el mismo para todos los sistemas. La potencia promedio en ASK es A2/4, mientras que es A2/2 en FSK, PSK y DPSK, donde A es la amplitud de la portadora a la entrada del receptor. Las curvas de la figura muestran, para un Pe dado, que el sistema PSK es el que requiere menor potencia, seguido de DPSK, FSK coherente, FSK no coherente, ASK coherente y ASK no coherente. Si la comparación se hace en términos de la potencia promedio, entonces ASK y FSK tendrían las mismas características para un mismo Pe, pero como el diseño, y por supuesto el costo, de los equipos de transmisión y recepción dependen más bien de la potencia pico que de la potencia promedio, la comparación se hace respecto a la potencia pico requerida y es lo que se ilustra en la figura. Con este criterio, el sistema ASK casi no se emplea por la alta potencia pico que demanda y por los problemas de ajuste de umbral; el sistema FSK coherente tampoco se emplea debido más que todo a los problemas de sincronización de las portadoras utilizadas. Pág. 46 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-9: Error en modulación binaria En la práctica, los sistemas más utilizados son entonces el PSK, el DPSK y el FSK no coherente. Los módems comerciales a menudo trabajan con estos tres tipos de modulación. En cuanto a la instrumentación práctica de estos sistemas, los sistemas PSK, DPSK, FSK y ASK difieren muy poco en lo que se refiere a la instrumentación del transmisor, pero en el receptor la complejidad dependerá de si se utiliza detección coherente o no coherente, pues la detección coherente es, sin duda, más compleja. Entre los sistemas no coherentes, el DPSK es menos complicado que el FSK no coherente. Por otro lado, si en el canal se produce “desvanecimiento (fading)” de la señal, Pág. 47 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF entonces hay que utilizar sistemas no coherentes debido a la dificultad para establecer la sincronización local cuando hay perturbaciones en el canal. Sin embargo, si el transmisor tiene limitaciones severas en cuanto a la potencia disponible (caso de satélites, estaciones remotas y comunicaciones espaciales), debe utilizarse los sistemas coherentes ya que ellos demandan menor potencia que los no coherentes para una velocidad de señalización y probabilidad de error dadas. En un caso práctico el diseñador del sistema debe ponderar cada situación y seleccionar un sistema de acuerdo con las especificaciones que se establezcan para el proyecto. Sin embargo, podemos establecer algunos criterios o guías para simplificar el procedimiento de selección. Estas guías son las siguientes: 1. Si el ancho de banda es el parámetro más importante, los sistemas DPSK y el PSK son los más apropiados. 2. Si el consumo de potencia es lo más importante, los sistemas más apropiados son el PSK y el DPSK. 3. Si la complejidad del equipo es un factor limitativo y las condiciones del canal lo permiten, los sistemas no coherentes son preferibles a los coherentes. Una fuente muy importante de información sobre los sistemas de modulación digital prácticos y sus aplicaciones son los catálogos de los fabricantes y vendedores de equipos. Modulación M-aria La mayoría de los sistemas de transmisión de datos a baja velocidad opera bajo el principio de la codificación binaria. En tales casos, la Pág. 48 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF frecuencia de señalización está limitada a un valor del orden del ancho de banda del canal de transmisión. Sin embargo, si el nivel de ruido o cualquiera otra distorsión de la señal lo permite, se pueden transmitir M valores de amplitud, frecuencia o fase de una portadora sinusoidal. En esta forma, cada baudio puede transportar más de un bit de información, es decir, el rendimiento del canal aumenta. Las técnicas M-arias en ASK y PSK no aumentan el ancho de banda requerido, mientras en FSK M-aria el ancho de banda requerido es mayor para un mismo incremento en el “empaquetamiento” de bits. Utilizando las técnicas M-arias se puede transmitir información, sobre un canal telefónico, hasta 14400 bps con una velocidad de modulación máxima de 2400 baudios. Velocidades de información superiores a 14400 bps se pueden lograr pero solamente mediante compresión de datos. Por ejemplo, el Módem UIT-T V.32 permite la transmisión, sobre un canal telefónico, a una velocidad de 9600 bps y con una velocidad de modulación máxima de 2400 baudios; con técnicas de control de error y compresión de datos puede llegar hasta 56 Kbps, como es el caso del Módem UIT-T V.90. En los enlaces de microondas usualmente se utiliza PSK 4-ario y 8-ario; por ejemplo, se utiliza PSK 4-ario en el sistema satelital SPADE para la transmisión de señales de voz en PCM mediante el satélite INTELSAT, con una velocidad de transmisión de 64 kbps y un ancho de banda de 38 kHz. En la práctica pocas veces se encuentra un canal que tenga el ancho de banda exacto para transmitir una señal mediante técnicas binarias. Cuando el ancho de banda es el factor limitativo, se utiliza técnicas Marias para transmitir información sobre el canal pasa banda. Aún cuando el canal tenga un ancho de banda mayor que el requerido en modulación binaria, las técnicas m-arias se utilizan para mejorar la inmunidad al ruido aunque se aumente la demanda de potencia; pero, por otro lado, se aumenta el rendimiento de transmisión por el canal. En Pág. 49 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF resumen, las técnicas PSK y DPSK M-arias conservan el ancho de banda aunque se aumenta el requerimiento de potencia, mientras que las técnicas FSK M-arias consumen menor potencia pero aumentan el ancho de banda requerido. Los sistemas más utilizados en la práctica son el PSK M-ario, el DPSK M-ario y el FSK M-ario de Banda Ancha. En los sistemas binarios, hemos visto, el modulador procesa cada dígito binario de duración Tb asignándole una cualquiera de dos señales diferentes, siendo la velocidad de transmisión: Vi = 1/Tb (bps) Ecuación II-8: Velocidad de transmisión en sistemas binarios En los sistemas M-arios el mecanismo de modulación es similar. En efecto, el modulador M-ario procesa, en el mismo tiempo Tb , bloques de L dígitos binarios asignándole a cada bloque distinto una cualquiera de M señales diferentes posibles, de acuerdo con la relación: M = 2L Ecuación II-9: Orden del sistema de modulación La velocidad de transmisión ha aumentado L veces, es decir, ahora es: Vis = L.Vi (bps) Ecuación II-10: Velocidad de transmisión para sistemas M-arios pero se habrá introducido algunas restricciones sobre la potencia y el ancho de banda de la señal transmitida, factores que dependerán del esquema de modulación utilizado. Codificación y modulación compuesta Pág. 50 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Codificación Se puede demostrar que la máxima velocidad de modulación (en baudios o impulsos por segundo) que un canal ideal puede soportar es del orden del ancho de banda del canal, y los canales de voz, cuyo ancho de banda es de aproximadamente 3 Khz., pueden transmitir teóricamente hasta 3000 baudios. Los canales reales, debido al ruido y a los diferentes tipos de distorsión, tienen un ancho de banda efectivo mucho más angosto. Cuando los datos se transmiten a velocidades relativamente bajas (hasta 1200 bps), la señal modulada puede llevar la información en forma binaria. En general, el contenido de información de una señal codificada se puede expresar mediante la expresión: I = log2 m (bits) Ecuación II-11: Tasa de información donde I es la cantidad de información, en bits, y m el número de estados posibles. En el caso binario m = 2 y la información transmitida es de 1 bit por impulso o por baudio. Nótese que la palabra “bit” es una medida de la cantidad de información, pero como la palabra “bit” viene de la contracción inglesa “binary digit”, se ha generalizado el uso de la palabra “bit” para indicar también el impulso o dígito binario. Se debe estar atento a esta situación un poco ambigua y diferenciar cuándo la palabra “bit” significa “cantidad de información” y cuándo significa “impulso o dígito binario”. Se puede demostrar también que si los impulsos tienen una duración Tb, la velocidad de información se puede expresar en la forma: Pág. 51 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Vi = (1/ Tb) . log2 m = Vb . log2 m (bps) Ecuación II-12: Velocidad de información donde Vb=1/Tb es la velocidad de modulación, en baudios. Nótese que en el caso binario, las velocidades de información y de modulación son iguales numéricamente. 3. Protocolos de transmisión de datos Cualquier estudio o aplicación de los principios de la transmisión de datos es difícil sin una comprensión clara y precisa de los términos utilizados. En primer lugar vamos a definir lo que es la comunicación digital. La Comunicación Digital es la estructura necesaria para transportar información codificada desde un punto a otro punto. Estos dos puntos pueden estar separados en el tiempo o en la distancia, y desde el punto de vista del usuario final de la información, la transmisión sin falla de la información tiene un valor agregado de gran importancia. Un aspecto fundamental a considerar, es el sistema de transmisión de datos, debido a que existe una gran diversidad de estructuras de protocolos. Cada una de ellas tiene fortalezas y debilidades que deben evaluarse en relación al ámbito y condiciones externas en las cuales van a ser utilizados. Uno de los aspectos condicionantes es el medio por el cual van a ser transmitidos los datos, ya que el éste condiciona ciertos aspectos de la estructura de los datos transmitidos y que pone a prueba la robustez de los protocolos en cuanto a la fiabilidad y velocidad de la información transferida. Pág. 52 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Otra faceta a observar es la difusión de las estructuras de protocolos ya que mientras más conocida sea, tanta más información puede obtenerse al respecto, mayor el conocimiento sobre los diversos aspectos de la misma y menores las posibilidades da fallos en la aplicación de esta. Bajo esa perspectiva, teniendo en cuenta que es deseable una cierta capacidad para transmitir datos que requieren una tasa de transferencia considerable y que la variedad de los datos a enviarse es amplia se considerarán solo aquellos sistemas de transmisión de datos que se ajusten a estos objetivos. a) Conceptos básicos Uno de los conceptos a tener en cuenta es la velocidad de transmisión. Por consiguiente se hace necesario definir las velocidades de transmisión y evitar la confusión que se ha creado. Un ejemplo muy común es la confusión entre el baudio, el bit y el bit por segundo (bps). El baudio es un parámetro de naturaleza eléctrica que representa la velocidad de modulación o velocidad básica de transmisión en impulsos por segundo y está muy relacionado con el ancho de banda del canal. Estrictamente hablando, el baudio es un enunciado de la velocidad de señalización e indica cuántos impulsos de portadora son apropiados para transmitir información por unidad de tiempo sobre un canal dado. Por otro lado, el bit es la unidad de información y es una medida de la cantidad de información contenida en un mensaje dado y que puede transmitirse mediante impulsos o en cualquier otra forma. El baudio no se refiere entonces a la cantidad o flujo de información; la cantidad de información que se puede “empacar” en cada baudio se representa por el número de bits por baudio, y la velocidad o flujo de la información se expresa en bits por segundo (bps). Pág. 53 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La velocidad de modulación en un canal dado generalmente es fija, mientras que la velocidad de la información puede ser variable. En un sistema estrictamente binario sucede que cada impulso contiene un bit de información, de modo que en este caso la velocidad de la información, en bps, y la velocidad de modulación, en baudios, es la misma. Otro parámetro importante entonces es conocer la capacidad del medio o del canal. En efecto, los medios de transmisión están expuestos a diversas perturbaciones propias del mismo que alteran las señales de datos en el curso de la transmisión produciendo errores en el punto de destino de la información. Para caracterizar esta situación, Shannon [Shannon, 1948] demostró que la capacidad de transmisión de un canal, en bps, venía dada mediante la expresión C = B+ log2 (1+ S/N) [bps] Ecuación II-13: Capacidad de canal donde S es la potencia promedio de la señal, N la potencia promedio del ruido y B el ancho de banda del canal. Esta expresión, conocida como “Ecuación de Hartley-Shannon”, permite determinar el flujo máximo de la información sobre un canal en términos de tres parámetros (S, N y B) conocidos o fácilmente cuantificables. b) Modos de transmisión Cuando se transmite información sobre un canal digital se utiliza dos categorías o modos de operación: el modo de operación asincrónica y el modo de operación sincrónica. Operación Asincrónica En el modo de operación asincrónica se transmite un carácter de código a la vez. Cada carácter de código incluye dígitos de arranque, paridad y Pág. 54 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF parada, denominados “dígitos redundantes”. Estos dígitos redundantes indican al receptor el comienzo de un carácter, dónde termina y un dato adicional (la paridad) para efectos de detección de error; todos los dígitos tienen la misma duración excepto el de parada cuya duración es variable (una, una y media o dos veces la duración de los otros) según la aplicación. El carácter de código contiene también de 5 a 8 dígitos de información; este campo de información permite entonces codificar la información en Baudot, ASCII o en EBCDIC. La longitud máxima del carácter de código es de 11 dígitos binarios. Ilustración II-10: Caracter de Operación Asincrónica La transmisión asincrónica se utiliza muchas veces cuando por los terminales se transmite los caracteres uno a uno; la velocidad de transmisión de los octetos es variable. La operación asincrónica se emplea bastante pues las interfaces son más sencillas y económicas, y es aplicada cuando los datos se transmiten a baja velocidad y a intervalos aleatorios. Operación Sincrónica En aplicaciones donde se necesita altas velocidades de transmisión se utiliza el modo de operación sincrónica. En este modo de operación a los caracteres de código se les elimina los dígitos redundantes y los Pág. 55 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF caracteres se agrupan en tramas o formatos precedidos y/o terminados por caracteres especiales de sincronización como, por ejemplo, el carácter ASCII SYN o un carácter de la forma 01111110 denominado “bandera”. Este método de transmisión es el más utilizado y se emplea para velocidades de 2400 bps en adelante, tanto en semidúplex como en full dúplex. Ilustración II-11:Trama en Operación Sincrónica Los caracteres SYN, SOH y EOT son caracteres de control. Las señales de sincronización establecen el ritmo o cadencia entre el transmisor y el receptor, de manera que ellos estén de acuerdo de que ocho dígitos u octeto, por ejemplo, constituyen un carácter. La velocidad de transmisión es constante. Este es el modo de transmisión utilizado en los protocolos de comunicación, como veremos más adelante. Operación Semidúplex, Fulldúplex y Simplex Como ya lo hemos señalado anteriormente, en operación semidúplex (Half Duplex – HDX) los datos se intercambian alternativamente entre la fuente (A) y el destino (B); la trayectoria de transmisión puede ser una línea de dos o cuatro conductores. Si la trayectoria es por radio, se utiliza una sola frecuencia, lo que representa un ahorro de equipamiento y utilización del espectro radioeléctrico. Pág. 56 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Cuando se transmite en semidúplex, es necesario tener en cuenta el tiempo necesario para que el canal se estabilice antes de invertir el flujo de información. A fin de proteger al sistema contra los ecos producidos por una transmisión anterior, debe dejarse transcurrir un cierto tiempo en el terminal que está recibiendo antes de empezar a transmitir. El lapso comprendido desde el momento que el transmisor de origen deja de transmitir y el momento en que el transmisor de destino se activa, se denomina “tiempo de silencio o tiempo de retorno (turn-around time)”. Con la operación Simplex (SX) la transmisión es en un solo sentido. La televisión comercial, la radiodifusión y la transmisión de un instrumento de medida son ejemplos de transmisión Simplex. En operación full dúplex (FDX) el flujo de información es simultáneo en ambos sentidos. Si la línea es de cuatro conductores, dos conductores transmitirán en un sentido y los otros dos en sentido contrario; la frecuencia puede ser la misma. Si la línea es de dos conductores, entonces hay que hacer un multiplexación en frecuencia, es decir, en una dirección se transmite a una frecuencia o banda dada, mientras que en la otra dirección se transmite a una frecuencia o banda diferente; igualmente si la transmisión es por radio. Transmisión Punto a Punto y Multipunto La configuración básica de la mayoría de los sistemas de transmisión de datos está conformada por un computador o procesador central con terminales en línea punto a punto o en multipunto. Esta situación introduce la noción de “Estación Primaria o Maestra” que controla los enlaces, y de “Estaciones Secundarias o Esclavas” que solamente responden a la Maestra. Una vez establecido el enlace, la Maestra puede iniciar el flujo de datos sea mediante interrogación (polling) Pág. 57 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF o mediante selección (selecting). El polling es un comando mediante el cual la Maestra le solicita a una o varias Esclavas que transmitan algún tipo de información. La selección es una notificación a una o varias Esclavas de que estén listas para recibir información. En los sistemas de telemetría y telecontrol generalmente se opera en el denominado Modo de Respuesta Normal (NRM), en el cual todas las estaciones secundarias están subordinadas a la estación principal y no efectúan ninguna operación que no sea solicitada por la estación principal. Este es el Sistema Maestra/Esclava. Ilustración II-12: Configuración Punto-Multipunto Técnicas de Multiplexado En las secciones anteriores se ha discutido varias de las técnicas de transmisión en términos de su habilidad para transportar información generada por una sola fuente. Pero en la práctica es necesario enviar simultáneamente una gran cantidad de mensajes diferentes por un medio de transmisión dado. El proceso de operación multicanal permite, mediante las técnicas llamadas de múltiplex o multiplexado, combinar en el transmisor los mensajes de varias fuentes de información, Pág. 58 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF transmitirlos como un solo bloque y luego separarlos en el receptor. Como solamente se necesita un transmisor y un receptor, aunque mucho más complicados, una ventaja de la operación multicanal es la disminución de equipo y, por supuesto, costo. La banda de frecuencias o intervalo de tiempo asignado a cada mensaje individual se denomina comúnmente canal. Hay tres formas de multiplexado que son de interés: 1. Multiplexado por División de Frecuencia (Frequency-Division Múltiplex, FDM) 2. Multiplexado por División de Tiempo (Time-Division Múltiplex, TDM) 3. Multiplexado por División de Código (Code-División Multiplex, CDM) El sistema FDM, el cual es directamente aplicable a señales continuas, en esencia consiste en colocar lado a lado, mediante modulación y sin solapamiento, los espectros de las señales con mensaje individuales y formar así un espectro compuesto o señal de banda de base compuesta que se transmite; las señales se reparten el ancho de banda disponible del canal de transmisión. En la figura se muestra el mecanismo del multiplexado por división de frecuencia (FDM). Pág. 59 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-13: Multiplexado por División de Frecuencias El sistema TDM combina, en el tiempo y sin solapamiento, los valores de muestra, codificados o no, de los mensajes individuales; el tiempo es compartido por las señales individuales. La transmisión de cada muestra ocupa todo el ancho de banda del canal pero sólo una parte del tiempo, pudiéndose aprovechar el intervalo entre muestras para transmitir las muestras de otras señales mensaje. La separación de las señales individuales en el receptor se efectúa mediante circuitos de sincronización apropiados. En la figura próxima se muestra el mecanismo de multiplexado por división de tiempo. El Multiplexado por División de Código (Code-Division Multiplex – CDM), también conocido como Acceso Multiple por División de Códigos (CodeDivisión Múltiple Access - CDMA) es una forma de dividir el medio utilizando diferentes secuencias de códigos seudo-aleatorios para cada usuario. CDM es una forma de transmisión de espectro expandido (Spread Spectrum) ya que el código modulado por la señal tiene un ancho de banda mucho mayor que los datos a ser transmitidos. Pág. 60 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración II-14: Multiplexado por División de Tiempo Una forma de simplificar la idea es imaginar una habitación llena de gente hablando al mismo tiempo, pero cada conversación independiente utilizando un idioma diferente. Cada grupo que utiliza el mismo idioma se entiende entre si, mientras que no interfiere con la comunicación de otros grupos, mientras todos ocupan el mismo canal. De esta forma hay muchos códigos ocupando el mismo medio, pero solo aquellos usuarios asociados a un código en particular pueden comunicarse entre sí. Esta forma de CDM se la conoce como CDMA sincrónica y hace uso de una propiedad matemática aplicada a los códigos denominada ortogonalidad. Esta técnica requiere un buen sincronismo para el uso de los códigos, así como de un estricto control de potencia en los terminales, debido a que las transmisiones de otros códigos son percibidas por cada receptor como ruido de banda ancha. c) Características de los protocolos a nivel físico Redes inalámbricas En las redes cableadas, un destino es equivalente a una ubicación física, mientras que en redes inalámbricas esto es raramente así. Pág. 61 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En general se pueden destacar ciertas características que distinguen a este tipo de medios: 1. El medio no tiene límites absolutos u observables, fuera de cada estación. 2. Es desprotegido frente a señales externas. 3. La comunicación es significativamente menos confiables que en medios cableados. 4. Su topología es dinámica 5. Falta de conectividad completa. No es válido asumir que las estaciones pueden recibirse todas entre si. Algunas pueden estar escondidas para otras. 6. Condiciones de propagación asimétricas y variables en el tiempo. 7. En la banda de HF los canales tienen poca capacidad, es decir ancho de banda y velocidad de señalización. 8. Los protocolos con gran cantidad de overhead,, así como las retransmisiones consumen aún más recursos del medio. Las funciones de los protocolos de capa física deben consistir al menos de dos tipos de funciones, a saber: 1. Una función de convergencia, que adapte las capacidades del sistema dependiente del medio a los servicios de capa física. Entre otras cosas, significa mapear la información de capas superiores a formatos compatibles para transmitir y recibir datos e información de gestión entre dos estaciones. Pág. 62 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 2. Un sistema dependiente del medio físico que defina las características y métodos para transmitir y recibir datos a través de un medio inalámbrico. d) Protocolos de transmisión a nivel de enlace El intercambio de información en un sistema de transmisión de datos exige una serie de pasos bien definidos o diálogo entre las estaciones transmisoras y receptoras. Estos pasos o fases implican diversos procedimientos: • La elaboración de un formato para el “encapsulamiento” de la información. • La determinación o selección de un enlace dado entre dos estaciones adyacentes. • La petición o demanda para transmisión o recepción de información. • La verificación de que la información recibida no contiene errores. • La repetición de una trama de información que ha sido recibida con errores. • El control del flujo de la información. • La transmisión transparente de la información. • La detección de Tiempo Cumplido (“time-out”). • La finalización de la transmisión. Pág. 63 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • La supervisión, control y sincronización de las estaciones en el caso de transmisión sincrónica El intercambio de información entre estaciones se efectúa mediante la ayuda de los Protocolos de Comunicación tanto en sistemas punto a punto como en sistemas multipunto, e) Protocolos de transmisión a nivel de red Estos protocolos a primera vista, no se ven afectados por el tipo de medio elegido, ya que cuentan con los servicios de la capa de enlace que enmascara los requerimientos típicos del medio elegido, haciendo uso de las primitivas de la capa física y ofreciendo a su vez los servicios a la capa de red. Si bien en la teoría esto es cierto, hay ciertas limitaciones del medio físico que afectan, si bien indirectamente, al los procedimientos y aplicaciones del usuario. Quizás la más intuitiva es la capacidad del medio, lo que se traduce, en definitiva, como la velocidad de transmisión de información en forma confiable, tolerada por el medio. Por ello es que es deseable que estos protocolos posean una buena relación entre los encabezados (overhead) para la gestión del intercambio de información, frente a la capacidad de transporte de información del usuario o carga útil (payload). Otro aspecto importante a considerar, según lo expresado al inicio del presente trabajo, es que el mismo debe ser de amplia difusión, abierto en cuanto a su operación y simple en la implementación. Pág. 64 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF D. MARCO NORMATIVO Y LEGAL A las características técnicas, hay que agregar los aspectos normativos y legales vigentes en el país, como así los internacionales, debido a que los sistemas inalámbricos tienen la particularidad ya mencionada de poder viajar en forma teóricamente indefinida, por el aire y por lo tanto transponer límites y fronteras, lo que podría suponer la interferencia con servicios similares en otras regiones del globo. Es por ello que desde sus inicios, distintas entidades, respaldadas por la mayoría de los países se han encargado de reglamentar la distribución, uso y aplicaciones del espectro radioeléctrico, en particular en la transmisión aeroespacial. Asimismo cada país cuenta con reglamentaciones y normativa propia, ajustada a acuerdos internacionales, que rigen, limitan y garantizan el uso de tales sistemas. A continuación se detallarán las normas, recomendaciones y legislación vigente más importante en lo que respecta al presente trabajo. 1. Entidades internacionales El sector de las telecomunicaciones, que comprende a las radiocomunicaciones, está organizado a nivel internacional en el marco de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que se ocupa de la coordinación y la gestión del espectro de frecuencias en el plano mundial entre la UIT y las administraciones nacionales existen dos tipos de organizaciones que también participan en las cuestiones relativas a las frecuencias, en el plano regional o mundial. En el plano regional, se han creado organizaciones que agrupan a las administraciones y asocian, en su caso, a los industriales y operadores de Pág. 65 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF radiocomunicación y tienen por objetivo elaborar posiciones comunes con miras a preparar las decisiones de la UIT, armonizar las atribuciones nacionales de frecuencias dentro del marco relativamente flexible fijado por la UIT, para permitir la introducción coordinada de nuevos servicios, o armonizar las normas y los procedimientos de homologación de los equipos para su libre circulación y utilización en los países correspondientes. Tanto en el plano mundial como regional, existen también organizaciones internacionales especializadas en diferentes sectores de actividad que utilizan las radiocomunicaciones y que, por consiguiente, dependen de la disponibilidad de este recurso. Estos sectores son la aviación civil, la marina, la meteorología, las organizaciones de defensa, la radiodifusión, los radioaficionados, la radioastronomía y la investigación. Por último, la Organización Mundial del Comercio, en el marco del "Acuerdo General sobre el Comercio de Servicios" (AGCS), a la vez que reconoce los derechos soberanos que tienen los Estados de administrar las frecuencias en función de sus propios objetivos, prosigue la elaboración de los instrumentos necesarios para que el ejercicio de ese derecho no conduzca a la creación de verdaderos obstáculos al comercio de servicios entre sus miembros. En ese contexto, la elaboración de normas de alcance regional o mundial constituye una de las herramientas fundamentales para promover una utilización eficaz y económica del espectro y el desarrollo de los servicios de radiocomunicaciones. a) Principios internacionales en materia de utilización del espectro El espectro de las frecuencias radioeléctricas constituye un recurso natural inagotable, que se encuentra disponible, tanto en todos los países Pág. 66 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF como en el espacio exterior. Con motivo de la interferencia perjudicial que toda estación radioeléctrica de emisión puede ocasionar a usuarios del espectro situados en la Tierra o en el espacio, se considera que el espectro es un bien común de la humanidad, y que es conveniente administrarlo de manera racional y coordinada entre todos los países. Es con este criterio que desde hace más de un siglo la Unión Internacional de Telecomunicaciones elabora instrumentos jurídicos relativos a la utilización del espectro sobre la base de los principios fundamentales siguientes: a. A la vez que se reconoce plenamente a cada Estado el derecho soberano de reglamentar sus telecomunicaciones, evitar las interferencias perjudiciales entre las estaciones de radiocomunicación de los diferentes países. b. Mejorar la utilización del espectro de frecuencias radioeléctricas para los servicios de radiocomunicación y de la órbita de los satélites geoestacionarios y demás órbitas. c. Facilitar la normalización mundial de las telecomunicaciones, con una calidad de servicio satisfactoria y armonizar el desarrollo de los medios de telecomunicación, para utilizar óptimamente las posibilidades que ofrecen. d. Estimular la cooperación y la solidaridad internacionales. El Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (RR) constituye el principal marco reglamentario en el que los Estados se comprometen a poner en práctica los servicios de radiocomunicación y la herramienta básica para la utilización de las frecuencias en el plano internacional. Tiene valor de tratado internacional, y se revisa periódicamente (aproximadamente cada tres años) en las Conferencias Mundiales de Pág. 67 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Radiocomunicaciones (CMR), en las que participan la mayoría de los países Miembros de la UIT. El RR especifica particularmente las bandas de frecuencias atribuidas a los diferentes reglamentarias servicios y los de radiocomunicación, procedimientos que las deben condiciones emplear las administraciones para establecer las estaciones radioeléctricas que permiten suministrar esos servicios. El principio que rige todas esas disposiciones es que cada vez que se utilice una nueva frecuencia, se debe velar por no producir interferencia perjudicial a los servicios brindados por estaciones que utilizan frecuencias asignadas de conformidad con el RR e inscritas en el Registro Internacional de Frecuencias. El objetivo del RR, tal como ha sido perfeccionado por las sucesivas CMR desde hace unos 50 años, es dejar a cada país la mayor libertad posible en materia de utilización del espectro. En particular, el Cuadro de atribución de las bandas de frecuencias (artículo 5) autoriza en cada banda varios servicios de radiocomunicación, que no son forzosamente compatibles entre sí localmente, pero entre las cuales cada país puede escoger el que desea utilizar en su territorio. Las disposiciones reglamentarias y los procedimientos del RR permiten luego que cada país, en su caso, coordine las estaciones de los servicios escogidos con las de otros países que podrían resultar afectados, para obtener de esta manera la máxima eficacia en la utilización del espectro. b) Tratados o Acuerdos multilaterales Los acuerdos que vinculan a los Estados Miembros en el marco de la UIT constituyen la base de la gestión del espectro en el plano mundial. Si bien se admite que la utilización del espectro radioeléctrico incumbe a la soberanía de los Estados, para que esa utilización sea eficaz es Pág. 68 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF necesario reglamentarla y, por lo tanto, limitar esa soberanía; los acuerdos internacionales de la UIT son los instrumentos fundamentales de alcance mundial en virtud de los cuales los Estados se comprometen a respetar reglas comunes de distribución y utilización del espectro, con miras a una utilización eficaz y un acceso equitativo al espectro. Los instrumentos de la UIT, por lo menos los pertinentes a la gestión del espectro, son la Constitución (CS), el Convenio (CV) y, principalmente, el Reglamento de Radiocomunicaciones (RR). Es importante observar que esos instrumentos sólo comprometen a los Estados entre sí y, por tanto, no son aplicables directamente a los particulares, operadores o demás interesados en la utilización del espectro. No obstante, en aras del respeto de esos compromisos, cada Estado debe transmitir de manera adecuada (legislación, reglamentación, cláusulas en las licencias y autorizaciones) esa obligación a los usuarios del espectro (operadores, administraciones, particulares, etc.). Como ejemplo podemos mencionar a la CITEL (Comisión Interamericana de Telecomunicaciones) 2. Normas nacionales El espectro radioeléctrico es un bien que pertenece al dominio público del Estado. A ese respecto, el espectro está sujeto a un derecho específico y debe ser administrado con el objetivo de obtener el mayor beneficio posible para toda la colectividad. Por ello, tanto el Estado como los operadores autorizados del espectro tienen derechos y obligaciones y son responsables en caso de incumplimiento de esas obligaciones. Pág. 69 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF a) Derechos, obligaciones y responsabilidad del Estado Atribución del espectro y disposiciones conexas Corresponde al Estado, o a una autoridad reglamentaria delegada por éste, distribuir las bandas de frecuencias entre los usos gubernamentales o administrativos, el sector audiovisual y las telecomunicaciones del sector comercial e industrial privado. Para efectuar esa distribución se tienen en cuenta los compromisos internacionales del Estado. En la Argentina esta responsabilidad recae en la Comisión Nacional de Comunicaciones (CNC) que depende de la Secretaría de Comunicaciones (SeCom). La CNC es quien debe establecer y actualizar el cuadro nacional de atribución de las bandas de frecuencia y el registro nacional de frecuencias que contiene las asignaciones de frecuencias. Esta autoridad coordina la instalación de estaciones radioeléctricas en el territorio nacional, a fin de garantizar una utilización óptima de los lugares disponibles que permita alcanzar la mejor compatibilidad electromagnética de conjunto. Utilización de las frecuencias para señales audiovisuales y telecomunicaciones del sector comercial e industrial privado La utilización de frecuencias radioeléctricas en el territorio nacional para transmitir o para transmitir y recibir señales, está sujeta a una autorización administrativa (licencia). La CNC expide las autorizaciones individuales de explotación del espectro en el territorio nacional mediante la atribución de determinadas frecuencias. Pág. 70 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En el caso de estaciones radioeléctricas situadas en puntos extraterritoriales (mar, espacio), la CNC puede, asimismo, expedir autorizaciones, de conformidad con los acuerdos internacionales. El Estado puede exigir a los operadores autorizados que paguen una compensación monetaria por el derecho a utilizar el espectro que otorga. La CNC define las normas o requisitos esenciales relativos a: • la salud pública; • la compatibilidad electromagnética; • una utilización eficaz del espectro atribuido a las radiocomunicaciones terrestres o espaciales y de los recursos orbitales, a fin de evitar las interferencias perjudiciales. Los equipos radioeléctricos cuya utilización esté autorizada en el territorio nacional deberán ajustarse a esas normas o requisitos esenciales. b) Derechos, obligaciones y responsabilidades de los operadores autorizados La autorización (o licencia) no confiere la propiedad de una parte del espectro, sino solamente el derecho de utilizarlo durante un periodo de tiempo que se precisa en la autorización, y de conformidad con las reglas que figuran en un pliego de condiciones anexo a esa autorización. El Estado o la autoridad delegada pueden limitar el número de autorizaciones de acceso al espectro debido a limitaciones técnicas inherentes a la disponibilidad de las frecuencias. Pág. 71 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 3. Legislación vigente En la Argentina se encuentra vigente la Ley de Telecomunicaciones n° 19.798. La Ley Nacional de Telecomunicaciones N° 19.798 se transcribió de la publicación del Boletín de la Subsecretaría de Comunicaciones n° 9174, del 1 de septiembre de 1972. La presente Ley fue además publicada en el Boletín Oficial n° 22.489, del 23 de agosto de 1972. La Ley Nacional de Radiodifusión, N° 22.285/80 derogó el Capítulo V del Título III, el Capítulo II del Título IV y todas las disposiciones del Título Vll referidas a Radiodifusión, de la presente Ley. El Decreto N° 59/90 excluyó de la dicha Ley los artículos 4° inciso a) y b), 14, 18, 29, 37, 55, 67, 128, 130, 131, 141, y 142. La Ley N° 24.687 (BO. 28480 del 17/9/96) modificó el artículo 54 de esta Ley. Además se estableció un programa de acuerdo a lo expuesto en los Decretos PEN 92/97 (Rebalanceo tarifario) Decreto PEN 264/98 y 266/98 y en las resoluciones SC 49/97 y 16200/99 (Plan Nacional de Licencias). a) Creación de la CNC Por el Decreto Nº 521/2002 el Poder Ejecutivo Nacional dispuso la intervención de la COMISIÓN NACIONAL DE COMUNICACIONES por el período de vigencia de la Ley de Emergencia Pública y de Reforma del Régimen Cambiario Nº 25.561, motivado por razones operativas y funcionales para proceder de manera eficaz a su reorganización. La CNC fue creada por el Decreto 660/1996 a partir de la fusión de la CNT y la CNCT; y funciona como organismo descentralizado de la Secretaría de Comunicaciones de la Nación. Pág. 72 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Su estructura organizativa fue aprobada por Decreto 1626/96 y sus competencias específicas están definidas en el Manual de Misiones y Funciones (Res. CNC 2065/99) Sus objetivos son: • Ejercer el poder de policía del espectro radioeléctrico, de las telecomunicaciones y de lo servicios postales, aplicando y controlando el cumplimiento efectivo de la normativa vigente en la materia. Aplicar las sanciones previstas en los respectivos marcos regulatorios. • Asistir a la Secretaría de Comunicaciones en la actualización y elaboración de los Planes Técnicos Fundamentales de Telecomunicaciones y en el dictado de los reglamentos generales de los servicios de su competencia. • Prevenir y sancionar conductas anti-competitivas • Asistir a la Secretaría de Comunicaciones en el ejercicio de la representación nacional ante los organismos y entidades internacionales. b) Normativa relacionada Decreto PEN 764/2000; B.O. 29476 (05/09/2000) Desregulación de los servicios. Apruébense los Reglamentos de Licencias para Servicios de Telecomunicaciones, Nacional de Interconexión, General del Servicio Universal y sobre Administración, Gestión y Control de Espectro Radioeléctrico. Resolución SC 1619/1999; B.O. 29248 (12/10/1999) Pág. 73 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Modificación de la resolución nº. 2423/99, en relación con las normas para la habilitación de estaciones y sistemas de telecomunicaciones.Resolución Secretaría de Comunicaciones 235/2001; B.O. 29701 (01/08/2001) Normas básicas de asignación de frecuencias en las modalidades Compartida y Exclusiva destinadas a la instalación y funcionamiento de estaciones radioeléctricas de los servicios fijo y móvil terrestre, que operan en frecuencias inferiores a 30 MHz LF, MF y HF) y entre este último valor y 960 MHz (VHF y UHF). DG33 Directiva General DNRc. 33-04: "Máxima señal útil admisible en los servicios fijo y móvil terrestre en ondas métricas y decimétricas" DG36 Directivas Generales DNRc. 36-01 y 36-03: "Verificación de la señal útil en sistemas radioeléctricos pertenecientes al servicio móvil terrestre en ondas métricas y decimétricas" 4. Estándares Internacionales a) IEEE - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos IEEE corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics Engineers y es una asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Es la mayor asociación internacional sin fines de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica, Pág. 74 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF científicos de la computación, ingenieros en informática e ingenieros en telecomunicación. Su creación se remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a personalidades de la talla de Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre de IEEE al fusionarse asociaciones como el AIEE (American Institute of Electrical Engineers) y el IRE (Institute of Radio Engineers). A través de sus miembros, más de 360.000 voluntarios en 175 países, el IEEE es una autoridad líder y de máximo prestigio en las áreas técnicas derivadas de la eléctrica original: desde ingeniería computacional, tecnologías biomédica y aeroespacial, hasta las áreas de energía eléctrica, control, telecomunicaciones y electrónica de consumo, entre otras. Según el mismo IEEE, su trabajo es promover la creatividad, el desarrollo y la integración, compartir y aplicar los avances en las tecnologías de la información, electrónica y ciencias en general para beneficio de la humanidad y de los mismos profesionales. La Sección Argentina del IEEE (el Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica) fue fundada en 1939 y actualmente cuenta con 11 Capítulos de 15 Sociedades Técnicas, un Grupo de Afinidad GOLD (Graduados de la Ultima Década), 24 Ramas Estudiantiles y la Subsección Córdoba. b) ISO - Organización Internacional para la Estandarización La Organización Internacional para la Estandarización o International Organization for Standardization, que nace después de la segunda guerra mundial (fue creada en 1946), es el organismo encargado de promover el desarrollo de normas internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la Pág. 75 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF eléctrica y la electrónica. Su función principal es la de buscar la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel internacional. La ISO es una red de los institutos de normas nacionales de 157 países, sobre la base de un miembro por el país, con una Secretaría Central en Ginebra, Suiza, que coordina el sistema. La Organización Internacional de Normalización (ISO), con base en Ginebra, Suiza, está compuesta por delegaciones gubernamentales y no gubernamentales subdivididos en una serie de subcomités encargados de desarrollar las guías que contribuirán al mejoramiento ambiental. Las normas desarrolladas por ISO son voluntarias, comprendiendo que ISO es un organismo no gubernamental y no depende de ningún otro organismo internacional, por lo tanto, no tiene autoridad para imponer sus normas a ningún país. Es una organización internacional no gubernamental, compuesta por representantes de los organismos de normalización (ON's) nacionales, que produce normas internacionales industriales y comerciales. Dichas normas se conocen como normas ISO y su finalidad es la coordinación de las normas nacionales, en consonancia con el Acta Final de la Organización Mundial del Comercio, con el propósito de facilitar el comercio, facilitar el intercambio de información y contribuir con unos estándares comunes para el desarrollo y transferencia de tecnologías. La Organización ISO está compuesta por tres tipos de miembros: • Miembros natos, uno por país, recayendo la representación en el organismo nacional más representativo. La Argentina es miembro nato a través del IRAM. • Miembros correspondientes, de los organismos de países en vías de desarrollo y que todavía no poseen un comité nacional de normalización. No toman parte Pág. 76 activa en el proceso de Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF normalización pero están puntualmente informados acerca de los trabajos que les interesen. • Miembros suscritos, países con reducidas economías a los que se les exige el pago de tasas menores que a los correspondientes. ISO es un órgano consultivo de la Organización de las Naciones Unidas. Coopera estrechamente con la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC) que es responsable de la estandarización de equipos eléctricos. c) IETF - Grupo de Trabajo en Ingeniería de Internet El IETF (Internet Engineering Task Force) es una organización internacional abierta de normalización, formada por diseñadores de red, operadores, vendedores e investigadores, que tiene como objetivos el contribuir a la ingeniería de Internet, actuando en diversas áreas, tales como transporte, encaminamiento, seguridad. Fue creada en EE.UU. en 1986. El estatuto de la misión de la IETF está descrito en la rfc 3935. Es una institución formada básicamente por grupos técnicos organizados por temas en varias áreas cuya misión es velar porque la arquitectura de la red y los protocolos técnicos que unen a millones de usuarios de todo el mundo funcionen correctamente. Es la organización que se considera con más autoridad para establecer modificaciones de los parámetros técnicos bajo los que funciona la red. Mucho del trabajo es distribuido vía listas de correo y se efectúan reuniones tres veces por año. d) ANSI - Instituto Nacional Estadounidense de Estándares El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés: American National Standards Institute) es una organización sin ánimo de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, Pág. 77 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI es miembro de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) y de la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC). La organización también coordina estándares del país estadounidense con estándares internacionales, de tal modo que los productos de dicho país puedan usarse en todo el mundo. Esta organización aprueba estándares que se obtienen como fruto del desarrollo de tentativas de estándares por parte de otras organizaciones, agencias gubernamentales, compañías y otras entidades. Estos estándares aseguran que las características y las prestaciones de los productos son consistentes, es decir, que la gente use dichos productos en los mismos términos y que esta categoría de productos se vea afectada por las mismas pruebas de validez y calidad. ANSI acredita a organizaciones que realizan certificaciones de productos o de personal de acuerdo con los requisitos definidos en los estándares internacionales. Los programas de acreditación ANSI se rigen de acuerdo a directrices internacionales en cuanto a la verificación gubernamental y a la revisión de las validaciones. En 1918 cinco sociedades dedicadas al mundo de la ingeniería y tres agencias gubernamentales fundaron el Comité Estadounidense de Estándares para la Ingeniería (en inglés AESC: American Engineering Standards Committee). Este comité se convirtió más tarde en el año 1928 en la Asociación de Estándares Estadounidense (en inglés ASA: American Standards Association). En 1966, ASA sufrió una reorganización para convertirse en el Instituto de Estándares de los Estados Unidos de América (en inglés USASI: the United States of America Standards Institute). El nombre tal cual lo conocemos actualmente fue adoptado en 1969. Pág. 78 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF e) TIA – Asociación Industrial de Telecomunicaciones La TIA (Telecommunications Industry Association) representa a miles de profesionales de telecomunicaciones gubernamentales, las (ITC) tecnologías en inteligencia la de de la información estandarización mercado y para y las asuntos cumplimiento de requerimientos ambientales orientado a productos. Las industrias miembros de diverso tamaño se benefician mediante su participación en comités, eventos, análisis de mercado y otras actividades. En 1924 se inicia lo que luego se denominaría United States Independent Telephone Association, de la cual se escinden en 1979 como un asociación afiliada actualmente. la TIA surge en 1988 luego de la fusión con la EIA (Asociación de fabricantes de radios). Actualmente cuenta con 600 miembros y está acreditada por el ANSI. Los estándares se denominan TIA/EIA f) Estándares Federales de Estados Unidos El Acta de Propiedad Federal y Servicios Administrativos de 1949 es una ley federal de los Estados Unidos de América que establece la Administración de Servicios Generales (GSA). Esta acta promueve la publicación de varios estándares federales por parte de la GSA. 5. Estándares en comunicaciones militares en HF La serie MIL-STD (Military Standard) de estándares militares es publicada por US DoD (United States Department of Defense – Departamento de Defensa de los Estados Unidos). De acuerdo con la Instrucción 4630.8 DoD, es política del US DoD que todas las fuerzas y operaciones combinadas y conjuntas sean soportadas por sistemas de Comando, Control, Comunicaciones e Inteligencia (C3I). Los estándares MIL-STD aseguran la interoperabilidad de los nuevos sistemas y equipamiento del Pág. 79 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF DoD. La serie 188 (MIL-STD-188-XXX) define los parámetros de diseño de telecomunicaciones, basado en la tecnología probada. Esta serie se subdivide en tres grupos de documentos: • MIL-STD-188-100: Cubre los estándares comunes para las comunicaciones tácticas y de largo alcance. • MIL-STD-188-200: Abarca los estándares para comunicaciones tácticas solamente. • MIL-STD-188-300: Cubre estándares para comunicaciones de larga distancia. STANAG es la abreviatura NATO para Standardization Agreement (Acuerdos de Estandarización), el cual define los procedimientos, procesos, términos y condiciones para procedimientos técnicos y militares, a realizar por los países miembros de la Alianza. La serie STANAG provee procedimientos administrativos y operacionales comunes y la logística necesaria. Las STANAG son publicadas en idioma inglés y francés, las dos lenguas oficiales de la NATO, por la NATO Standardization Agency en Bruselas. El Joint Interoperability Test Command (JITC – Comando Conjunto de Interoperabilidad y pruebas) verifica el cumplimiento de los estándares STANAG y realiza el chequeo de conformidad en Fort Huachuca, Arizona, EEUU. La serie STANAG es publicada por la NATO. Las normas STANAG usualmente tienen una copia MIL-STD correspondiente y solo difieren en algunos subtítulos. Los documentos STANAG mencionados en este trabajo no estuvieron disponibles para su revista, por lo que la información correspondiente se basó en artículos y papers producidos por la comunidad de HF. Los estándares FED-STD tienen como propósito facilitar la interoperabilidad y compatibilidad entre sistemas de telecomunicaciones Pág. 80 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF del gobierno federal de EEUU. Son preparados por el Federal Telecommunications Standards Committee, Arlington, EEUU y son de carácter mandatario para todas las Agencias y Departamentos Federales de EEUU. Pág. 81 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF III.DESARROLLO A. INTRODUCCIÓN Tal como se plateara en los apartados anteriores, en el capítulo presente se llegará a la integración y desarrollo en forma teórica de un sistema de transmisión de datos de diversa índole, utilizando un único medio de propagación de ondas electromagnéticas aprovechando en forma eficiente y adecuada las características de los medios, equipamientos comercialmente disponibles, estado actual del conocimiento sobre redes de transmisión de datos, la digitalización de los mismos y su tratamiento y la integración de todo ello de forma sencilla, eficiente, económica y fácilmente implementable y operable. Los factores más limitantes al momento de la selección son la disponibilidad en el mercado, la utilización de normas y protocolos de uso libre o suficientemente difundidos, para no requerir gran experiencia en la implementación y operación por parte del usuario final, tanto como la economía frente a sistemas alternos, como podrían ser la fibra óptica o cualquier tipo de cables. Así, las alternativas recaen en sistemas de tipo radioeléctrico los cuales, como se ha visto, van desde las bandas de HF hasta las microondas, en particular los enlaces satelitales. Dentro de las transmisiones radiales terrestres, debimos contar solo con aquellas de menos frecuencia por ser estas las de mayor alcance, debido a que los fenómenos de propagación no son de tipo directo o LOS (Line Of Sight) como las frecuencias de VHF o superiores, ya que basan su propagación en el uso de las características del medio como conductores para el guiado de ondas. Pág. 82 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Este fenómeno se observa en las denominadas ondas terrestres, como son las frecuencias cuyas longitudes de onda es de varios centenares de metros o las señales que utilizan la ionosfera como reflector o guía de ondas. En el caso de los enlaces satelitales, en muchos de los casos, se basan en el uso de satélites de tipo estacionario, por lo tanto el enlace debe hacerse utilizando antenas del tipo directivas, lo cual se contrapone a la movilidad del sistema. Otros sistemas están desarrollados para aplicaciones de tipo móvil, como es el objetivo del presente trabajo, pero debido a que su implementación es bastante más compleja que los sistemas satelitales tradicionales, los costos de los equipos, como así de los servicios de las empresas prestadoras suelen ser bastante elevados, especialmente cuando se supone un tipo de servicio de tipo intensivo y prolongado en el tiempo, ya que la facturación suele ser un polinomio que tiene en cuenta no solo el tipo de servicio a prestar, sino además la velocidad y tasa de transferencia requeridas, así como costos diferenciales de acuerdo a los segmentos horarios en que se los utilicen. A ello hay que agregar que muchas de las frecuencias están reservadas para el uso con la respectiva licencia, lo que implica un costo adicional que debe pagarse por el uso de dichas porciones del espectro radioeléctrico. En el caso de las comunicaciones satelitales, si bien existe algunas frecuencias liberadas para el uso amateur o científico, el costo de la puesta en órbita de un satélite de comunicaciones, aún aquellos de órbita extremadamente baja, sigue siendo extremadamente costoso y escapa largamente a los objetivos propuestos. Por lo expuesto es que se ha orientado la investigación hacia las frecuencias de gran longitud de onda, por su gran difusión, Pág. 83 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF B. CONDICIONES DE SELECCIÓN 1. Medio físico La determinación del medio físico, de alguna manera, se ha hecho de antemano por el tipo de destinos para los que ha sido desarrollado el sistema implica necesariamente la propagación de ondas electromagnéticas a través del aire, ya que los destinos y la movilidad de las estaciones restringen este aspecto. Como se explicara, la comunicación en la banda de frecuencias entre 2 y 30 MHz, también conocida como onda corta, utiliza las características de la ionosfera. Cuando esta señal se encuentra con una capa de aire altamente ionizado, es desviada suficientemente para retornar a la superficie terrestre, alcanzando destinos tan alejados como 4.000 Km. Las propiedades de propagación dependen tanto de la frecuencia como de las condiciones atmosféricas. Eventos naturales como las tormentas eléctricas o la radiación solar la afectan de manera adversa, creando un comportamiento complejo de fenómenos aleatorios y policíclicos. Es por ello que en general se la considera muy poco confiable y lenta para ser utilizada en transmisión de datos. Esto presenta una serie de desafíos a tener en cuenta al momento de transmitir datos. Esto incluye una baja relación Señal/Ruido (SNR – Signal to Noise Ratio), canales con atenuación por trayectorias múltiples, capacidad de canal limitada y variación de las condiciones de propagación dependientes de la hora, estación, actividad de las manchas solares. También el ruido y las interferencias en el receptor afectan a la señal recibida y pueden provenir tanto de fuentes externas como internas, aunque en general el ruido externo suele tener niveles de potencia muy superiores al interno. Pág. 84 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Todo esto supone un gran desafío a superar si se quiere utilizar este medio como soporte de comunicaciones. Para asegurar la máxima transferencia entre dos nodos deben asegurarse las siguientes condiciones: • Uso del mejor canal disponible. • Uso de la mejor tasa de transferencia posible. • Aprovechamiento máximo de cada canal. • Reducción de los Encabezamientos de los Protocolos. • Adaptación del sistema a las condiciones cambiantes del canal, evitando nuevas reconfiguraciones del enlace. Ello implica el uso de algoritmos de cálculo, que utilicen la información de estado del canal para determinar la tasa de transferencia de datos óptima. A estos algoritmos se los conoce como DRC (Data Rate Change – Cambio de Tasa de Datos), así como la selección de canal o frecuencia Es por ello que el sistema debe contar con equipos de transmisión con ciertas características, que permitan su control en forma automática, sensibilidad, relación señal a ruido, filtros de sintonización precisos y de poca deriva de frecuencia. De igual modo debe contarse con equipos capaces de modular la señal portadora de radio con las señales digitales, y de remodularlas en el extremo receptor, conocidos como MÓDEMS. Estos deberán proveer códigos de detección y corrección de errores (FEC –Forward Error Correction), compresión de datos de manera de soportar otros protocolos de transmisión, así como las diversas aplicaciones de los usuarios finales. Pág. 85 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 2. Trasporte de datos La demanda en la infraestructura y requerimiento de las comunicaciones ha crecido enormemente debido al aumento en las necesidades, tamaño y complejidad de las aplicaciones un el campo militar, comercial y civil. La tendencia actual de las comunicaciones es hacia la integración, donde distintos tipos de sistemas de comunicación puedan ínter operar entre si en una gran Red de Área Extendida (WAN- Wide Area Network). Este modelo WAN, incluye el uso de estaciones centrales, estaciones remotas, vehículos, barcos o usuarios en el terreno. Todos ellos deben poder interconectarse usando distintos medios y tecnologías diferentes. Para proporcionar esta integración, la infraestructura de comunicaciones sobre HF deben poder interactuar con protocolos de comunicaciones bien conocidos y difundidos. Por ello la necesidad de que la red de HF soporte los servicios de la arquitectura TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol), de manera de poder operar con otros tipos de aplicaciones de red. Los beneficios de utilizar los servicios TCP/IP pueden resumirse en: • Independencia de las aplicaciones respecto de los medios de transmisión. • Gran difusión de aplicaciones que hacen uso de TCP/IP como portador. • No hay necesidad de implementar nodos controladores en la red, ya que gran parte del trabajo de control se realiza en los extremos. Pero los desafíos de utilizar TCP/IP son: Pág. 86 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • la capacidad de canal en HF es muy limitada frente a las necesidades de gran ancho de banda de algunas aplicaciones de TCP/IP. • El gran tamaño de los encabezados de TCP/IP es un desperdicio de ancho de banda. • La gran variabilidad del canal de HF demandará un gran número de retransmisiones, lo que consumirá aún más capacidad del canal. Lo expresado requiere de un protocolo general, abierto e ínter operable para aplicaciones de datos sobre HF. Ello supone la aplicación de un protocolo que resuelva el tema de las retransmisiones en forma automática, por lo que se lo denomina genéricamente ARQ (Automatic Repeat Request – Solicitud de Repetición Automática). Interfaz de Interfaz común Interfaz de Cliente (No HF) radial (HF) Cliente (No HF) CLIENTE NODO NODO CLIENTE LOCAL REMOTO REMOTO Red Local Red HF Red Local Ilustración III-1: Interfaces del Protocolo ARQ 3. Otros protocolos análogos. Existen muchos protocolos de transporte que implementan ARQ con desarrollos propietarios, pero ello limita su interoperabilidad con aplicaciones de otros vendedores. Pág. 87 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Otros protocolos de este tipo son de gran difusión y abiertos, como por ejemplo los normalizados por la IEEE, de la serie 802.11(x) conocidos también en la jerga no técnica como WiFi, que resuelven bastante bien el manejo de datos, las retransmisiones, y las interferencias, movilidad, así como el uso del medio por diversas estaciones de manera bastante eficiente. Como contrapartida, estos fueron desarrollados para redes de tipo local, con alcances muy limitados, operan a frecuencias mucho mayores que HF, en 2,4 GHz del orden de las microondas y por lo tanto la capacidad del canal es muchas veces superior al de este último y por lo tanto el manejo de los paquetes de datos difiere mucho del necesario para esta banda. Asimismo hay que tener en cuenta los sistemas de transferencia de datos utilizados por los sistemas de telefonía celular digital, tanto como los que estos sistemas utilizan para transferencia de datos. Dentro de estos podemos encontrar desde el simple SMS, a otros más complejos como ser WAP, GPRS o el más recientemente difundido EDGE. También resuelven muy bien los inconvenientes de desvanecimiento por múltiples trayectorias, comunicaciones NLOS (de alcance indirecto), movilidad de las estaciones y variaciones del canal poli cíclicas, ya sea en forma lenta o muy rápida como ser el paso de un objeto obstaculizante a gran velocidad. Estos, al igual que con los protocolos de tipo 802.11, en primer lugar trabajan en frecuencias muy superiores a la de HF, generalmente en el orden de los 1.900 MHz, también en la banda de las microondas o muy cercanas a ellas. Además a lo antedicho se agrega el hecho que estos sistemas trabajan con protocolos orientados a la conexión, esto es, tienen una fase de establecimiento de la comunicación antes de la real Pág. 88 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF transferencia de datos, que le garantiza el uso del canal en forma completa al menos en ventanas de tiempo preasignadas lo que garantiza menor posibilidad de interferencias, teniendo en cuenta también que el espectro es solamente utilizado por una única empresa prestadora de servicios. Por otra parte las distancias a cubrir suelen ser mayores que en el caso de los sistemas WiFi, no suelen supera la decena de kilómetros de cobertura, por lo que las condiciones del canal en el extremo transmisor y receptor suelen ser muy similares. Recientemente se está implementando la norma 802.16(x) conocida también como WiMAX, de mayor capacidad que las mencionadas anteriormente, llegando incluso a los 100 Mbps. Trabaja en frecuencias del orden de los 5, 7 u 11 GHZ, por lo que tiene las limitaciones y ventajas de los sistemas antes descriptos, con el agravante que aún está en está en etapa de desarrollo las normativas para otorgarle movilidad. C. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Como se ha expuesto en reiteradas oportunidades durante los capítulos y apartados anteriores de este trabajo, la banda de HF sigue siendo utilizada por una gran variedad de actores, pero fundamentalmente su mayor demanda radica en el uso como medio alternativo por las fuerzas armadas de distintos países, las fuerzas de seguridad y en gran medida para casos de emergencia. Los canales o porciones de la banda destinadas a estos usos son ampliamente difundidas, normalizadas por los entes de reglamentación internacionales y aceptadas por la mayoría de los países del mundo. Por ser el uso militar uno de los más difundidos es que estimó conveniente investigar sobre las aflicciones en este campo, lo que llevó a hallar que existe un protocolo abierto, ampliamente difundido, claramente Pág. 89 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF normalizado y con profusión de equipos comercialmente disponibles que se basan en estas normas. Esta suite de protocolos se denomina NATO Standardization Agreement: Profile for Maritime High Frequency (HF) Radio Data Communications STANAG 5066 (Acuerdo de estandarización de la Organización del Tratado del Atlántico Norte – OTAN – Descripción para comunicaciones radiales marítimas de alta frecuencia). En las siguientes páginas se realizará una descripción abreviada del sistema, ya que por ser un protocolo abierto la información es fácilmente asequible por Internet en las direcciones citadas en la bibliografía. Se mencionarán algunos detalles relevantes de las interfaces, formatos de datos y procedimientos. 1. Breve reseña. En 1996 la Agencia de Comunicaciones Navales Aliadas comisionó el desarrollo e implementación de un nuevo protocolo para comunicaciones “embarcación a costa”. El protocolo describía las interfaces, formatos de datos, funciones y procedimientos para la comunicación en HF. Para que cualquier protocolo alcance los requerimientos de la OTAN deben definirse adecuadamente dos interfaces externas. La interfaz de aire y la terrestre o de cliente (Ver figura III-1). La ventaja de definir interfaces comunes es garantizar la interoperabilidad entre fabricantes. El resultado final del diseño de protocolo fue el STANAG 5066, que define un estándar internacional para comunicaciones en redes sobre HF. Una de las principales ventajas de la arquitectura del STANAG 5066 es que es independiente de las aplicaciones y provee un servicio portador genérico para las aplicaciones del cliente. Un nodo STANAG 5066 es la Pág. 90 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF implementación de un servidor que proporciona servicios de transporte a un cliente. 2. Descripción de la arquitectura STANAG 5066 es un protocolo que utiliza ARQ (Automatic Request Response) que controla los paquetes transmitidos al aire y ha sido desarrollado utilizando una estructura estratificada. Existe una relación Cliente-Servidor entre las aplicaciones específicas de los clientes y el nodo STANAG 5066. Estos utilizan al mismo para facilitar la comunicación con la aplicación par del lado remoto. STANAG 5066 fue diseñado inicialmente para comunicar un buque a tierra utilizando las formas de onda STANAG 4285 y STANAG 4529. Estas son formas de onda No-Autobaud para comunicación de datos sobre canales de HF de 3 KHz de ancho de banda, soportando tasas de transferencia de hasta 2.400 bps e incluyendo ecualización, FEC e interleaving. Antes de continuar se hace necesario establecer algunas definiciones. a) Definiciones Nodo: La implementación de la presente descripción. Este incluye el módem, la radio y el equipo criptográfico necesario para las comunicaciones. Subred: Una colección de nodos. Como un todo, la subred provee un servicio de red de trasporte confiable para usuarios o clientes externos. Interleaving: O entremezclado, es el proceso de aleatorización del flujo de datos para reducir la tasa de error (BER – Bit Error Pág. 91 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Rate), debido a que la mayoría de los errores producidos en el medio de HF son de tipo atrafagado lo que ocasionaría una pérdida importante si la transmisión fuera serial. Es muy difícil para un FEC corregir pérdidas de datos adyacentes. El entremezclado se efectúa por bloques y se determina por su duración. Formas de onda “Autobaud”: Es una forma de onda donde no es necesario que el receptor tenga exacta idea de la forma de la onda o el tamaño del bloque de entremezclado para recibir una señal correctamente. Estos datos se incluyen en el encabezado de la trama. Una forma de onda “NonAutobaud” no posee este encabezado y estos parámetros debe sincronizarse previamente al establecimiento de la comunicación. b) Interfaz aérea común Una comunicación confiable basada en transmisiones de radio en la banda de HF en factible utilizando módems que cumplan con los estándares MIL- STD-188-110A, STANAG 4285 Y 4529 para conformación de ondas. La subcapa de transferencia de datos (como se describe más adelante) soporta un cambio automático de la tasa de transferencia de datos del usuario en el módem HF en respuesta al cambio en las condiciones del canal. Esta capacidad requiere controlar en forma remota al módem. La radio asociada con este nodo se asume como una radio de Banda Lateral Única (SSB – Single Side Band) de HF, con las especificaciones apropiadas para trabajar con este tipo de módems. Pág. 92 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF c) Interoperabilidad dentro de la subred La definición STANAG 5066 también especifica la interfaz entre los clientes externos usuarios de la subred y el nodo. Mientras que deja librada a la implementación las interfaces físicas (Ethernet, buses internos, etc.), el formato de los datos (primitivas) y los procedimientos son definidos de manera que cualquier usuario haga uso de los mismos. No se especifican tampoco las aplicaciones. Para una mayor claridad de exposición, el documento presenta las funciones divididas en subcapas, como se muestra en la Figura III-2. Cuando se lo examina bajo la óptica del modelo Abierto para Interconexión de Sistemas (OSI – Open Systems Interconection), la arquitectura está compuesta de un Nivel de Transmisión, que equivale a la Capa Física, un Nivel de Enlace análoga de la capa homónima y el nivel de Subred coincidente con la Capa de Red, finalmente lo que es definido como el Nivel de Sistema, que engloba todas aquellas capas necesarias para que funcionen las aplicaciones del usuario OSI Transferencia de Datos en HF Aplicación Presentación Sesión Transporte Sistema Red Subred Enlace Enlace Física Transmisión Direccionamiento de nodos da nivel de sistema. Manejo y selección de frecuencia a nivel de sistema Ruteo, conexión, detección de ocupación, intercambio de datos y control de flujo Control y manejo de la frecuencia Tasa de transferencia, forma de onda, codificación, manejo de errores, establecimiento del enlace. Tabla III-1: Comparativa de la estructura de capas con el modelo OSI Pág. 93 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-2: Modelo de capas del estandar STANAG5066 d) Comunicación entre subcapas adyacentes y análogas. Las comunicaciones entre subcapas adyacentes se realizan a través del pasaje de paquetes de datos entre ellas. La forma en que estos son tratados se denomina primitiva. Las comunicaciones entre una subcapa y la correspondiente subcapa par en otro nodo funcionan por el uso de Unidades de Dato del Protocolo (PDU – Protocol Data Units). Para garantizar la interoperabilidad, se definen también las PDU para cada nivel así como los procedimientos para su uso, como se detalla en la Figura III-3. A continuación se describen brevemente las funciones de las mismas: Pág. 94 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Subcapa de Interfaz de Subred (SIS - Subnetwork Interfaz Sublayer) proporciona un enlace común y estándar para todos los usuarios y el nodo. Define las primitivas para ser usada por algunas aplicaciones específicas, para hacerlas ínter operables a través de la subred, denominadas Punto de Acceso a la Subred (SAP – Subnet Access Point), como se ve en la figura III-3. Ilustración III-3: Transferencia de datos entre subcapas adyacentes y pares Subcapa de Acceso al Canal (CAS – Channel Access Sublayer) proporciona funcionalidad adicional para permitir diferente formas de acceso al canal. Esta subcapa sustenta la comunicación sobre un canal de radio de HF dedicado, bajo el supuesto que los procesos requeridos para iniciar el enlace en el canal adecuado en cada extremo es manejado mediante procedimientos externos a este sistema, proveyendo mecanismos par manejar interferencia inintencionadas. Define las PDU para intercambiar con la subcapa par en el otro extremo, pero no define las primitivas para intercambiar información con capas adyacentes en un mismo nodo. Pág. 95 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Subcapa de Transferencia de Datos (DTS – Data Transfer Sublayer) brinda un servicio confiable de enlace de datos ARQ, definiendo las PDU, no así las primitivas. También contiene el protocolo para el control adaptativo de la tasa de transferencia de datos del módem HF, utilizando formas de onda STANAG 4285 y STANAG 4529., y la interfaz entre esta subcapa y las subcapas inferiores, como la de módem y la de seguridad. Subcapa de Seguridad de la Comunicación (CSS – Communications Security Sublayer) otorga seguridad mediante el uso de equipo de criptografía adecuado. La tendencia actual es que la seguridad es brindada por la aflicción o en capas cercanas a ella Subcapa de Módem (MS – Modem Sublayer) provee un medio para transmitir datos digitales sobre un canal analógico. Las interfaces entre el módem y la radio se definen en otras STANAG. Subcapa de Establecimiento Automático del Enlace (ALE – Automatic Link Establishment) automatiza el proceso de establecer un camino o enlace radial con uno o más nodos remotos. Subcapa de Equipo de Radio (RES – Radio Equipment Sublayer) comprende el equipamiento necesario para establecer el vínculo radial entre do nodos, como ser transmisores, receptores, cables, antenas, etc. El documento STANAG 4203 establece los requerimientos mínimos que los mismos deben cumplir. Subcapa de Gestión de la Subred (SMS - Subnet Management Sublayer) es mostrada en las figuras III-2 y III-3 como una columna vertical que interactúa mediante interfaces con todas las subcapas. La función primordial en el contexto de esta norma es el Control Automático del Enlace (ALM – Automatic Link Maintenance) en forma de un control Pág. 96 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF adaptativo del módem de HF. Los mensajes de gestión de subred y procedimientos principales asociados requeridos para el ALM, serán descriptos brevemente más adelante en este trabajo. Hay otras funciones que podrían ser críticas al momento de la implementación para un correcto funcionamiento, pero por ser fuertemente dependientes de la tecnología de los sistemas implementados, no se describen en la norma ni en el presente trabajo. 3. Estructura de datos y primitivas a) Interfaz de Subred La interacción entre el nodo de subred y los usuarios es gobernada por una relación cliente-servidor. Los usuarios (Clientes) solicitan servicios proporcionados por la subred HF (Servidor). Los servicios provistos por el servidor son independientes de la aplicación y comunes para todos los clientes independientemente de la tarea que ellos pudieran efectuar. Los clientes están vinculados a la Subcapa de Interfaz de Subred (SIS) mediante Puntos de Acceso a Servicios (SAP’s – Service Access Points), algo equivalente a los “port” del protocolo TCP/UDP. Puede haber múltiples clientes conectados simultáneamente a la SIS. Cada SAP es designado por in identificador (SAPID). El SAPID es un número del rango de 1 a 15, por lo que puede haber un máximo de 16 clientes simultáneos en un mismo nodo. En la norma se definen algunos de las aplicaciones (clientes) más comunes, pero los mismos no son de aplicación obligatoria. Los datos suministrados por los clientes a la SIS deben ser en forma de primitivas, con el formato descrito en el documento. Los clientes son responsables de segmentar los mensajes largos en U-PDU’s (Protocol Data Units – Unidades de Datos de Protocolo). Pág. 97 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La SIS trata a todos los clientes conectados a si de la misma forma independientemente de la aplicación que desarrollen. El único factor distintivos entre clientes, más allá de su ID es su Rango (recordar que el origen de la norma es militar) que determina el orden de importancia. Ciertas peticiones de servicios efectuadas por clientes de mayor rango deben tener preferencia sobre aquellas realizadas por clientes de menor rango. Siendo el STANAG 5066 un protocolo orientado a la conexión, la SIS es la responsable del establecimiento, mantenimiento y terminación de las sesiones cono los nodos pares remotos. Existen cuatro tipos de sesiones de intercambio de datos: 1. Soft Link 2. Hard Link 3. Difusión (Broadcast) 4. Reservado Todas las sesiones de intercambio de datos, excepto la de difusión, requieren de un enlace físico punto a punto con el nodo remoto especificado. 1. Sesión de Intercambio de Datos Soft Link El establecimiento de la sesión de intercambio de datos Soft Link es iniciada unilateralmente por la SIS que ha puesto una U_PDU con ARQ en una cola de espera y cuyo cliente no haya solicitado una sesión de intercambio de datos Hard Link del modo siguiente. En ausencia de una solicitud de un Hard Link por parte de un cliente, la SIS inicia una sesión de intercambio de datos Soft Link basada en los Pág. 98 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF destinos de las U_PDU encoladas de los clientes. En contraste con el establecimiento de la sesión Hard link, no se requiere un intercambio (handshaking) par a par explícito para el establecimiento de la sesiones Soft Link. El par llamante establece implícitamente una sesión Soft Link al requerir la conformación de un enlace físico a un nodo remoto. En el texto de la norma se indica el proceso realizado por la Subcapa de Acceso al canal (CAS) para establecer el enlace físico. Ambas SIS (llamada y llamante) son informadas del establecimiento satisfactorio del enlace físico por sus respectivas CAS. Luego de que se hizo en enlace físico, ambas SIS asumen que la sesión Soft Link ha comenzado, a menos que una de ellas (usualmente el llamante) envíe explícitamente un Requerimiento de Establecimiento de un Hard Link. Cuando los datos para ese nodo han sido transmitidos, la sesión es terminada inmediatamente o luego de un periodo de temporización (timeout) apropiado para posibles nuevas U_PDU’s que pudieran existir. El procedimiento para terminar la Sesión de Intercambio de Datos Soft Link se produce de la siguiente manera: esta sesión puede ser terminada por cualquiera de los dos extremos pares simplemente interrumpiendo el enlace físico. No se necesita comunicación entre pares. El procedimiento realizado por la CAS se explica en los documentos de la norma. Ambos pares son informados por la eliminación del vínculo físico por sus respectivas CAS. Luego que el enlace físico se extinguió, ambas SIS declaran la sesión como terminada. La señalización entre subcapas requerida para realizar esto es efectuada por la Subcapa de Gestión de Subred (SMS). El par llamado también puede terminar la sesión, sin embargo debe esperar un tiempo mínimo configurable antes de terminarla unilateralmente, ya que pueden acontecer condiciones inestables, deteriorando la eficiencia de la red por establecer y terminar sesiones sin Pág. 99 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF transmitir efectivamente datos. La temporización mínima debe ser cuidadosamente seleccionada dependiendo de diversos factores, como el tamaño y configuración de la red entre otros. De manera de proporcionar un servicio balanceado de las U_PDU’s en la cola, una sesión de intercambio de datos Soft Link no debe exceder un periodo máximo especificado. Los parámetros específicos de las temporizaciones deben seleccionarse en el contexto de la configuración particular de la red. 2. Sesión de Intercambio de Datos Hard Link Es el segundo tipo de sesiones de intercambio de datos. Se inicia con un requerimiento específico de un cliente, quien puede solicitarlo de forma de asegurar que un enlace físico a un nodo específico sea mantenido independientemente de otras U_PDU’s encoladas y opcionalmente reservar en forma total o parcial la capacidad de este enlace. Luego de recibida una primitiva desde el cliente, la SIS verifica si puede aceptar dicha petición, por ejemplo, si no existe una petición de mayor jerarquía. Si no existe inconveniente, libera primero la conexión existente si la hubiera. Una vez concluido dicho enlace, la SIS comienza entonces la construcción de un enlace físico al nodo especificado por el cliente, explicado en los anexos de la norma. Una vez establecido el enlace físico la SIS, envía un requerimiento de establecimiento de un Hard Link mediante una S_PDU a la subcapa par en el nodo remoto. Para asegurar que las capas inferiores cumplan su cometido, la primitiva es entregada a la Subcapa de Acceso al Canal (CAS) de forma expeditiva. Cuando la Subcapa de Acceso a la Subred (SAS) del lado llamado recibe la solicitud expeditiva de su propia CAS, verifica si puede Pág. 100 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF cumplir la solicitud y no tiene en proceso un pedido de mayor jerarquía o no existe un cliente ligado a la SAP ID solicitada. Una vez aceptada la parte llamada retorna, dentro de un intervalo de tiempo máximo determinado, una S_PDU de confirmación de establecimiento de Hard Link a la parte llamante. De lo contrario debe regresar una S_PDU de rechazo de la solicitud de enlace. Cuando la parte llamante recibe esta confirmación, declara el enlace como exitoso (o no exitoso) e informa a sus clientes de forma acorde. El proceso se muestra en las siguientes figuras. Ilustración III-4: Establecimiento de un Hard Link - Extremo llamante Pág. 101 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-5: Establecimiento de un Hard Link - Extremo llamado La terminación de un Hard Link puede ser iniciada por cualquiera de ambas subcapas pares. Normalmente debe ser terminado por el extremo llamante a requerimiento del cliente que lo inició, o por cualquiera de los pares que reciba una solicitud de Hard Link de mayor prioridad de uno de sus clientes. El extremo que decida terminar la sesión, transmite una S_PDU de terminación, el extremo receptor inmediatamente declara el enlace terminado y responde con una S_PDU de confirmación de terminación de Hard Link. El lado iniciador al recibir la respuesta o luego de un tiempo, también declara el enlace como terminado. Ambos extremos informan a sus clientes de acuerdo a las reglas asociadas. Luego de terminar el Hard Link con el cliente de subred, debe deshacerse el vínculo físico entre los nodos. Normalmente esta tarea se deja al par que requirió la terminación, ya que puede querer iniciar otra sesión. Los procedimientos de terminación se muestran en las siguientes figuras. Pág. 102 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-6: Terminación de un Hard Link - Extremo iniciador Ilustración III-7: Terminación de Hard Link - Extremo remoto 3. Sesión de Difusión El tercer tipo de sesión de intercambio de datos es la sesión de intercambio de datos de difusión (broadcast). La sesión puede ser iniciada y terminada por un proceso de gestión, como ser un cliente de administración de red. Un nodo configurado para ser solo de difusión es colocado en Sesión de Intercambio de Difusión Pág. 103 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Permanente durante el cual no pueden prestarse servicios de Hard Link, o U_PDU de ARQ. Alternativamente la SIS puede iniciar y terminar unilateralmente dichas sesiones. Las reglas para iniciar y terminar estas sesiones se detallan en la norma. b) Primitivas intercambiadas con los clientes La siguiente tabla lista las primitivas intercambiadas entre los clientes y la Subcapa de Interfaz de Subred. CLIENT -> SUBNETWORK INTERFACE S_BIND_REQUEST (Service Type, Rank, SAPID) SUBNETWORK INTERFACE -> CLIENT S_BIND_ACCEPTED (SAP ID, MTU) S_BIND_REJECTED (Reason) S_UNBIND_REQUEST ( ) S_UNBIND_INDICATION (Reason) S_HARD_LINK_ESTABLISH (Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_ESTABLISHED (Remote Node Status, Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_REJECTED (Reason, Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_INDICATION (Remote Node Status, Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_ACCEPT (Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_REJECT (Reason, Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAPID) S_HARD_LINK_TERMINATE (Remote Node Address) S_UNIDATA_REQUEST (Destination Node Address, Destination SAPID, Priority, TimeToLive, Delivery Mode, U_PDU) S_HARD_LINK_TERMINATED (Reason, Link Priority, Link Type, Remote Node Address, Remote SAP ID) S_SUBNET_AVAILABILITY (Subnet Status, Reason) S_UNIDATA_REQUEST_CONFIRM (Destination Node Address, Destination SAPID, U_PDU) S_UNIDATA_REQUEST_REJECTED (Reason, Destination Node Address, Destination SAPID, U_PDU) S_UNIDATA_INDICATION (Source Node Address, Source SAP ID, Destination Node Address, Destination SAP ID, Priority, U_PDU) Pág. 104 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF S_EXPEDITED_UNIDATA_REQUEST (Destination Node Address, Destination SAP ID, Priority, TimeToLive, Delivery Mode, U_PDU) S_MANAGEMENT _MSG_REQUEST (MSG) S_KEEP_ALIVE ( ) S_EXPEDITED_UNIDATA_REQUEST_CON FIRM (Destination Node Address, Destination SAP ID, U_PDU) S_ EXPEDITED_UNIDATA_REQUEST_ REJECTED (Reason, Destination Node Address, Destination SAP ID, U_PDU) S_EXPEDITED_UNIDATA_INDICATION (Source Node Address, Source SAP ID, Destination Node Address, Destination SAP ID, Priority, U_PDU) S_DATA_FLOW_ON( ) S_DATA_FLOW_OFF ( ) S_MANAGEMENT_MSG_INDICATION (MSG) S_KEEP_ALIVE ( ) Tabla III-2: Primitivas intercambiadas entre la SIS y los clientes Los nombres de las mismas comienzan con el prefijo “S_”. Esta tabla solo sirve como guía y para la especificación detallada de las mismas es conveniente referirse a la norma. CODIFICACIÓN DE PRIMITIVAS La codificación de las primitivas “S” están mapeadas en campos de acuerdo a la recomendación del ITU-T (Ex CCITT) V.42, 8.1.2.3, que establece lo siguiente: • Cuando el campo está contenido en un solo octeto, el número de bit más bajo del campo representa el valor de orden inferior. • Cuando el campo se expande a más de un octeto, el orden de los valores de bit dentro de cada octeto decrece progresivamente a medida que el número de octeto crece. El número de bit menor asociado al campo representa el valor de orden inferior. El campo de dirección en las primitivas “S” porta una dirección de nodo de 3 y ½ octetos como se definen más adelante, ordenados como precede en una D_PDU. Pág. 105 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Como se muestra en la figura, todas las primitivas deben comenzar con la secuencia de 16 bits, del tipo Maury-Styles, 0xEB90 con el bit menos significativo (LSB – Least Significant Bit) transmitido primero: (MSB) 1110 1011 1001 0000 (LSB) Siguiendo a esta secuencia, los siguientes 8 bits levan la versión del 5066, que deben ser todos ceros. Los siguientes 16 bits proveerán la longitud en octetos de la primitiva “S” que le sigue, excluyendo a la secuencia Maury-Styles, la versión y la longitud. El LSB de la longitud debe mapearse en el bit de menor orden del campo. A menos que se especifique de manera contraria, el orden de la transmisión de los bits debe efectuarse de acuerdo a lo especificado en la recomendación del CCITT V.42, párrafo 8.1.2.2, que determina que el LSB (bit 0 en la figura) del octeto 0 debe transmitirse primero. Los bits restantes se transmitirán secuencialmente, comenzando por el LSB de cada octeto. Ilustración III-8: Estructura de una primitiva "S" c) Estructuras de datos Los datos en formas de PDU transmitidos entre capas pares son definidos por la norma STANAG 5066 y son resueltos por la implementación del sofá de comunicaciones que cumplimente la misma. Sin embargo por tratarse de las estructuras de datos transmitidas por el ordenador al módem, se realizará una breve descripción de la estructura de las D_PDU, utilizadas por la Subcapa de Transferencia de Datos (DTS). Pág. 106 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 1. Función de la DTS La principal función de la DTS es la de segmentar y reensamblar las D_PDU (provenientes de la Subcapa de Acceso al Canal – CAS) y asegurar que la misma sea recibida en el nodo remoto. La DTS asegura la recepción libre de errores sobre el enlace utilizando la retransmisión selectiva de las D_PDU recibidas con error. Por ello la DTS implementa la función ARQ proporcionada por la STANAG 5066. 2. Modo de entrega de datos La DTS implementa diversos modos de entrega de datos. Los datos pueden enviarse en modo ARQ o No-ARQ. En este último las D_PDU, no son confirmadas por el nodo receptor y por lo tanto no hay certeza por parte del transmisor de la correcta recepción de las mismas. En el modo ARQ la D_PDU puede ser configurada de las siguientes maneras: • Confirmación de cliente o nodo: en la confirmación de nodo se certifica la recepción por parte del nodo remoto, mientras que en la confirmación de cliente se verifica la correcta recepción de los paquetes por el cliente de destino. Esto permite la seguridad de recepción correcta entre aplicaciones pares. • Servicio de datos regular o expeditivo. • Entrega de C_PDU: estando esto relacionado ya no con los datos del cliente, sino con los mensajes utilizados para la creación del enlace físico y su anulación. Pág. 107 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Entrega ordenada o desordenada: los paquetes entregados al cliente en el orden en que son recibidos se denomina modo desordenado, mientras que el modo ordenado espera la llegada de todos los paquetes que conforman el mensaje para recién entregarlos al cliente. Una C_PDU recibida en la DTS es segmentada en un número de D_PDU tal que su tamaño de trama no exceda los 1023 octetos. Los números de secuencia de una C_PDU segmentada deben ser consecutivos pero independientes del número inicial incrementándose de a uno. Para reensamblar una C_PDU se utiliza el número de secuencia y las banderas de inicio y fin. Las C_PDU transmitidas usando el modo No-ARQ deben tener el mismo C_PDU ID (número de identificación). Cada D_PDU contendrá un valor de corrimiento (offset) que indicará el desplazamiento de la C_PDU corriente del segmento total de la C_PDU original. El reensamblado utiliza el C_PDU ID, el desplazamiento del segmento, el tamaño del segmento y la longitud de la C_PDU. Al completarse la transmisión de la C_PDU, la DTS indicará que secciones de datos de la D_PDU se recibieron con errores y solicitará al nodo transmisor que reenvíe esas tramas. 3. Estructura de la D_PDU La estructura se puede ver en la siguiente figura: Ilustración III-9: Estructura de una D_PDU La secuencia de sincronismo es la misma que para las primitivas “S” y mapeado según la recomendación V.42 del CCITT. Pág. 108 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF El encabezado de la D_PDU puede verse a continuación: Ilustración III-10: Mapeo del Encabezado de una D_PDU Los campos que lo componen son los siguientes: • Tipo: Detalla el tipo de mensaje según la Tabla III-3. Tipo Significado Función 0 DATA-ONLY Transferencia de datos SIMPLEX 1 ACK-ONLY Reconocimiento de transferencia de datos tipo 0 y 2 2 DATA-ACK Transferencia de datos DUPLEX 3 RESET/WIN-RESYNC Reiniciar / Resincronizar entidades de protocolo pares 4 EXP-DATA-ONLY Transferencia expedita de datos SIMPLEX 5 EXP-ACK-ONLY Reconocimiento de transferencia de datos tipo 4 6 MANAGEMENT Gestión de transferencia de mensajes 7 NON-ARQ DATA Transferencia de datos No-ARQ 8 EXP-NON-ARQ DATA Transferencia expedita de datos No-ARQ 9 – 14 (RESERVED) Reservado para usos futuros 15 WARNING Tipo de D_PDU inesperado o no reconocido Tabla III-3: Tipo de tramas D_PDU • EOW (Engineering Order Wire – Ingeniería del cable de comando) son los primeros 12 bits de un mensaje de gestión, comúnmente usados para el cambio de tasa de transmisión o de frecuencia. También es usado para transportar información sobre la configuración de un nodo. Esta información le informará a otro nodo sobre las capacidades el nodo local, incluyendo la posibilidad de efectuar cambio de tasa de transmisión, controlar el módem, Pág. 109 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF tipo de forma de onda, tasa de datos y el tamaño del entrelazado (interleaver). • EOT (End Of Transmisión – Fin de la Transmisión) Es una anticipación a través de la D_PDU, para indicarle al nodo remoto el tiempo remanente de transmisión. • Información de dirección: La mitad de los bits de la dirección indican la dirección STANAG 5066 del nodo local o fuente y los restantes la dirección del nodo remoto o destino. la máxima longitud de direccionamiento de STANAG 5066 es de 28 bits. Las D_PDU DATA-ONLY, DATA-ACK y EXP- DATA-ONLY, mostrada en la Tabla III-3, contienen un número de secuencia de transmisión que identifica a la D_PDU en una ventana de transmisión. Las D_PDU ACKONLY y DATA-ACK contienen también un número de reconocimiento selectivo para identificar a las D_PDU recibidas correctamente en la ventana de transmisión corriente. La trama MANAGEMENT utilizada para enviar información de gestión entre nodos tiene sus propios números de secuencia de transmisión y recepción. Cada nodo implementa su propia ventana de control de flujo que contiene los números de secuencia de las D_PDU transmitidas, reconocidas y no reconocidas, para las funciones de transmisión y recepción. Esos números de secuencia son asignados en forma ascendente con módulo 256 y un número de secuencia en particular solo puede ser rehusado cuando toda la secuencia ha sido reconocida. Por ello un nodo solo puede transmitir una secuencia máxima de 128 tramas. d) Direccionamiento de nodos Las direcciones STANAG 5066 son muy similares a las direcciones IP y son expresadas en el formato: Pág. 110 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF (MSB) w.x.y.z (LSB) Solo hay disponibles 28 bits, por lo que w puede tomar valores entre 0 y 15 mientras que x, y, y z varían entre 0 y 255. Esto permite un máximo de 268 millones de direcciones. No necesariamente deben utilizarse los 28 bits y pueden enviarse direcciones de 4; 8; 12; 16; 20 o 24 bits. Las direcciones fraccionales deben mapearse en los primeros números (hacia la izquierda) no-cero de la dirección. 4. Clientes STANAG 5066 En este apartado se definen las interacciones con la subred para un grupo de clientes a los cuales la subred de HF provee servicios de transporte. Estos clientes son definidos de manera de proporcionar un conjunto inicial de aplicaciones ínteroperables que hagan uso de la subred de HF. Cabe aclarar que un cliente de la subred puede actuar como servidor para otro cliente, siendo las secciones subsiguientes tratadas manteniendo esta relación cliente-servidor. La norma no prohíbe interacciones adicionales que no estén definidas. La siguiente tabla define los SAP-ID estándares para los clientes. Aplicaciones clientes STANAG 5066 Gestión de Subred Flujo serial orientado al caracter Manejo de Mensajes Tácticos Militares (T-MMHS) HMTP (Protocolo de Transferencia de Correo HF) HFPOP (Protocolo de Oficina Postal HF) Hilo de Comando de Operador (HFCHAT) Protocolo Confiable Orientado a Conexión (RCOP) Protocolo No confiable Orientado a Datagrama (UDOP) Protocolo Punto a Punto (PPP) Protocolo de Internet (IP) Reservado Protocolo de transporte de archivos comprimidos (CFTP) No asignados Tabla III-4: SAP-ID de Clientes STANAG 5066 Pág. 111 SAP ID 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-11 12 13-15 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Los clientes de la subred deben segmentar las U_PDU remitidas mediante las primitivas S_UNIDATA_REQUEST para cumplimentar con la Máxima Unidad de Transferencia (MTU) recomendada por la Subcapa de Interfaz de Subred en la primitiva S_BIND_ACCEPTED. El formato de todas la U_PDU se describe en la siguiente figura. El orden de transmisión de los bits, así como el mapeo de ellos en los campos de detallan en la norma. Ilustración III-11: Formato de una U_PDU Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: • El número ID de conexión es un valor entre 0 y 15. La norma no especifica la asignación y coordinación de dichos números. El número ID de conexión 0 está reservado para conexiones no multiplexadas. • Los bits reservados se fija a 0. • Los números de ID de U_PDU deben ser asignados en forma consecutiva. • El número de segmento de U_PDU será asignado consecutivamente a los segmentos dentro de una misma Pág. 112 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF U_PDU. Al primer segmento se le asigna el número de segmento 0. Si una U_PDU no requiere fragmentación se le asignará 0 al valor del número de segmento. Los clientes de subred definidos en este apartado son gateways que traducen los protocolos designados para enlaces de gran ancho de banda y poco o ningún tiempo de retorno, a protocolos mejor adaptados a enlaces de radio de HF. La experiencia demuestra que el uso de gateways presenta mayores ventajas que las desventajas que este tipo de soluciones acarrea. a) HMTP (Protocolo de Transferencia de Correo por HF) HMTP (HF Mail Transfer Protocol) es una adaptación del SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) especificado en la rfc.821 de la IETF, que define un tipo de protocolo de un conjunto comando/respuesta utilizado para transferir un correo electrónico entre un cliente y un servidor SMTP. La estructura de un SMTP por si misma no permite la implementación sobre HF debido a las grandes demoras entre un comando y la respuesta correspondiente. Un diálogo comando/respuesta normal contiene cerca de catorce mensajes intercambiados antes que se inicie la transferencia del correo. La rfc.2920 “Extensiones de servicio SMTP entubados (pipelined)” agrupa los mensajes entre cliente y servidor en forma conjunta, reduciendo considerablemente el número de intercambio de mensajes requeridos para transferir un correo electrónico. HMTP implementa los servicios entubados para reducir el número de intercambio de mensajes. Los comandos, semántica y sintaxis de los comandos se detallan en la norma. Pág. 113 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Todos los datos de cliente HTFP usan las siguientes opciones de servicios: b) • Modo de transmisión ARQ. • Opción de confirmación de entrega por nodo o cliente. • La entrega de la U_PDU es siempre en forma ordenada. HFPOP (Protocolo de Oficina Postal por HF) HFPOP (HF Post Office Protocol) es la versión del POP3 usado en Internet. HFPOP utiliza las características opcionales rfc.1939 de entubado (pipelining); mecanismos de extensión rfc.2449 y 8-BITMIME. Implementa las mismas opciones de servicio que TFP. c) RCOP (Protocolo Confiable Orientado a Conexión) RCOP (Reliable Connection Oriented Protocol) provee una conexión confiable entre aplicaciones. Por ello se ubica por encima de la capa SIS e implementa funciones de capa de Transporte del modelo OSI y permite que múltiples conexiones sean multiplezazas utilizando el mismo cliente STANAG 5066. La multiplexación la logra agregando información en el encabezado a los datos de la aplicación que es trasferida al nodo. Para ello adiciona un campo de 16 bits al inicio del campo de datos de la U_PDU denominado Identificador de Aplicación. Pág. 114 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-12: Estructura de trama U_PDU para cliente RCOP Los datos de la aplicación deben segmentarse de manera que RCOP pueda entregarlos a las capas inferiores con un tamaño adecuado a la MTU. La ID de conexión, la ID de la U_PDU y el número de segmento son utilizados para la segmentación y reensamblado. La dirección de origen, el SAP ID en conjunto con los campos del encabezado RCOP identifican en forma unívoca al datagrama a lo largo de toda su trayectoria. Los clientes RCOP usan las mismas opciones de servicios que los clientes anteriormente detallados. d) UDOP (Protocolo No confiable Orientado a Datagrama) UDOP (Unreliable Datagram Oriented Protocol) también proporciona servicios de multiplexación para aplicaciones simultaneas de clientes haciendo uso de las sesiones de intercambio de difusión (broadcast). Todos los datos de cliente UDOP usan las siguientes opciones de servicios: • Modo de transmisión No ARQ. • Opción de confirmación de entrega es nula. • La entrega de la U_PDU es siempre en forma desordenada, o sea, a medida que arriban. Pág. 115 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF e) BFTP (Protocolo Básico de Transferencia de Archivos) BFTP (Basic File Transfer Protocol) hace uso de los servicios de segmentación y reensamblado de RCOP para la transferencia de archivos, adicionando un encabezado como el que se observa en la figura Ilustración III-13: Formato del encabezado BFTP f) FRAP (Protocolo de Confirmación de Recepción de Archivo) Para garantizar la recepción correcta de los archivos en el nodo remoto cuando se utiliza BFTP puede utilizarse FRAP (File-Receipt Acknoledgement Protocol). Para ello el extremo receptor transmite una U_PDU utilizando RCOP con el campo de identificación de aplicación completado con 0x100B y la misma ID de conexión del BFTP original. A esta forma se la conoce como FRAP versión 1. La versión 2 incluye también una copia del encabezado del BFTP, lo que permite verificar no solo que el archivo fue recibido en el extremo remoto, sino también que el archivo recibido es el correcto y que su tamaño es el original. g) PPP (Protocolo Punto a Punto) El protocolo PPP es bien conocido como un transporte de protocolos entre redes. Está definido por la rfc.1548 y se construye utilizando el campo de protocolo de 2 octetos, más no así los caracteres de entramado HDLC (High-level Data Link Control). Pág. 116 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF h) CFTP (Protocolo de Transferencia de Datos Comprimidos) El CFTP (Compressed File Transfer Protocol) se usa para enviar los correos electrónicos a través de la red entre servidores de correo. Este recibe los correos de un servidor SMTP y los envía utilizando un BFTP y RCOP al cliente CFTC remoto. CFTC utiliza la compresión de acuerdo a lo establecido en la rfc 1950; 1951 y 1952 también denominadas compresión GZip. La figura muestra la estructura del mismo. Ilustración III-14: Formato de la estructura de CFTP El correo electrónico CFTC se compone de los siguientes datos: • ID del mensaje: Identificación única del mensaje actual que será usado como nombre del archivo al descomprimir el correo electrónico en el nodo remoto. • Lista de receptores: Un string conteniendo la lista de los destinatarios del correo. • Tamaño del mensaje: tamaño en octetos de los datos del mensaje. • Datos del mensaje: Cuerpo del mensaje. El cliente local CFTC recibe el correo del servidor SMTP. Se construye un archivo como se indica en la Ilustración III-13. Entonces es comprimido en formato GZip y encapsulado usando paquetes BFTP, se agrega un encabezado RCOP y remitido a la subred para ser enviado. Pág. 117 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF El Cliente IP es discutido con mayor detalle en el siguiente apartado D. IP SOBRE STANAG 5066 1. Introducción Los mundos de la teleinformática cableada e inalámbrica funcionan bajo paradigmas completamente diferentes. El mundo cableado asume una conexión permanente con un medio estable y gran ancho de banda. Las redes inalámbricas de poco ancho de banda, como HF, GPRS u 802.11 funcionan todas mediante conexiones intermitentes sobre bandas angostas de velocidades entre 4,8 a 19,2 Kbps. Estas diferencias introducen una serie de dificultades que atentan cuando se intenta extender los protocolos tradicionales sobre redes inalámbricas. En muchos casos los desarrolladores de software han implementado soluciones puntuales para encarar el ambiente inalámbrico, utilizando API’s inalámbricas para manejar la comunicación entre la aplicación y el mundo inalámbrico. Actualmente las organizaciones están haciendo esfuerzos para extender sus aplicaciones a las redes inalámbricas. La suite de protocolos TCP/IP se diseño para conexiones cableadas de alta velocidad. Requiere el intercambio de múltiples mensajes, denominado “chatty” (conversador) en la jerga, con encabezados de 40 octetos y la necesidad de esperar confirmaciones rápidamente, lo cual es sumamente engorroso para ambientes inalámbricos. Adicionalmente TCP requiere una rápida confirmación para cada paquete enviado sujeto a temporizaciones que una vez vencidas causan la retransmisión de los mismos, empeorando el problema exponencialmente debido al alto tráfico y mayores retardos, lo que incurre en nuevas retransmisiones. Pág. 118 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ese tipo de escenario puede llevar a un ambiente inalámbrico a un colapso total. Algunas organizaciones recurren a sustituir el uso del protocolo TCP por UDP, ya que no necesita confirmación pero por otro lado lo torna no confiable para transmisión de datos. Para sobreponerse a esto deben incorporarse esquemas de reconocimiento dentro de las aplicaciones, lo que implica la modificación de las mismas para utilizar UDP. Sin embargo TCP/IP es ya un estándar en la industria de la teleinformática, por ello la cuestión es como hacer uso de este en redes inalámbricas de manera confiable y eficiente. 2. El Cliente IP Independientemente de los problemas mencionados en la sección anterior, se requiere la implementación del Cliente IP de STANAG 5066, que se describe a continuación. TCP/IP puede considerarse como una interfaz entre la aplicación de usuario y el nodo de subred. La ventaja que esto proporciona es la posibilidad de ubicar los clientes en diferentes ordenadores De esta manera cada aplicación estará identificada por un SAP-ID, la dirección IP y el número de Port. El Cliente IP es capaz de enviar y recibir datagramas de la subred en ambos modos ARQ y No ARQ. Soporta asimismo conexiones punto a punto y punto a multipunto. Un ejemplo de una implementación de un Cliente IP con interfaz a una subred STANAG 5066 se observa en la siguiente figura. Los datagramas provenientes de la red IP ingresan a través de la placa de interfaz de red de área local y los datagramas destinados a la red HF son enrutados por Pág. 119 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF el Cliente IP mediante una tabla de enrutamiento en la PC y el ARP (Address Resolution Protocol – Protocolo de Resolución de Direcciones). El Cliente IP segmentará los paquetes y los enviará al nodo para su transmisión. En el extremo receptor el Cliente IP reensamblará los paquetes y los enviará a la red a través de la pilas de protocolos TCP/IP. Pág. 120 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-15: Ejemplo de la implementación de un cliente IP El Cliente IP también implementa ICMP (Internet Control Message Protocol – Protocolo de Mensajes de Control de Internet) para poder comunicar problemas de conectividad e identificar problemas en la red. En la siguiente figura se ejemplifica la conexión atendiendo al modelo OSI de siete capas. Pág. 121 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Aplicaciones de Internet Encriptado (Opcional) TCP UDP IP IP Subcapa MAC Subcapa Protocolos de MAC Subred HF Subcapa Enlace Subcapa Enlace ARQ / ALE Física Física Módem y Radio HF Host Internet Host HF Gateway Internet - HF Ilustración III-16: Configuración de un Gateway de Internet - HF Calidad de Servicio (QoS – Quality of Service) en el Cliente IP El campo Tipo de Servicio (TOS – TYPE Of Service) en el encabezado IP permite determinar el opciones de servicio STANAG 5066, Tipo de dirección IP Multicast Multicast Unicast Unicast Unicast Unicast Retardo Velocidad Confiabilidad Costo X X 1 0 0 0 X X 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 X X 0 0 0 1 Modo de entrega No ARQ No ARQ No ARQ ARQ ARQ No ARQ X = Estado sin importancia Tabla III-5: Mapeo de IP TOS a opciones de servicio STANAG 5066 3. Implementación de IP sobre HF La aplicaciones a implementar dependerán del cliente, pero en general estas suelen tener gran cantidad de datos. A fin de optimizar el uso de la subred, hay tres aspectos claves a tener en cuenta, de acuerdo a lo discutido en la introducción: Pág. 122 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Compresión del encabezado • Compresión de los datos • Enrutamiento. A continuación se hará una descripción de estos temas. a) Compresión de los encabezados TCP/IP Esta implementación corresponde a una aplicación del usuario, previa a la conexión con el Cliente IP. Entre los más difundidos se encuentran los sistemas de compresión de encabezados reglamentados por la IETF (Internet Experts Task Force) Conocido por sus siglas en inglés ROHC (Robust Header Compresión – Compresión Robusta de Encabezados), es un método estándar para comprimir los encabezados IP, UDP, TCP y RTP. Este esquema de compresión difiere de otros propuestos por la IETF, como las rfc 1144 y rfc 2508 debido a su mejor comportamiento sobre enlaces con gran tasa de pérdidas de paquetes, como son las redes inalámbricas. Como se dijo, los encabezados de IP y TCP ocupan cuando menos 40 octetos (para IPv.4), lo que generalmente suele ser el 60% de los datos enviados, tolerables en redes cableadas, pero sumamente excesivos en redes donde la capacidad del medio es escasa. ROHC comprime estos encabezados de 1 a 3 octetos, ubicándoselo antes del enlace inalámbrico, en este caso el Cliente IP y como descompresor luego de este en el extremo receptor. De acuerdo con la rfc 3095, que establece las pautas de su implementación, existen tres modos de implementación: Pág. 123 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Modo unidireccional (U_Mode): para paquetes enviados en un solo sentido, de compresor a descompresor, y que no requieren retorno o este no es posible. • Modo Bidireccional Optimista (O_Mode): similar al anterior, con la diferencia que el canal de realimentación es utilizado para reconocimientos, mensajes de error o pedidos de retransmisión. De esta forma se apunta a maximizar la eficiencia del compresor y espaciar el uso del canal de retorno. • Modo Bidireccional Confiable (R_Mode): Este modo difiere en varios aspectos de los anteriores. La más importante es el uso intensivo del canal de retorno, una lógica más estricta en ambos compresor y descompresor para evitar la pérdida de sincronización entre ellos, salvo que haya una gran tasa de error residual. El algoritmo utilizado por ROHC es similar a los utilizados para la compresión de video, en el sentido que se toma una base principal y múltiples diferencias para simular el flujo de paquetes IP, lo que presenta la ventaja que permite a ROHC sobrevivir a múltiples pérdidas de paquetes aún en su máxima compresión siempre y cuando no se pierdan las tramas base. El compresor ROHC presenta tres estados principales: En el estado de Inicialización y Refresco (IR), el compresor ha sido recién creado o reiniciado y se envían los encabezados completos de los paquetes. En el estado de Primer Orden (FO), el compresor ha detectado y almacenado campos estáticos, como direcciones IP y Ports, en ambos extremos del enlace. En este estado el compresor envía los campos dinámicos del paquete con diferencias, por lo que esencialmente es una compresión estática o seudo-dinámica. En el estado de Segundo Orden (SO) el compresor suprime todos los campos dinámicos como los números de Pág. 124 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF secuencia, y envía solo un número de secuencia lógica y una suma de verificación (checksum) parcial para que el descompresor genere predictivamente y compare los encabezados de los nuevos paquetes esperados. El tamaño del campo del número de secuencia determina cantidad de paquetes que ROHC puede perder antes que deba reiniciarse para continuar. El tamaño del número de secuencia en los paquetes ROHC de 1 o 2 octetos es: 4 bits para un corrimiento de 1 a 14 paquetes, o de 6 bits para corrimiento de hasta 62 tramas. b) Compresión de los datos Existe una vasta gama de aplicaciones para compresión de datos. Al igual que en el apartado anterior y siguiendo la línea del trabajo, se presenta la alternativa propuesta por la IEFT, que cuenta con gran difusión, bajo o ningún costo y facilidad de implementación. La misma es denominada IPComP, (IP Payload Compresión Protocol – Protocolo de Compresión de Carga útil de IP), definido en la rfc 3173. El propósito es reducir la cantidad de datos a ser transmitidos enredes congestionadas o de baja velocidad, incrementando la eficiencia de las mismas. De acuerdo a la norma, la compresión debe hacerse antes de la fragmentación o encriptación, por lo tanto, al igual que en el caso de la compresión del encabezado, la misma ha de efectuarse antes de encapsular los datos en una U_PDU. También Establece que cada datagrama debe comprimirse independientemente a fin que puedan recomponerse aún si llegan fuera de orden. Pág. 125 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF c) Enrutamiento Esto es parte de la implementación práctica en el caso que se trate de una red móvil y/o dinámica. Los componentes esenciales que ha de tener esta implementación son los que se detallan: • Un sistema operativo que proporcione los servicios básicos de red (API’s). • Dispositivos de interfaz entre la red y el nodo STANAG 5066. • Componentes de ruteo y los protocolos en este para interactuar con otros enrutadores HF-IP vía la interfaz proporcionada por el software del nodo STANAG 5066 y otros enrutadores vía la interfaz de red para determinar en estado de los enlaces, alcanzabilidad de redes o nodos y para encaminar el trafico. Como está definido, el enrutador HF_IP presenta dos interfaces, una hacia la subred HF y otra hacia le red local., facilitando el uso en arquitecturas de nodos más generalizadas, soportando gran número de sistema terminales y conexiones externas. 1. Protocolos de enrutamiento interior para redes Ad-Hoc El Sistema Operativo ve a la subred HF como una red LAN compacta, asumiendo que las direcciones de los nodos dentro del rango de direccionamiento de la LAN son alcanzables. Pág. 126 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Cuando no puede asegurarse la conectividad existen cambios en la asignación de direcciones IP, se necesitan protocolos de ruteo para redes móviles Ad Hoc. El protocolo de Enrutamiento Optimizado por Estado del Enlace (OLSR - Optimizad Link State Routing), establecido en la rfc 3626, surge como una buena alternativa para enrutamiento proactivo en redes Ad Hoc organizadas como LAN. OLSR optimiza los algoritmos de enrutamiento por estado de enlace clásicos, como el OSPF, para operación en redes Lan inalámbricas. El concepto de optimización usa relevos multipuntos (MPR – Multi Point Relays), nodos de la red seleccionados para definir un pequeño grupo de cobertura en el dibujo de la red, para difundir la información del estado de los enlaces. Esta técnica reduce considerablemente el encabezado de los mensajes comparado con los mecanismos de inundación clásicos. Otras optimizaciones para reducir la carga del protocolo OLSR incluyen la generación de los estados de los enlaces solo por los MPR, minimización de los requerimientos de mensajes de inundación y la restricción opcional de reportar solo información parcial del estado de los enlaces. Al igual que en los protocolos clásicos, los nodos usan la información de los estados de los enlaces para calcular las rutas que requieran un mínimo de saltos o relevos. Es conveniente el uso de este protocolo en la arquitectura IP sobre HF como enrutamiento interno ya que está basado en los estándares y prácticas de la IETF y requiere de mínimos ajustes en los valores de las temporizaciones. 2. Política de enrutamiento exterior La exclusión de colisiones es una preocupación para la implementación de una WAN, más aún con subredes de muy diferentes capacidades. Los Pág. 127 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF protocolos de ruteo de HF-IP deberían excluir la subred HF para tránsito, si existen otras vías disponibles. Como base los protocolos de ruteo como BGP (Border Gateway Protocol – Protocolo de Entrada Externa) deberían excluir a la red HF y preferir otros puntos de entrada salida. Para ello se requiere: • Asignar números de sistemas autónomos (AS) a los routers HF-IP en la WAN. • Establecer parejas interna-externas en la WAN (iBGP/eBGP). • Establecer políticas de entrada/salida entre AS para puntos de la subred HF-IP. Las políticas se expresan mediante filtros en las rutas ofrecidas por los routers HF-IP. Mientras sea factible, este esquema es estático y altamente dependiente de las expresiones del enrutamiento deseado. 4. Una solución para redes pequeñas En análisis de los efectos de los tiempos de respuesta del canal en el comportamiento de redes LAN inalámbricas, la velocidad del protocolo Token Ring demostró ser significativamente menos sensible a los efectos de largos tiempos de retorno que los protocolos basados en contienda, como el 802.11 o TDMA. Basados en un trabajo de la Universidad de Berkeley5 la Agencia de Consulta, Comando y Control de la OTAN (NATO Consultation, Command and Control Agency – NC3A) desarrolló una capa de Control de Acceso al Medio (MAC) mejorada para la arquitectura STANAG 5066, también denominada AHFWAN66, en un protocolo de Token Ring Inalámbrico para HF (HF Wireless Token Ring Protocol, HF-WTRP). Pág. 128 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-17: Protocolo Token Ring inalámbrico El protocolo HF-WTRP consiste en una red de frecuencia única en la cual solo un nodo, el poseedor del testigo (Token) tiene derecho a transmitir (Right To Transmit – RTT), puede hacerlo a su tiempo. Este lo hace mientras tenga datos para transmitir o hasta que su tiempo permitido de transmisión expire, entonces pasa el testigo RTT siguiente nodo en el anillo. El anillo es un ciclo cerrado de nodos que transmiten por turnos, cada cual recibiendo el testigo de su predecesor en el anillo, manteniendo el derecho de transmisión en tanto tenga datos para hacerlo o por un periodo de tiempo limitado, pasando luego el testigo a su sucesor. Pág. 129 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Bit / Byte 0 1 2 3 4 5 6 7 PREÁMBULO 0 0 1 1 0 No se muestra 1 1 1 Campo de Control (FC) 1 (Token, pedir sucesor, fijar sucesor, fijar predecesor,…) EOT 2 3 1 Long. Dirección (k=20) Largo del campo = m bytes Este campo corresponde a las direcciones de origen y destino HF - WTRP … Direcciones de Origen y Destino Ext Valid ACK Msg Msg =1 =1 Número de ID de Trama de Gestión No usado_1 4+m 5+m MSB LSB 6+m Dirección de Anillo SEQUENCE_ID GENERATION_SEQUENCE_ID Campo obligatorio para HFWTRP (4 octetos a requerimiento HF-WTRP) CRC del Encabezado CRC H_1 CRC H_2 Campo requerido para Mensaje tipo 6 Campo obligatorio para HFWTRP (4 octetos a requerimiento HF-WTRP) 14+m Esta es la forma extendida del mensaje ID Mngmt EOW Campo obligatorio para HFWTRP (4 octetos en formato de direcciones STANAG 5066) 10+m Tipo de DPU = 6 Tipo de EOW = 15 EOW_DATA = Campo de Control Trama HF-WTRP Especifica la duración residual de la transmisión, en k bytes Long. Encabezado (1< m <7) 3+m Observaciones MSB LSB Ilustración III-18: Formato de una U_PDU de Gestíon para Token Ring Los formatos están diseñados para garantizar máxima interoperabilidad con los mensajes de gestión S’5066 (tipo 6) en el formato de Mensaje de Cable de Control de Ingeniería Extendido, a la vez que implementando todos los requerimientos del WTRP original del que deriva. El mensaje de testigo es un nuevo subtipo de mensaje de gestión (subtipo 15). No se requieren otros tipos de mensajes para implementar este protocolo. La siguiente tabla muestra un ejemplo de la estructura de una D_PDU de gestión para ello. Pág. 130 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Nótese que durante una secuencia de transmisión, mientras un nodo tenga el derecho a transmitir y no haya prescripto su periodo para ello, podrá enviar datos a cualquier nodo en la red dentro de su alcance, no solo a su sucesor o a su predecesor en el anillo. Bajo este punto de vista la red se comporta como un protocolo TOKEN BUS. La posesión del testigo RTT controla el acceso al canal de HF, no limita los destinos a los cuales el tráfico puede enviarse. El protocolo Token Ring controla el acceso al medio para evitar colisiones e interferencias en la propia red mejorando la eficiencia y velocidad. En general no es necesario que todos los nodos de la red estén en rango de alcance de radio, solamente que la secuencia del ciclo de nodos exista cuando el sucesor y predecesor en el anillo estén al alcance. En la práctica como cada nodo desea comunicarse con cualquier otro, se supone que la res está con su topología completa, o sea, con todos o la mayoría de los nodos dentro del alcance de los demás. Para que el testigo pase en forma confiable, el receptor del mismo debe enviar un acuse de recibo para confirmar su recepción. Existen mecanismos de reparación de anillo para prevenir la pérdida del testigo, del enlace, de nodos y otros modos de fallo. Los nodos se unen a la red Token Ring atendiendo a requerimientos de incorporación periódicos que efectúa cualquier miembro del anillo. El nodo acepta el requerimiento colocándose a si mismo como sucesor del nodo solicitante y adoptando a su sucesor como propio, enviando un testigo hacia el solicitante para informarle (y al resto de los nodos) que se ha unido al anillo. Un intervalo de ventana aleatoria de acceso mitiga la contienda cuando múltiples nodos intentan responder al mismo requerimiento. Pág. 131 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF E. EL MEDIO FÍSICO. MÓDEM Y RADIO 1. Introducción En esta sección se describen los equipos que actúan directamente sobre el medio físico, el aire, que son los encargados de transmitir los mensajes entre los puntos extremos de las comunicaciones. Se hará una descripción de los mismos desde la perspectiva de las normativas a las que os mismos han de estar sujetos a fin de mantener la interoperabilidad con el resto del sistema. Por ello se revisarán las interfaces que los vinculan entre si, así como con el equipo terminal de datos. Por otra parte se realizará un detallado análisis del punto más crítico del enlace que es el control del mismo, a cargo de un sistema Automático de Establecimiento del Enlace (Automatic Link Establishment – ALE), que será el encargado de lidiar con las condiciones cambiantes del medio y el entorno, para garantizar las mejores condiciones de propagación. 2. Interfaces con el DTE a) Interfaz entre la Subcapa de Transferencia de Datos y el equipo de comunicaciones Este apartado define la interfaz entre la DTS y el equipo de comunicaciones. Puede ser que este sea el módem, como así también el dispositivo externo de criptografía, aunque la tendencia actual es que la encriptación se realice en las capas superiores. La interfaz debe ser configurable, del tipo EIA-232/423 para conexiones desbalanceadas y EIA-422 para conexiones balanceadas. Es obligatoria la interfaz de tipo sincrónica. La fuente de reloj bien puede ser configurable o por DCE (criptógrafo o módem) para la salida de datos del DTE (PC) y solamente por DCE para la entrada de datos del DTE. Pág. 132 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Es obligatoria la compatibilidad del Hardware para handsaking de acuerdo al MIL-STD-188C para la Interoperabilidad con el equipo criptográfico. b) Interfaz de Control Remoto del módem HF Este apartado define la interfaz común para controlar en forma remota un conjunto mínimo de configuraciones del módem para la operación del sistema. La interfaz eléctrica debe ser configurable, del tipo EIA-232/423 para conexiones desbalanceadas y EIA-422 para conexiones balanceadas. Esta interfaz debe incluir la transmisión y recepción de datos. El control remoto consiste en un string alfanuméricos ASCII con 8 bits de datos, paridad impar un bit de stop a 9600 bps. En todos los casos el campo <address> deberá reemplazarse por un número decimal entre 0 y 255 que indicará la dirección de un módem específico. Este último deberá ser configurable para seleccionar esta dirección y responder únicamente a comandos adecuadamente direccionados. Los comandos mínimos son los siguientes: <address> INITIALIZE. Este comando instruye al módem para cargar un conjunto predefinido de parámetros de operación. <address> MODEM RATE <x>. Reemplace x con la tasa de transferencia (75, 150, 300, 600, 1200, 2400, etc. bps). <address> MODEM INTERLEAVE <x>. Reemplace x con el tipo de interleaver requerido (ZERO, LONG, SHORT). <address> MODEM SNR?. Devuelve la relación señal a ruido en el siguiente formato: <address> MODEM SNR=<value> Donde value expresa SNR en dB. Pág. 133 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF <address> MODEM IDENTIFY? Devuelve la información de fabricante, modelo, software/firmware del módem en el siguiente formato: <address> MFR <x>; MODEL <y>; SW/FW <software/firmware revisión information> Donde las cantidades indicadas entre los símbolos “<>” son reemplazadas por las cadenas ASCII apropiadas. <address> MODEM WAVEFORM <x>. Reemplace x con 4285, 4529 (Codificación STANAG), 110A (MIL-STD-188-110A) o HIGH (para formas de ondas de alta tasa de transferencia que se describen más adelante). 3. Parámetros básicos del equipo de radio HF En esta sección se estudiarán los parámetros básicos de las radios, que deberán tener interoperabilidad con los sistemas anterior y posteriormente descriptos. Por ello las mismas deben cumplir con las indicaciones del la norma STANAG 4203 (Technical Standards for Single Channel HF Radio Equipment – Estándares Técnicos para Equipos de Radio HF de Canal Simple) STANAG 5035 (Introduction of an Improved System for Maritime Air Communications on HF, LF, and UHF – Introducción a un Sistema Mejorado para Comunicaciones Aéreas y Marítimas en HF, VHF y UHF) , o también la MIL-STD-188-141B (Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio Systems – Estándares de Interoperabilidad y Rendimiento para Sistemas de Radio de Media y Alta Frecuencia) o la QSTAG 733. (Technical Standards for Single Channel High Frequency Radio Equipment - Estándares Técnicos para Equipos de Radio HF de Canal Simple). También es recomendable la aplicación de la recomendación del ITU-R 455-2 (Improved Transmission System for HF Radiotelephone Circuits – Sistema de Transmisión Mejorado para Circuitos de Radioteléfonos). Pág. 134 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La figura siguiente describe los aspectos funcionales en términos de un modelo de referencia de siete capas. Subcapa Protocolo ALE ALE Entramado Subcapa Codificador FEC Entrelazado Redundancia Modulador Transmisor Antena ª Protocolo ALE Alineado CAPA Decodificador ENLACE Deentrelazado Voto mayoritario Demodulador CAPA Receptor FÍSICA Antena © Ilustración III-19: Modelo de capas de un sistema radio HF a) Modos de operación 1. Modo básico El control de frecuencia de estos equipos debe ser susceptible de ser estabilizado por una señal externa. Debe incorporar almacenamiento de canales (frecuencias múltiples) del tipo memoria programable y ser capaz de almacenar e inicializar el modo operacional. 2. Operación manual Es la forma de interacción más elemental con los equipos de radio por parte de operadores mínimamente entrenados. A la operación se la conoce como PTT (Push To Talk . Pulse Para Hablar) y coloca al equipo en modo transmisor al pulsar un control manual bien identificado y en recepción al liberarlo. 3. Modo ALE Debería incluirse, ser del tipo de supervisión de canales y proporcionar control automático y manual para la iniciación del contacto. Más adelante se hará una explicación más detallada. Pág. 135 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. Modo Anti-interferencia Es recomendable la inclusión de los mismos de acuerdo al estándar militar MIL-STD-188-148. En un apartado posterior se realiza un desarrollo más extenso. 5. Protección del enlace Se refiere a la protección de la función requerida para el establecimiento, mantenimiento, control y liberación del enlace radial. Debido a que la protección del enlace está implementada en la función de establecimiento del mismo, desde el punto de vista del modelo de capas es una función de la capa de enlace. Esta función previene que el equipo pueda iniciar una conexión en forma automática al ser llamado si la función está activa, de forma de prevenir contactos indeseados, pero avisando al operador, quien podrá realizar la conexión en forma manual. Esta función no interfiere con la transmisión de voz o datos. b) Interfaces 1. Características eléctricas de las interfaces digitales Como mínimo, debe contar con una interfaz para datos binarios seriales del tipo EIA-232/423 para conexiones desbalanceadas y EIA-422 para conexiones balanceadas o lo establecido en la STD-MIL-188-114. Cualquier otra interfaz provista por el constructor, deben incluir señalización RTS (Request To Send – Permiso Para Enviar) y CTS (Clear To Send – Listo Para Enviar). No se excluye la posibilidad de incluir otras interfaces estándares. 2. Características eléctricas de las interfaces analógicas Como mínimo, debe contar con una interfaz para datos binarios seriales del tipo EIA-232/423 para conexiones desbalanceadas y EIA-422 para Pág. 136 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF conexiones balanceadas o lo establecido en la STD-MIL-188-114. Cualquier otra interfaz provista por el constructor, deben incluir señalización RTS (Request To Send – Permiso Para Enviar) y CTS (Clear To Send – Listo Para Enviar). No se excluye la posibilidad de incluir otras interfaces estándares. 3. Características eléctricas de las interfaces analógicas Características de las interfaces de entrada: La potencia de la entrada de micrófono no está estandarizada, pero debe estar en el rango de amplitudes de +6 dBm a –17 dBm. Para entradas desbalanceadas la impedancia nominal de audio es de 150 ohms desbalanceada respecto a tierra. Para entradas balanceadas es de 600 ohms nominales, balanceados respecto a tierra. La impedancia de carga de salida del transmisor en la interfaz del punto B de la figura, debe ser de 50 ohms, desbalanceada respecto a tierra. El transmisor debe ser capaz de soportar una onda reflejada de tensión con un ROE (Relación de Onda Estacionaria) de 1,3 a plena potencia. Ilustración III-20: Interfaces del subsistema de radio Las características de entrada de Radio Frecuencia (RF) del receptor se detallan a continuación: Pág. 137 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Rechazo a la frecuencia imagen: 70 dB mínimo. • Rechazo a la Frecuencia Intermedia: 70 dB mínimo. • Rechazo al canal adyacente: Según la siguiente figura. La respuesta del canal debe estar en la zona sombreada • El receptor debe ser capaz de soportar sin daños señales de hasta +43 dBm en su entrada, con carga de 50 ohms durante al menos un minuto, estando el mismo encendido o apagado. • La sensibilidad del receptor debe ser tal que con una señal de –111 dBm sin modular en el terminal de antena, produzca una salida de audio de 10 dB SINAD (signal+noise+distortion to noise+distortion ratio – Relación señal+ruido+distorsión a ruido+distorsión). Para la salida balanceada del receptor, la impedancia nominal balanceada será de 600 ohms y entregará una potencia máxima de 0dBm a una carga adaptada, ajustable entre –30 dBm y 0dBm. Ilustración III-21: Respuesta del canal de banda lateral única en equipos de HF Pág. 138 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. Parámetros básicos del módem de HF a) Introducción Los moduladores-demoduladores (módems) emplean una gran variedad de técnicas para convertir señales digitales en cuasi digitales para transmisión sobre canales analógicos.. A pesar que se han estandarizado varias de esas técnicas, no hay una óptima para todo tipo de aplicaciones. En esta sección se cubrirán los requerimientos generales para los módems de datos que operen sobre canales de radiofrecuencia y la banda vocal (VF = 0 a 4 KHz). En la tabla a continuación se resumen los tipos de modulación y tasas de transmisión de datos para diferentes categorías. CANAL TIPO DE MODULACIÓN VF VF VF VF VF VF VF Radio LF Radio MM Radio HF Radio HF Radio UHF FSK FSK Varios Varios DPSK QAM Varios FSK FSK FSK FSK FSK TASA DE DATOS (bps) ≤ 150 ≤ 1200 600 o 1200 2400 4800 4800 a 9600 ≥9600 ≤ 150 ≤ 150 ≤ 150 75 a 4800 ≤ 150 Tabla III-6: Referencia de modulación para aplicaciones de módems b) Modulación, tasas de transmisión y tolerancia En las interfaces estandarizadas que se muestran en la figura de abajo, la velocidad de modulación se expresa en baudios y la tasa de transmisión o transferencia de datos se expresa en bits por segundo (bps). Pág. 139 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La tasa de transmisión y la velocidad de modulación son iguales únicamente para señales binarias. Para otros tipos de codificación se relacionan por las ecuaciones vistas en el Capítulo I. Sección C.2.e precedente. Ilustración III-22: Sistema estandarizado de transmisión de datos NOTA: DTE= Data Terminal Equipment - Equipo Terminal de Datos DCE= Data Communication Equipment – Equipo de Comunicación de Datos. DTE y DCE pueden incluir adaptadores de señal, módems, algoritmos de control de error, dispositivos de encriptado, unidades de control y otros equipos necesarios. DTE y DCE pueden estar incluidos en una sola unidad. El canal de transmisión puede incluir nodos y equipos de transmisión mono o multicanal. Excepto que se exprese en contrario, las tasas de transmisión y modulación no deben desviarse de los valores nominales en más de un ±0,01%. c) Sensado de lógica y señalización Para circuitos de datos y temporización, la tensión respecto a tierra debe ser negativa para representar una MARCA y la condición positiva para representar un ESPACIO. Las condiciones significativas y otros estados lógicos y de señal se representan en la siguiente tabla y son aplicables tanto a la transmisión telegráfica como a los datos. Cualquier otra capacidad alternativa de los equipos debe proveerse con una interfaz con equipos que acepten marca negativa y espacio positivo. Pág. 140 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Aplicación Tensión a tierra Término convencional Valor digital binario Estado de señal temporal Estado de señal FSK Condición Negativa (-) Marca Uno (1) Apagado Frecuencia menor Condición Positiva (+) Espacio Cero (0) Encendido Frecuencia mayor Tabla III-7: Señales y lógica binaria para módems d) Características de interfaces digitales Como mínimo, debe contar con una interfaz para datos binarios seriales del tipo EIA-232/423 para conexiones desbalanceadas y EIA-422 para conexiones balanceadas o lo establecido en la STD-MIL-188-114. Cualquier otra interfaz provista por el constructor, deben incluir señalización RTS (Request To Send – Permiso Para Enviar) y CTS (Clear To Send – Listo Para Enviar). No se excluye la posibilidad de incluir otras interfaces estándares. e) Características de señales casi-analógicas 1. Impedancia del módem en sistema multicanal La impedancia terminal a la salida del modulador y la entrada del demodulador debe ser de 600 ohms balanceada respecto de tierra, con una pérdida de retorno mínima de 26 dB a 600 Ω a la frecuencia de la banda de interés. La simetría eléctrica ha de ser tal que suprima las corrientes longitudinales a un nivel de al menos 40 dB por debajo del nivel de referencia (-40 dBm referidos a 1 mW medidos en el punto cero de transmisión). 2. Impedancia del módem en un sistema monocanal La impedancia a la salida del modulador debe ser de 150 ohms, balanceada respecto a tierra, con una pérdida de retorno mínima de 20 Pág. 141 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF dB contra 150 Ω a la frecuencia deseada. La impedancia Terminal de entrada al demodulador debe ser de 600 ohms, balanceada a tierra y demás características iguales a los casos anteriores. Se recomienda una impedancia terminal balanceada respecto a tierra, ya que se ha comprobado una mejora en el rechazo al ruido eléctrico de interferencia electromagnética (EMI) de hasta 20 dB, comparada con las terminaciones desbalanceadas. 3. Niveles de señales cuasi analógicas en sistemas multicanal El nivel de la señal cuasi-analógica a la salida del modulador debe poder adaptarse al menos entre +3 dBm y -18 dBm. La diferencia de salida entre una marca y un espacio debe ser menor a 1 dB. El demodulador debe ser capaz de operar, sin degradación del rendimiento, con señales cuasianalógicas recibidas dentro del rango de +3 dBm a -35 dBm. En equipos usados para excitar un conmutador u troncalizador, la salida debe ser ajustable de manera de proporciona a la entrada de este último una señal de -13 dBm. Para señales multitono, la misma debe ser igual a: -13 - (10 log10 t) dBm , siendo t la cantidad de tonos. Los niveles de señal para sistemas monocanal son análogos a los expresados en este apartado. 4. Equipo de reloj, control y temporización Los módems deben tener la capacidad de recibir señales externas de temporización, ya que el reloj es el dispositivo que provee la base de tiempo para controlar la operación del resto del equipo. Pág. 142 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF MODOS DE TRANSMISIÓN Los equipos de comunicación actuales requieren de un reloj estable y de un preciso control de intervalo de caracter, por lo que las estaciones de temporización deben prever la operación en cualquiera o todos los siguientes estados. Síncrono por bit: En operación sincrónica por bit la frecuencia del reloj debe ser del doble de la tasa de modulación. La entrega de un bit debe hacerse durante la duración de un ciclo de reloj. Asíncrono bit a bit: En este tipo de operación se producen cambios en la tasa de modulación, por lo que la frecuencia de reloj debe acompañar dichas fluctuaciones. Síncrono por intervalo de caracteres: Se permiten intervalos carácter de 4 a 16 unidades de intervalo. Se asume que una vez establecido un intervalo de caracteres particular, no se espera un cambio del mismo, excepto por una nueva reprogramación. CARACTERÍSTICAS DEL RELOJ Tasa de modulación: para compatibilidad con las tasas de señalización o modulación, la frecuencia de reloj debe ser de al menos el doble de las tasas de modulación especificadas anteriormente. Estabilidad de la tasa de modulación: La temporización proporcionada para la transmisión digital debe ser suficiente para asegurar que la sincronización se mantiene dentro del Pág. 143 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF intervalo de ±25% de la unidad de intervalo entre la señal transmitida y recibida por periodos no menores a 105 segundos consecutivos. Ajuste de fase de la tasa de modulación: Deben proporcionarse los medios para que una deriva de fase del flujo de datos entrantes en relación al pulso de reloj pueda variar entre 1,5 intervalos de unidades en avance o retardo del centro teórico de la tasa de modulación aplicable. Señal de salida: La salida del reloj debe ser una forma de onda alternada, simétrica, en relación a la frecuencia de modulación utilizada y debe cumplir con los requerimientos de tensión y forma de onda detallados en las normas MILSTD-188-110B, MIL-STD-188-141D, STANAG 4203. Debe TENER UN semiciclo de polaridad positiva u otro semiciclo de polaridad negativa, con un ciclo de trabajo de 60 ±1 %. Relación de fase entre reloj y datos: Debido a las diferencias temporales en la velocidad de propagación sobre diferentes circuitos a tasas de modulación mayores a 2400 bps, existe una significativa diferencia relativa de fase entre reloj y datos, que debe ajustarse. Toda transición de datos emitidos por una fuente bajo el control directo de una fuente de reloj externa ocurre cuando hay una transición de negativo a positivo del reloj. El retardo entre esta transición y la transición de la emisión del dato no debe exceder el 12,5 % de la duración de la unidad del intervalo de datos. Para cada equipo una vez que este retardo es fijado por hardware, debe ser consistente consigo mismo en ± 1% para Pág. 144 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF cada transición de reloj. Los límites de retardo son aplicables directamente en la interfaz de excitación. 5. Protocolo de enlace de datos En el caso particular de la esta aplicación, estos deben soportar las especificaciones del protocolo STANAG 5066. 5. Establecimiento Automático del Enlace a) Introducción El Establecimiento Automático del Enlace, comúnmente denominado ALE (Automatic Link Establishment), es mundialmente utilizado para iniciar comunicaciones de radio de alta frecuencia. Permite que el sistema transceptor habilite a la estación para hacer contacto e iniciar un circuito entre si y otra estación o una red. El propósito es proporcionar un método rápido y confiable de comunicarse con otras estaciones durante las condiciones de propagación ionosféricas permanentemente cambiantes, a través de los beneficios de un control con procesador. Los estándares básicos comunes de los protocolos para ALE son el MILSTD-188-141B y su análogo de los estándares Federales de los Estados Unidos FED-STD-1045, conocidos como 2G (Second Generation – 2ª generación) ALE. Hay nuevos estándares que utilizan una sincronización temporal más precisa para alcanzar establecimiento de enlaces más rápidos y configurables, conocidos como 3G. Las técnicas ALE incluyen señalización automática, llamadas selectivas, handshaking e identificación de la estación automáticos. Otras funciones automáticas desempeñadas por el ALE con: búsqueda y selección de canales, análisis de la calidad del enlace (LQA – Link Quality Pág. 145 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Analisis), polling, sondeo, almacenamiento y reenvío de mensajes, protección de direcciones y anti-spoofing. b) ALE en International Amateur Radio (Radioaficionados) Los radioaficionados han desarrollado un uso de ALE que utiliza denominadores comunes para los protocolos de radio, permitiendo a los fabricantes desarrollar radios y software para ser utilizadas en comunicaciones ínteroperativas y redes, constituyendo un sistema versátil para intercambiar voz, datos, texto, mensajería instantánea, o imágenes. Un operador que inicia una llamada, en minutos obtiene una frecuencia que posee buena propagación, sin el tedioso y repetitivo procedimiento de prueba en horarios predeterminados. La red ALE de HF del Internacional Amateur Radio es la red abierta más grande. La lista de canales para la red ALE de HF está coordinada por las regiones IARU (Internacional Radio Amateurs Union – Unión Internacional de Radio Aficionados), para uso local, regional o internacional en servicio de radioaficionado. Todos los canales usan la Banda Lateral Superior (BLU-S). Cada canal está sujeto a reglas, regulaciones, y planes de frecuencia de la región o locales, por lo que algunos de los canales listados por la IARU, pueden no estar disponibles en esa zona y se debe consultar el plan de frecuencias proporcionado por la CNC (Comisión nacional de Comunicaciones). Por ser una red abierta, se invita a los operadores amateur a participar en ella y está abierta 24/7 (todo el día, todos los días) para Emergencias, o ayuda en caso de desastres. c) ALE de tercera generación Utiliza un grupo de protocolos mutuamente dependientes: El Establecimiento Automático del Enlace de tercera generación (3G-ALE), Pág. 146 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF el protocolo de Gestión de Tráfico (TM – Traffic Management), el protocolo de Enlace de Datos de Alta Velocidad (HDL – High-Rate data Link, el Enlace de Datos de Baja Velocidad (LDL – Low-Rate Data Link) y el protocolo de Control de Circuito de Enlace (CLC – Circuit Link Control). En la figura se muestra un esquema de capas. Ilustración III-23: Suite de Protocolos 3G-ALE 1. Control de frecuencia CANALES DE LLAMADA Y TRÁFICO Las frecuencias asignadas para el uso en redes 3G deben designarse para su uso en llamadas y para tráfico. Los administradores de red deben observar los siguientes principios al asignar canales en estas redes: • Usar un canal para tráfico y llamadas reduce la eficiencia en las redes debido a altas cargas de tráfico. Pág. 147 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Los canales de tráfico deben asignarse cercanos a los canales de llamada, de modo que las condiciones de propagación sean similares. • Los canales de llamadas deben asignarse a listas de búsqueda de manera no secuencial, de forma que el rango de frecuencias sea cubierto varias veces por día. Por ejemplo, las frecuencias: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, 13, 18, y 23 MHz, deberían revisarse en el siguiente orden: 3, 6, 11, 23, 5, 10, 18, 4, 8, 13. La numeración de los canales de llamada se asignan comenzando por 0, de esta forma si hay “C” canales de llamadas, el mayor será designado como “C -1”. GESTIÓN EXTERNA DE FRECUENCIA Los sistemas deben proveer la posibilidad de gestionar la frecuencia de forma externa a través de una interfaz de red de gestión, para facilitar la interoperabilidad con sistemas de gestión de red. Esta capacidad debe tener al menos: • Asignación de frecuencias a canales. • Habilitar o deshabilitar las llamadas o el tráfico en cada canal. • Asignación de canales a una lista de búsqueda. • Ingreso de datos de calidad del canal. Estos ítems deben ser asignados uniformemente en toda la red. 2. Sincronización de red Pág. 148 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Los sistemas 3G deben incluir mecanismos para mantener la sincronización entre las bases de tiempo de la red local. Cuando la red opera en modo sincrónico, la diferencia entre los tiempos más alejados no debe exceder los 50 milisegundos. En redes asincrónicas, el rango permisible de tiempos de red está limitado por el nivel de protección del enlace utilizado, si hubiere. Se debe proporcionar entonces un medio para efectuar una sincronización externa y fijar la hora local a través de una fuente de reloj como ser desde un receptor del Sistema de Posicionamiento Global (GPS). La base de tiempo interna no debe diferir de la externa en no más de 1 milisegundo luego de la actualización y no derivar más de una parte por millón. Si no se dispone de esta posibilidad debe usarse el protocolo de mantenimiento del sincronismo usando los preámbulos de las PDU. 3. Búsqueda de canales Si no se halla enganchado con otros sistemas ALE, el sistema debe buscar continuamente los canales asignados, rastreando llamadas 2G y 3G. Solo deben suspender la búsqueda cuando son llamados o cuando establezcan una llamada, como se especifica en los protocolos especificados en la norma. MODO SÍNCRONO Los receptores 3G en modo síncrono deben buscar a una tasa de 4 segundos por canal. Las estaciones se asignarán a grupos de detención (dwell groups) por el administrador de la red. Cada grupo de detención escuchará en un canal diferente por periodos de 4 segundos según la siguiente fórmula: Pág. 149 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF D = ((T / 4) + G) mod C Ecuación III-1: Periodo de búsqueda de canales en 3G-ALE Donde D es el tiempo de detención en el canal, G es el numero de detenciones en el grupo y C el número de canales en la lista de búsqueda. MODO ASÍNCRONO Los sistemas 3G usando modo asíncrono buscan en los canales de llamada asignados a una tasa de 1,5 canales por segundo, con un periodo residente de 667 ms para analizar la existencia de portadoras. 4. Direcciones 3G-ALE Los sistemas 3G usan direcciones binarias de 11 bits en los protocolos de aire. Estas direcciones deben ser traducidas para sistemas de 2G que usan nombres de hasta 15 caracteres ASCII alfanuméricos y el uso de operadores. ESTRUCTURA DE DIRECCIONES PARA MODO SÍNCRONO La estructura del espacio de direcciones del modo síncrono consta de 11 caracteres donde los 5 menos significativos representan el número del grupo de nodos residentes y los 6 más significativos el número de miembro del nodo dentro de ese grupo, como se muestra a continuación. 6 bits 5 bits LSB Nº. Miembro Nº. Grupo MSB Ilustración III-24: Estructura de direcciones 3G-ALE Pág. 150 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF DIRECCIONES DE RED Los números de miembros comprendidas entre 111100 al 111111 (direcciones 11110000000 a la 11111111) se reservan para uso temporario de las estaciones llamando dentro de una red y no deben usarse por ningún miembro de la red. Las direcciones de cualquier nodo de la red individual se denominan Unicast. De esta forma pueden asignarse hasta 60 estaciones para cada grupo residente, pero la distribución de miembros y grupos estará sujeta a las condiciones de congestión de la red. DIRECCIONES MULTICAST Las direcciones Multicast se conforman en el espacio de direcciones de 6 bits y deben distinguirse de las direcciones individuales para su uso en llamadas multicast solamente. Estas se completan en el espacio reservado para el número de miembro y el campo de número de grupo debe completarse con los 5 bits colocados a 1. El sistema 3G debe ser programable para reconocer al menos 10 direcciones Multicast las que deben ser orientadas para su uso en toda la red. 5. Requerimientos del sistema El 3G-ALE proporciona una funcionalidad similar al de segunda generación, pero con habilidades mejoradas para establecer un vínculo en canales comprimidos, más rápidamente y operar más eficientemente en redes mayores orientadas a la transmisión de datos. Debe ser capaz de operar en modos síncrono y asíncrono y operando en modo síncrono, reconocer una búsqueda en modo asíncrono y responder a ella adecuadamente. Pág. 151 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Una vez establecido el enlace, el sistema espera durante un cierto tiempo programable para el establecimiento del tráfico, luego del cual si este no se inició, retorna al estado de búsqueda. A continuación se detallan los requerimientos de rendimiento del sistema: PROBABILIDAD DE ENLACE Se detallan en la siguiente tabla. SNR expresado en dB para canales de 3 KHz Probabilidad de ITU F.250-2 ITU F.250-2 enlace satisfactorio Gaussiano Canal Bueno Canal Pobre 25% -10 -8 -6 50% -9 -6 -3 85% -8 -3 0 90% -7 1 3 Tabla III-8: Requerimientos para probabilidad de enlace DETECCIÓN DE OCUPACIÓN El sistema debe ser capaz de detectar canales ocupados a fin de no transmitir en los mismos, sin la intervención del operador. La probabilidad de declarar ocupado a un canal que solo contiene ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN – Additive White Gaussian Noise) debe ser menor al 1%. Detección en modo síncrono o asíncrono debe superar los límites establecidos en la tabla a continuación. Pág. 152 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Forma de onda 2G-ALE 3G-ALE 3G-HDL BLU – Voz MIL-STD-188-110 STANAG 4285 o STANAG 4529 SNR AWGN 3 KHz (dB) 0 6 -9 -6 0 6 6 9 0 6 0 6 Probabilidad de detección mínima requerida 50% 90% 50% 95% 30% 70% 50% 75% 30% 70% 30% 70% Tabla III-9: Requerimientos de detección de ocupación de canal .SELECCIÓN DE CANAL Los protocolos 3G-ALE inherentemente evalúan los canales durante el establecimiento del enlace. Sin embargo, la información de selección del canal inicial de llamada reduce considerablemente el encabezado de la llamada, tanto en modo síncrono como en asíncrono, dando como resultado una mayor rapidez en el establecimiento del enlace, especialmente en modo asíncrono. Los sistemas 3G-ALE utilizan todos los datos disponibles de la calidad de los canales para seleccionar el canal inicial para llamar: • Medición de calidad de enlace del canal de llamada derivado de las PDU recibidas. • Ocupación de los canales de tráfico monitoreados durante cada ciclo de búsqueda. • Datos de programas de predicción y otras fuentes externas almacenadas en la tabla de datos de calidad de canal en la Estación. Por ejemplo vía la interfaz de la red de gestión. Pág. 153 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF FUNCIONALIDAD DE SALTO DE FRECUENCIAS Cuando el sistema se encuentra operando en modo de espectro disperso por salto de frecuencias, de acuerdo al estándar MIL-STD-188-148A, el sistema 3G-ALE debe distribuir cada PDU sobre los diferentes saltos, como se indica en el apéndice F de la norma MIL-STD-188-141B. El rendimiento de cada salto debe estar de acuerdo a lo expresado en dicha norma. 6. Otras funcionalidades En los apéndices del estándar MIL-STD-188-141B se detallan aspectos a tener en cuenta para la interoperabilidad y funcionalidad del sistema 3GALE, como ser: • Protocolos de enlace de datos • Mantenimiento Automático del Enlace (ALM – Automatic Link Maintenance). • Interfaz de Red de Gestión (MNI – Management Network Interfaz). Además el sistema debe poseer las siguientes características: ORDEN DE TRANSMISIÓN Salvo indicación contraria, el orden de transmisión será serial y como se detalla: • Los campos en las PDU se transmiten de izquierda a derecha. • Los bits dentro de cada campo se transmiten a partir del bit más significativo (MSB). Pág. 154 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF ESTRUCTURA DE DATOS Cada estación debe contener las siguientes estructuras de datos: Tabla de Estación: Cada tabla de Estación debe ser capaz de almacenar al menos 128 entradas, cada una de las cuales debe tener al menos la siguiente información: • Identificación de la estación de acuerdo al formato 2G (hasta 15 caracteres ASCII alfanuméricos). • Dirección 3G. • Bandera de suscripción Multicast, que indica si la dirección asociada a esta entrada es una estación receptora de mensajes multicast. • Canales en los cuales esta dirección es válida. • Mediciones de calidad de enlace desde cada estación en cada canal de llamada o tráfico incluyendo una marca de tiempo. • Estado actual de la estación. Se puede almacenar información obtenida de PDU y las más actuales van sobrescribiendo a las más antiguas. Tabla de Canales: La tabla de canal debe proporcionar almacenamiento para 128 entradas al menos. Las banderas individuales de cada canal deben indicar si el canal está disponible para uso en llamadas 3G, 2G o tráfico. Cada entrada debe contener las frecuencias de transmisión y recepción, Pág. 155 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF selección de tipo de antena y configuraciones, limites de potencia y tipo de modulación. 6. Dispersión Espectral Se denomina dispersión espectral (spead spectrum) a los mecanismos de uso de la gama completa de una banda de radiofrecuencia para la transmisión de información. Existen dos metodologías básicas: la primera de ellas es el salto de frecuencias (frecuency hopping) y la segunda es el acceso múltiple por división de códigos (CDMA – Code División Múltiple Access). La primera suele ser más sencilla de implementar y por lo tanto es la más difundida y desarrollada, además de ser más adecuada para la banda de HF, mientras que la segunda requiere de mayor desarrollo tecnológico, pero es más apta para la transmisión de señales de banda ancha. a) Breve reseña histórica La necesidad de radiocomunicaciones seguras se remonta a la Segunda Guerra Mundial. Durante la misma, ambos bandos utilizaban la intercepción de tráfico radial rutinariamente, cuya seguridad consistía en la codificación y encriptación de los mensajes. La habilidad de los aliados en descifrar el código alemán ENIGMA, les dio una tremenda ventaja. No fue hasta la guerra en Vietnam que se desarrollaron medidas para contrarrestar las intercepciones. El ejército Norvietnamita grababa el tráfico de radio americano solicitando apoyo aéreo y bombardeo de las posiciones enemigas. Una vez que las áreas eran ocupadas por las fuerzas americanas, retransmitían la información con consecuencias desastrosas. De ello surgió la necesidad de una red segura de radio, que no pudiera ser interceptada o enmascarada. Pág. 156 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF A fines de los años 70 se desarrolló en los Estados Unidos un sistema de radio que proporcionaba inmunidad contra la intercepción y el enmascaramiento utilizando saltos de frecuencia. El transmisor y receptor, dentro de una red, cambian su frecuencia muchas veces por segundo en forma automática en forma perfectamente sincronizada. El salto de frecuencia para HF no se desarrolló sino hasta mucho más tarde de que los primeros modelos de VHF aparecieran en el mercado. La implementación en Hf probó ser muy dificultosa debido a que las condiciones de propagación en la banda de HF son mucho menos estables y predecibles, y la banda de HF cubre cuatro octavas, mientras que las bandas inferiores de VHF cubren solo una. b) Conceptos básicos Los equipos de radio convencionales están preparados para transmitir y recibir en frecuencias determinadas, lo que las hace vulnerables a la intercepción (eavesdropping) y el enmascaramiento (jamming). Se denomina intercepción a el monitoreo no autorizado del tráfico de radio, mientras que el enmascaramiento es la interferencia deliberada de la comunicación al operar un transmisor en la misma frecuencia del tráfico radial. Mientras que la codificación y la encriptación proveen algún grado de eficacia contra la intercepción, son vulnerables al enmascaramiento. Una radio con salto de frecuencia es capaz de cambiar su frecuencia de operación dentro de una determinada banda varias veces por segundo. Periódicamente se transmite información de sincronización para asegurar que el transmisor y el receptor sincronicen sus cambios de frecuencia, manteniendo inteligible la comunicación. La secuencia de saltos sigue un patrón seudo-aleatorio con un tiempo de repetición sumamente largo. Pág. 157 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En una red de salto de frecuencia una estación es designada como “Maestra” y es la responsable de transmitir los datos de sincronización a las demás estaciones, o “Esclavas”. Solo puede haber un número determinado de estaciones dentro de una red. Otro concepto importante a tener en cuenta es el denominado “Salto Inteligente”. Esta característica evita el uso de canales bloqueados, ya sea por interferencia o malas condiciones de propagación. La red de radio, a través de la estación maestra, recopila información de las condiciones de propagación en cada canal, dentro del conjunto de saltos. Todos los miembros de la red reciben entonces esa información y de esta forma evitan los canales bloqueados, lo que ocurre en forma continua de forma de adaptarse a las condiciones cambiantes de propagación. c) Requerimientos generales Existen tres modos de operación contemplados en las especificaciones NIL-STD-188-148A, para los sistemas que emplean Enlace automático de HF 3G y salto de frecuencia, que se detallan en la tabla: Modo 1A 1B 2 Modo de salto MIL-STD-188-148 MIL-STD-188-148 MIL-STD-188-148 Modo de Enlace Enlace antes del salto Enlace antes del salto Enlace durante el salto Modo de búsqueda Asíncrono Síncrono Síncrono Tabla III-10: Modos de operación con 3G-ALE 1. Conjuntos de saltos Una lista ordenada de frecuencias, junto con especificaciones de temporización que determinan cuando será usada cada frecuencia, es lo que se denomina conjunto de saltos. Al usar protocolos 3G en una red con salto de frecuencia, los conjuntos de saltos toman el lugar de los canales. Por ello en los sistemas 3G que operan con salto de frecuencia, las especificaciones de los apartados anteriores se refieren a los Pág. 158 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF conjuntos de salto en lugar de canales. Así, las tablas de estaciones y tablas de canales deben extenderse para almacenar las especificaciones de los conjuntos de saltos en cada entrada. 2. Requerimientos del rendimiento del sistema PROBABILIDAD DE ENLACE Cuando se enlaza antes de saltar, se deben igualar o exceder las especificaciones para la probabilidad de enlace citadas en el apartado anterior, tanto para modos síncrono como asíncrono. Cuando se enlaza durante el salto (modo 2) los sistemas 3G deben igualar o superar lo expresado en la siguiente tabla. Probabilidad de enlace satisfactorio 25% 50% 85% 90% SNR para 3 KHz expresado en dB ITU ITU Gaussiano Canal bueno Canal pobre -7 -5 -3 -6 -3 0 -5 0 3 -4 4 6 Tabla III-11: Probabilidad para enlazado durante el salto de frecuencia DETECCIÓN DE OCUPACIÓN Cuando se enlaza antes de saltar, se deben igualar o exceder las especificaciones para la probabilidad de enlace citadas en el apartado anterior, tanto para modos síncrono como asíncrono. Los sistemas que operan en modo de enlace durante el salto (modo 2) deben reconocer correctamente que el conjunto de salto de tráfico está ocupado al menos según lo indicado en la tabla que sigue, durante la porción de escucha. Pág. 159 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Forma de onda 2G-ALE 3G-ALE 3G-HDL BLU – Voz MIL-STD-188-110 STANAG 4285 SNR AWGN 3 KHz (dB) 1 -8 1 7 1 7 1 Probabilidad de detección mínima requerida 50% 50% 30% 50% 30% 70% 30% Tabla III-12: Requerimientos para detección de ocupación para enlace durante el salto La probabilidad de declarar ocupado a un conjunto de salto, cuando cada canal de solo contiene ruido blanco gaussiano aditivo debe ser menor al 1%. d) Requerimientos de procedimientos del sistema 1. Enlace antes del salto Cuando el sistema 3G-ALE se enlaza antes de saltar, los protocolos ALE se emplean como en los apartados precedentes, con la siguiente modificación: la sincronización e inicio de los saltos se inician en el momento que el protocolo respectivo, por el cual comienza el tráfico, comienza en sistemas de operación de frecuencia única. El inicio del tráfico, en cambio, se origina una vez iniciada la secuencia de saltos. 2. Enlace durante el salto En este modo, los sistemas de 3G-ALE funcionan en modo síncrono modificado, tal como se detalla en los siguientes párrafos. Deben usarse los siguientes parámetros de temporización: • El periodo de detención del salto (dwell period) es el recíproco de la frecuencia de salto. Pág. 160 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Cada detención comprende un Tiempo de Guarda Tguard, durante el cual la radio está cambiando de frecuencia. • Las estaciones se sincronizan mientras saltan. La máxima discrepancia de las bases de tiempo de los miembros de la red es Tdisc. • El tiempo de retardo de propagación máximo entre estaciones miembros de la red es Tprop. • La duración del control de nivel de transmisión, preámbulo y porción de datos de la PDU del sistema ALE son: Ttlc, Tpre y Tdata, respectivamente. DURACIÓN DEL INTERVALO DE SALTO SÍNCRONO Si la tasa de salto de la red es tal que puede transmitirse una PDU 3GALE durante Tdata, el tiempo del intervalo (slot) Tslot debe ser igual al periodo de salto Thop. De lo contrario el Tslot debe extenderse al mínimo múltiplo entero de Thop, mayor o igual a Tprop más el tiempo necesario para enviar una PDU entera usando los procedimientos descritos más adelante. ESTRUCTURA DE DETENCIÓN DE SALTO SÍNCRONO La estructura de la detención (dwell) para 3G-ALE durante el salto comprende cinco intervalos (slots), la duración nominal de cada detención es de 4 segundos: • Intervalo 0, tiempo de sintonización y escucha: durante el cual las estaciones se sintonizan transmisión/recepción, los a la nueva acopladores y frecuencia de antenas son sintonizados si es necesario, etc. Luego cada receptor muestrea Pág. 161 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF el tráfico en la vecindad de este nuevo canal verificando sincronizadamente la ocupación del grupo de salto • Intervalos 1 al 4, de llamada: el tiempo remanente de divide en cuatro intervalos de igual duración. Estos intervalos tienen 800 ms cada uno durante los cuales las estaciones inician las llamadas y otros protocolos de acuerdo al apéndice C de la norma MIL-STD188-141B. Intervalo 0 Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 0 Nueva frecuencia Sintonía y escucha Ilustración III-25: Estructura de detención síncrona TRANSMISIÓN DE UNA PDU Cuando una PDU del protocolo 3G-ALE no puede transmitirse durante un único salto, debe extenderse sobre múltiples saltos, como se detalla a continuación: Secuencia de control de nivel de transmisión: La porción de control de nivel de transmisión de una PDU debe ser enviada por el controlador al transmisor durante Tguard y la primera parte de Tdata, con símbolos eliminados del principio de la secuencia si es necesario para que el final de la secuencia Ttlc ocurra en el instante Tdisc, luego del fin del tiempo de guarda, como se muestra en la figura. Algunos símbolos pueden ser perdidos por el transmisor mientras está cambiando de frecuencia. Pág. 162 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración III-26: Transmisión de PDU en saltos de frecuencia Transmisión de una PDU 3G-ALE en la porción de datos. Si: Tdata ≥ Tpre + Tdata + 2Tdisc Ecuación III-2: Tiempo límite para envío de datos en un salto la PDU debe enviarse durante un solo salto, con el preámbulo comenzando inmediatamente luego del fin de la secuencia Ttlc De otro modo, el preámbulo y los datos de la PDU deben dividirse en varios saltos. Las transmisiones durante cada Thop deben contener la secuencia Ttlc seguida inmediatamente de el segmento de preámbulo durante 40 milisegundos (96 símbolos) y a continuación los bits de datos de PDU hasta la cantidad N bits por salto Nbph: Nbph = (Tdata - 40 ms - 2Tdisc / Tbit) Ecuación III-3: Bits por salto de una PDU Las transmisiones deben cesar durante el periodo desde el símbolo final de los bits de datos de la PDU hasta el primer símbolo de la próxima secuencia Ttlc. Esto reduce lo niveles de interferencia. La cantidad de saltos requerida para enviar una cantidad M de bits componentes de una PDU 3G-ALE es: H = (M / Nbph) Ecuación III-4: Cantidad de saltos dpara transmitir una PDU Pág. 163 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Los segmentos del preámbulo deben transmitirse sucesivamente en los distintos saltos, con la secuencia de símbolos regresando al principio si fuera necesario en los saltos siguientes. Si el tiempo de las últimas posiciones de bits de la PDU no exceden Tprop deberá incluirse un salto extra en Tslot para permitir la propagación a todas las estaciones. La transmisión de otro tipo de PDU debe hacerse de manera similar. Pág. 164 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF IV. EVALUACIÓN ECONÓMICA A. INTRODUCCIÓN Tal como sucede en el diseño de una red de datos local o de área extendida, el diseño de la misma es particular en cada caso y las soluciones no son únicas y deben adaptarse a cada caso en particular. Las diversas características a tener en cuenta hacen que el diseño, selección, implementación y los costos asociados requieran de un análisis puntual en cada caso para dar con la solución óptima que satisfaga no solo los requerimientos técnicos necesarios para la transmisión de datos, sino que a su vez, la calidad sea la requerida por el usuario, entendiendo por calidad aquello que se ajusta necesariamente a sus necesidades actuales y con posibilidades de adaptarse a las futuras, contemplando la necesidad de una continua adaptación a las mismas. Por ello es que en el presente capítulo se proporcionan dos aspectos que son necesarios para la concreción de cualquier proyecto que se desee encarar. Primero se expondrá una guía, basada en normas, recomendaciones y experiencias de profesionales expertos en el tema y del autor mismo, para el diseño, selección y evaluación de la implementación de un sistema de transmisión de información mediante el uso de sistemas de radio de HF. En segundo lugar se detallan los componentes de estos sistemas, algunos de los que se encuentran disponibles comercialmente, y que a su vez se ajustan a lo descrito en el presente trabajo, como una guía inicial hacia la selección de los mismos. Pág. 165 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF B. GUÍA DE IMPLEMENTACIÓN Y DISEÑO 1. Aspectos generales Cuando surge la necesidad de comunicaciones entre dos o más puntos y una solución posible es un sistema de radio de HF, deben efectuarse un diseño preliminar y realizar un estudio de factibilidad para analizar y definir los requerimientos específicos. Mediante este estudio se verificará que la radio HF sea el medio de comunicación apropiado para los requerimientos del sistema y que sus costos sean razonables. a) Definición y análisis de los requerimientos Un riguroso análisis de las necesidades y requerimientos del nuevo sistema deberían demostrar si este medio de comunicación es apropiado para esta aplicación, o no. Algunos de los factores que justifican el uso de sistemas de radio de HF frente a otros sistemas son: • Distancia: Las distancias entre los puntos terminales aceptables para la propagación de HF (BLOS – Beyond Line Of Sight) son demasiado largas para enlaces de radio LOS (Line Of Sight – Alcance Visual) como VHF, UHF o microondas, con repetidores inclusive. • Terreno: Terrenos difíciles como las montañas, los océanos o límites internacionales entre los puntos terminales pueden excluir el uso de otros medios. • Tráfico: Si las exigencias del tipo de tráfico no son demasiado demandantes, HF se convierte en una alternativa para satisfacer las exigencias. Pág. 166 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Confiabilidad: La confiabilidad del HF no es muy buena, debido a la susceptibilidad a los fenómenos atmosféricos, que no lo hacen apta para servicios que exigen una alta disponibilidad. • Ciclos solares: Los pronósticos de largo plazo deben ser favorables para el rango de frecuencias que piensa utilizarse. • Banda de frecuencia: Debe tenerse en cuanta la disponibilidad y permisos correspondientes para las frecuencias de operación deseadas. • Prioridad: La prioridad y privacidad del tráfico debe ser tal que las condiciones de rendimiento y confiabilidad de HF deben ser satisfactorias. • Obras civiles: Las ubicaciones de las instalaciones de los equipos y antenas deben ser adecuadas. En general las antenas suelen ser muy grandes por lo que la ubicación (terreno, edificación, accesibilidad, servicios) suele ser un factor determinante para decidir la aplicación. • Costos: Los costos de instalación, mantenimiento y operación de un sistema de HF deben ser menores que otros sistemas que cumplan con las necesidades del sistema. Una vez que se ha determinado que HF es una solución viable para las necesidades de comunicación, debe conducirse un estudio preliminar de diseño y factibilidad, cuyos ítems se desarrollan a lo largo de este capítulo. Pág. 167 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF b) Planes de enrutamiento y troncalización Los planes de enrutamiento y troncalización proporcionan información acerca del tipo y cantidad de canales necesarios para interconectar cada uno de los terminales dentro del sistema. Si este sistema será parte de una red, el implementador debe trabajar con, o como, el administrador de red para determinar los nodos que conformarán la red y su situación o cobertura geográfica, en caso que sean móviles. El diseñador debe tener en cuenta la ubicación de los nodos y su relación con los demás que conforman la red, identificar los obstáculos naturales (como los geográficos) y de factoría humana que pueden estar presentes en las trayectorias entre nodos, y tener presente el equipamiento particular de cada nodo, especialmente de potencia y tipo de antena así como de los patrones de propagación en las localidades involucradas. El administrador de red debe tener claro conocimiento de las características, horarios y volúmenes de tráfico. Debe saber como afecta al tráfico la pérdida de conectividad de un nodo, la importancia y prioridad de cada miembro de la red y el tipo de mensajes que cada uno puede o debe manejar, tanto como enrutamiento en caso que la cobertura no sea universal. c) Plan de frecuencias La planificación de frecuencias debe iniciarse con el proyecto para asegurar una lista de frecuencias adecuadas para sostener cada enlace de HF de manera que pueda operarse ininterrumpidamente durante los periodos diarios de funcionamiento, en cualquier época del año y a lo largo de los periodos del ciclo solar de 11 años. El uso de programas de predicción como IONCAP, ICEPAK o VOACAP es ideal para determinar los requerimientos de frecuencias en diversas Pág. 168 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF condiciones. Más adelante, en este capítulo, se realiza un análisis más profundo para determinar el plan de frecuencias. d) Requerimientos del personal Si bien uno de los objetivos de este trabajo es desarrollar un sistema libre, en lo posible, de la necesidad de personal altamente especializado, deben tenerse en cuenta las necesidades de operación y mantenimiento adecuadas del sistema. Para ello deben analizarse el número y experiencia necesaria del personal requerido en el nodo y general. Ello incluye la planificación de la capacitación del personal de operación (interna o externa) y la contratación directa o tercerizada del personal de mantenimiento. Un requerimiento que no debe descuidarse son las licencias de los operadores de radio, si fueran requeridas. e) Requerimientos logísticos El diseñador debe seleccionar las ubicaciones fijas teniendo en cuenta el acceso a rutas, agua, electricidad, combustible, otros servicios de comunicación, urbanizaciones cercanas y la logística necesaria para proveerlo en caso de ser necesario. Otros aspectos importantes son las normativas particulares en cuanto a las instalaciones, como ser: permisos provinciales y municipales, licencias de operación, estudios de impacto ambiental. 1. Instalaciones terminales Se refiere a la planta física, la energía primaria y secundaria y los sistemas de control ambientales necesarios para la instalación de una estación de HF. Pág. 169 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 2. Tiempo de vida útil del sistema El periodo de vida estimado que el sistema de HF estará en servicio tiene un fuerte impacto a la hora de la selección del equipamiento, ya que requerimiento de corto a mediano plazo implicará el uso de equipo portátil, mientras que una expectativa de varios años justifique el uso de equipamiento permanente. 3. Requerimiento de los inmuebles Debido a las grandes longitudes de onda implicadas en estos sistemas, se necesitan propiedades de gran extensión para montar una planta de HF. Si no se usa un terreno existente, la adquisición de uno con ubicación adecuada y la construcción de la infraestructura de uno nuevo deben iniciarse tempranamente. En el caso de disponerse del terreno, debe adecuarse el mismo para el uso. Una antena de dipolo simple necesita una superficie de 400 m2, mientras que una antena romboidal necesita de una a dos hectáreas. Si la operación contempla el uso de varios circuitos o circuitos full duplex, es necesario que las antenas tengan la separación necesaria para evitar interferencias espaciales. 4. Impacto ambiental La construcción de un emplazamiento de transmisiones de radio, actualmente requieren de estudios de impacto ambiental de parte de las municipalidades, además de las regulaciones de la CNC y la Fuerza Aérea, si la ubicación se halla cercana a un aeropuerto. En el caso de estaciones móviles, el tipo de portabilidad y uso que se le dará al equipo, que incluye peso, consumo de energía, provisión de la Pág. 170 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF misma, tipo y ubicación de antenas, uso de sistemas montados o armables, etc. f) Requerimientos de las comunicaciones Los requerimientos iniciales del usuario del sistema deben especificar el tipo de tráfico que cada estación debe ser capaz de soportar, como la voz, datos simples, fax, imágenes, encriptación u otro tipo de información, lo que indicará si se requiere otras piezas de equipamiento adicional para incluir en la ingeniería. 1. Relación señal a ruido Los modos de comunicación determinan el nivel de la relación Señal a Ruido (SNR). Es conveniente usar la recomendación 339.5 del ITU-R como guía para determinar el grado de servicio necesario. 2. Tasa de modulación Esta especificación tiene gran dependencia del tipo de tráfico también, ya que en el caso de las transmisiones digitales o cuasi-analógicas, el tipo de modulación implica la capacidad de transmisión. Otras características importantes son la tasa de error (BER), distorsión, ancho de banda, ocupación, costo, etc. Normalmente esta información la estima el diseñador del sistema junto a las especificaciones de los equipos. La mayoría de los módems moderno proporcionan diversos tipos de modulación y tasas de modulación, pero debe considerarse que las interfaces entre estos y el resto del equipamiento sea compatible. 3. Tipos de servicio Pág. 171 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Como se detallara en capítulos precedentes, las características particulares de cada sistema se expresan en función de distorsión, tasa de error, ancho de banda, tiempo de ocupación, costo Es importante que el usuario proporcione detalles como si el servicio se prestará a tiempo completo o a demanda por llamada, si necesita ser encriptado, así como el grado de confiabilidad. Los circuitos tradicionales de HF son capaces de proporcionar una confiabilidad del 80% (19,2 horas/día). Con equipo adaptativo moderno, la confiabilidad asciende al 95% (22,8 horas/día) colocándolo cerca del extremo más alto del espectro. g) El Estimación de costos costo del proyecto total del desarrollo de un sistema de comunicaciones en HF, ya sea nuevo o su expansión, incluye más que solo el costo de los equipos. En esta sección se analizan los costos directos e indirectos del proyecto, que incluyen los siguientes ítems: 1. • Costos iniciales • Costos de equipamiento • Costos de instalación Costos iniciales GESTIÓN DE PROYECTO Pág. 172 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Este debe incluir el costo de la labor directa e indirecta del gerente del proyecto y su personal, por el tiempo invertido en supervisar y gestionar el proyecto, así como los gastos de trasporte y viáticos. INGENIERÍA DEL SISTEMA Esto incluye los costos directos e indirectos del trabajo de diseño del sistema y revisión de los requerimientos del proyecto del o los ingenieros y personal asociado. Esto incluye, además de los costos de viajes y viáticos, el dibujo, impresiones y otros gastos asociados. ADQUISICIÓN DE INMUEBLES Además de los costos de adquisición o alquiler del terreno o edificaciones, deben tenerse en cuenta gastos anexos como impuestos, tasas, pago a profesionales necesarios para estas transacciones. PREPARACIÓN DE LAS INSTALACIONES Incluyen costos como mensuras, nivelación, acondicionamiento del terreno, excavaciones, cercados, construcción o adecuación de estructuras de montaje de equipos, torres y antenas En el caso de edificaciones, debe tenerse en cuenta los costos de la construcción, en el caso de alojamientos nuevos o la remodelación y adaptación en el caso de edificios preexistentes. Esto incluye no solo la ubicación de equipos, sino del alojamiento e instalaciones sanitarias para el personal de operación y/o mantenimiento. Deben tenerse en cuenta, además, el alojamiento de las instalaciones de energía que pueden incluir subestaciones transformadoras, salas de baterías de soporte de energía, grupos electrógenos y canalizaciones de distribución de la misma. Pág. 173 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 2. Costos de equipamiento COMPRA DE EQUIPO Es un costo muy variable, dependiendo principalmente de las potencias de transmisión requeridas, pudiendo llegar a ser los mayores costos. En general se cuenta con un solo proveedor o vendedor, pero no es infrecuente que este adquiera los mismos desde diversos orígenes. La adquisición suele hacerse a través de una licitación o concurso de precios, comparando distintos presupuestos y eligiendo entre las mejores propuestas que satisfagan las necesidades. Existen los servicios “llave en mano” en donde el vendedor no solo provee el equipamiento, sino que proporciona o subcontrata el servicio de instalación y puesta en marcha. En el anexo C se citan brevemente los componentes más comunes de un sistema de HF. 3. Costo de instalación El proceso de instalación tiene costos que incluyen: • Materiales de instalación. • Consultores y/o profesionales externos. • Trabajos de instalación. • Pruebas de aceptación. • Capacitación del personal. • Costos de vida útil y reposición. Pág. 174 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF MATERIALES DE INSTALACIÓN Es el listado de cada pieza de equipo y repuestos necesarias para la construcción o adecuación de las estaciones de HF. Esto incluye las partes mayores como antenas, transceptores, etc., como así cables, interruptores, tornillos y clavos. Esto implica una ingeniería de detalle completa. Para la estimación de los costos iniciales se puede recurrir a la experiencia de los profesionales de diseño y obras previas. CONSULTORES Y/O PROFESIONALES EXTERNOS Estos suelen ser necesarios para tareas específicas, como la elección de ubicaciones adecuadas, medición de ruido electrónico e interferencias, etc. TRABAJOS DE INSTALACIÓN Si no son provistos por el propio vendedor, deben calcularse teniendo en cuenta los gastos de adecuación de las instalaciones para hacerlas operacionales. PRUEBAS DE ACEPTACIÓN Las pruebas de aceptación y el equipamiento necesario para ello son fundamentales para hacer las instalaciones completamente operacionales. El plan de aceptación puede estar a cargo del propio vendedor con la supervisión de algún ente, como del usuario final, o limitado a un periodo limitado de prueba. Deben incluirse los costos directos e indirectos de la pruebas en todas las fases del proyecto, como el propio desarrollo del protocolo de pruebas adecuado si no existiera uno, como si fuera otro proyecto. CAPACITACIÓN DEL PERSONAL Pág. 175 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La capacitación sobre nuevos equipos debe ser solicitada con la provisión del mismo, o considerarla aunque sea realizada por parte del mismo usuario. COSTOS DE VIDA ÚTIL Y REPOSICIÓN Por último el diseñador debe considerar la vida útil de los componentes del sistema y los costos de mantenimiento, operación y reposición. 2. Análisis y diseño del sistema Los pasos para la ingeniería de un sistema de HF típico podrían incluir los siguientes tres niveles de planificación. 1- El primer análisis comprende la factibilidad del uso de un sistema de HF 2- El segundo nivel de planificación es el desarrollo de la información de costos para fundamentar la substanciación del proyecto. 3- Por último, la ingeniería de detalle, que es el objeto de esta sección. a) Topología de la red Esto es fundamental en el caso que se prevea el uso de un sistema ALE de radio HF. Una red de comunicaciones se define como el método de conectar los nodos de manera que cada unidad de radio en la red se pueda comunicar con otra. En el caso de las ondas electromagnéticas no hay un vínculo concreto se refiere a un vínculo virtual o lógico, en los que se pueden destacar cuatro tipos: bus, anillo, estrella y árbol o estrella de orden superior. Pág. 176 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La conexión bus es aquella en que cada intercambio es recibido por cada actor. Es la configuración natural asumiendo que a) no se hace nada inusual, b) existe propagación entre todas las unidades, c) las unidades operan en la misma frecuencia y d) existe el direccionamiento para las comunicaciones. La conexión anillo se basa en dividir el uso del medio por parte de cada unidad por lapsos limitados, siguiendo una secuencia cíclica. La configuración estrella un intercambio intervenido, realizado a través de un punto único. Ella es útil cuando existe un nodo central tiene el control y este concentra y dispersa los mensajes a cada nodo individual. Una configuración mucho más práctica es la estructura de árbol o estrella de orden superior, extendiendo la topología estrella en órdenes jerárquicos, particularmente cuando la propagación entre estaciones no es total. Esto es posible con el uso de técnicas de direccionamiento especial. Esta tarea se hace con el acuerdo del administrador de la red, ya que sobre él recae la responsabilidad de mantener la red luego de su implementación. Usando como bases los objetivos y requerimientos, los analistas confeccionan el diseño de la red, que detallará la topología, esquema de la red y ubicación de las unidades. La topología depende del flujo de la información, cuyo análisis debe considerar la cantidad, frecuencia de uso y prioridad. b) Ubicación geográfica Una vez ubicadas las locaciones de las estaciones, pueden determinarse sus coordenadas por diversos medios, como los sistemas GPS o el uso Pág. 177 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF de mapas topográficos. Si la ubicación no es la definitiva, se dan las estimaciones de su ubicación geográfica. La selección de la ubicación de la estación de radio de HF requiere un análisis detallado de los alrededores. Este debe ser técnicamente adecuado, teniendo en cuenta el ruido electromagnético, conductividad de la tierra, obstáculos en la propagación como edificios o montañas. Como consideraciones secundarias se tienen en cuenta la facilidad de acceso, servicios y cercanía de los proveedores. c) Parámetros de trayectorias operacionales El propósito de hacer un pronóstico de propagación es la estimación de la frecuencia óptima a ser usada y la predicción del rendimiento del sistema durante los ciclos naturales del día, anual y solar. Para esto deben considerarse los siguientes detalles: 1. • Ruido ambiental • Características de las antenas • Potencia de transmisión Ruido ambiental El ruido electromagnético ambiental debe ser medido a lo largo del día. Este se divide en atmosférico y antropogénico. Idealmente el natural debe ser superior al generado por el hombre, por lo que la localización de las estaciones conviene hacerlas lejos de grandes concentraciones urbanas o Pág. 178 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF industriales. La estimación anual se efectúa según la recomendación R322-3 del ITU-R. 2. Características de las antenas Los factores de selección principales que determinan la antena mejor adaptada para cada aplicación particular son: • Rango de frecuencia • Ancho de banda • Ganancia • Directividad • Impedancia • Elevación • Patrón de radiación horizontal y vertical. • Potencia radiada total • Tamaño y forma • Requerimientos para la instalación Los procedimientos para la selección de la antena pueden resumirse en los siguientes pasos: 1- Determinación del rango de frecuencias de operación y selección del ancho de banda requerido. Si se requiere un ancho de banda superior al proporcionado por una única antena, se pueden utilizar dos o más antenas de menor ancho de banda. Pág. 179 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 2- Determinación del ángulo de elevación requerido para cubrir la distancia del trayecto. 3- Determinación del área de cobertura requerido: omnidireccional, bidireccional o punto a punto. 4- Selección de la antena que posea las características adecuadas a los puntos anteriores, con la mayor ganancia en la dirección deseada. Verificar que esta pueda montarse en las instalaciones existentes o proyectadas. d) Selección del equipamiento La siguiente es una lista de los componentes más comunes en un sistema de radio de HF. 1. Subsistema Transmisor / receptor o transceptor 2. Subsistema de antena 3. Interfaces de banda vocal 4. Interfaces digitales 5. Líneas de transmisión. 1. Configuraciones típicas de sistemas de HF SISTEMAS MONOCANALES • Onda continua (CW – Continuous Wave) usado inicialmente en transmisiones telegráficas mediante el encendido y apagado de la portadora, es difundido actualmente en sistemas de emergencia como respaldo. Pág. 180 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Banda lateral única - BLU (SSB – Single Side Band) son típicamente de pequeño tamaño, con potencia de transmisión baja (100 W), acoplados a un transmisor lineal para mayor potencia con antenas látigo para equipos portátiles y dipolos o Yagi para aplicaciones fijas. SISTEMAS DE LOCACIÓN MÚLTIPLE Estos son sistemas de transmisión con potencia media (más de 1 KW) o alta, donde el transmisor debe estar suficientemente alejado del receptor para evitar la interferencia, típicamente de 8 kilómetros o más. Suele ser necesaria una tercer instalación, el CRC (Communications Relay Centre - Centro de Conmutación de Comunicaciones) que controla, conmuta y procesa los mensajes. Los sitios se interconectan mediante enlaces de microondas, líneas telefónicas o redes de datos. 2. Subsistemas transmisor / receptor TRANSMISOR Este puede constar de un solo equipo autocontenido o ser conformado por una configuración de componentes separados. Los transmisores de mayor potencia usualmente son configurados mediante componentes funcionales como son el sintetizador de frecuencia, excitador y el amplificador de potencia. RECEPTOR Los receptores son sintonizados por medio de un sintetizador de frecuencias, el cual es un componente separado en grandes instalaciones y actualmente se utilizan sistemas controlados por microprocesadores. TRANSCEPTOR Pág. 181 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En una combinación de transmisor y receptor con las interfaces correspondientes. SISTEMAS AUXILIARES • Excitadores: Es un transmisor de baja potencia que genera la portadora modulada para la etapa transmisora de potencia que sigue. Incluye la etapa de señal de entrada, sintetizador de frecuencia, modulador, etapas de traslación de frecuencias y postselector. • Filtro pasa banda: El uso de filtros pasa banda a la salida de los transmisores de HF es comúnmente necesaria. Ello se debe a que el espectro de frecuencias por encima de los 30 MHz es utilizado por sistemas de baja potencia susceptibles a las interferencias de los armónicos de los sistemas de mayor potencia, que requieren medios para suprimir la aparición de estas emisiones espurias. • Preselectores: El propósito del preselector es minimizar la sobrecarga por parte de transmisores cercanos o las interferencias de canales de RF adyacentes, presentes en ambientes con niveles altos de señales indeseadas que resultan en problemas de intermodulación y sobrecarga. 3. Subsistema de antena En los sitios que utilizan grandes configuraciones de antena, consiste en los ítems relacionados a ellas, como ser los soportes, líneas de disipación, dispositivos de adaptación y conmutación de impedancias, soporte de líneas de transmisión e ingreso a las edificaciones o contenedores, etc. 4. Interfaces de frecuencia vocal Pág. 182 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Es aquel que provee la interconexión entre el usuario y el sistema de transmisión, que incluye la señalización, ecualización y acondicionamiento de la señal para adaptarla para su transmisión. 5. Interfaces digitales Son las descriptas en detalle en el capítulo anterior y sirven tanto para la transmisión de datos, como para la gestión del enlace y la red. 6. Líneas de transmisión Son las encargadas de llevar las señales entre equipos y antenas. Existen dos tipos básicos, balanceadas y desbalanceadas. Las balanceadas consisten en dos conductores o grupos de conductores idénticos operados a igual potencial, pero polaridad inversa, respecto a tierra. En las desbalanceadas uno de los conductores está conectado al potencial de tierra. Ambas pueden tener cobertura mecánica y blindaje electromagnético. Existen distintos tipos y a continuación se enumeran los principales. Coaxiales: rígidos, semirrígidos y flexibles. Línea abierta o paralela: balanceadas o desbalanceadas. 3. Planes de evaluación y prueba Una parte importante de cualquier proyecto es implementar un sistema de prueba y evaluar las instalaciones en un ambiente operativo. A medida que se analiza el sistema y a medida que la fase de desarrollo progresa, debe decidirse como se evaluará y probará el sistema durante y luego de la instalación. Esto consistirá en el desarrollo de un Plan de Evaluación y un Sistema de Pruebas, a cargo del ingeniero de desarrollo, el administrador de la red, si lo hubiera y el implementador. Pág. 183 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Las áreas a cubrir son: • Comportamiento del sistema • Comportamiento de la red • Transferencia de datos y mensajes • Rendimiento energético • Seguridad a) Comportamiento del sistema • Operación de todos los sistemas: ajuste de potencia, ajuste de frecuencia, niveles de modulación, rotación de antenas, adaptación de impedancias, instrumentos de medición y lectura. • Funcionamiento adecuado de los equipos: transmisores y receptores funcionando dentro de las especificaciones. • Rendimiento de antenas: alcance de las comunicaciones, patrones de radiación, ruido ambiental. • b) Cumplimiento de las normas vigentes de emisión electromagnética Comportamiento de la red • Conectividad adecuada • Capacidad de la red adecuada • Congestión razonable • Número de fallas de sistema razonable. Pág. 184 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF • Instalación y licencias de software adecuada • Enrutamientos, scrambling¸ interleaving y encriptación funcionando correctamente. c) Transferencia de datos y mensajes • Enlazado con todas las estaciones • Adecuado manejo de prioridades en los mensajes • Transferencia de mensajes adecuada d) Rendimiento energético • Energía suficiente para todas las operaciones, incluyendo las condiciones de emergencia. • e) Energía limpia con mínimas emisiones, ruidos y fluctuaciones. Seguridad • Seguridad física adecuada en todos los parámetros • Consideraciones de peligro durante la implementación y la operación. • C. Seguridad de la red e instalaciones contra vandalismo EQUIPOS Y SOFTWARE COMERCIALES A continuación se hará un repaso de los equipos y software disponibles comercialmente en el mercado, fundamentalmente haciendo hincapié en la factibilidad de adquisición de los mismos y la adecuación a los principios planteados en el presente trabajo. Pág. 185 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF En algunos casos existe una gran oferta, mientras que en otros hay menor cantidad de proveedores, por ser más específico el uso. Si bien en el planteo original se da una prioridad en cuanto a los costos, en este apartado no se han tenido en cuenta, ya que los mismos se ven afectados de otro tipo de costos que dependen en gran medida del tipo de sistema, la forma de importación y la aplicación que se le dará a los mismos. Esto se debe a que en muchos casos, por tratarse en parte de equipos de índole militar o estratégica, está condicionada su exportación o gravada con diferentes tipos de impuestos, mientras que por otra parte, el software en gran medida puede obtenerse en forma gratuita con licencias limitadas. Hay también una gran dependencia de la forma de importación de estos, ya que la institución o empresa que los adquiera puede contar con exenciones impositivas, como es el caso del uso con fines científicos o educativos. 1. Software Para la mayoría de las aplicaciones, es necesario contar con dos niveles de programas, por un lado la implementación de la arquitectura completa de protocolos STANAG 5066 y su correspondiente sistema ALE (establecimiento automático del enlace), como las aplicaciones que conforman a los clientes de la Subcapa de Sistemas de Información (SIS). a) Protocolos STANAG 5066 Por ser un protocolo robusto y maduro, muchas grandes compañías de comunicaciones lo han empezado a incluir entre los productos ofrecidos, pero también existen organizaciones de open source que proporcionan tanto los programas, como foros de soporte técnicos. Pág. 186 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 1. Open5066 De estas últimas se destaca Open5066, con su producto “s5066”, consistente en un proyecto iniciado en abril del 2006, aunque aún se encuentra en etapa de debugging, por lo que los distribuidores solo lo recomiendan para expertos en programación de lenguaje “C”. De su sitio www.open5066.org pueden obtenerse las fuentes en forma gratuita. 2. Rohde & Schwartz Quizás la empresa más grande y de mayor trayectoria en el mundo de las telecomunicaciones, ofrece su producto “R&S® STANAG 5066” que puede adquirirse en forma independiente o como parte de un sistema completo de comunicaciones como el “SIMCOS II”, por ejemplo. Las características de este producto pueden obtenerse en Internet del sitio de la empresa, o en la URL: http://www2.rohde-schwarz.com/en/products/secure_communications/ product_categories/system-processors/STANAG_5066-|General_Information-|-70-|-3773.html La ventaja principal es que la empresa cuenta con representantes e integradores de productos en Brasil, Méjico y Colombia, dentro del continente, o en España, con servicio técnico hispano parlante. 3. SystemSoft Una de las empresas que trabajó en el desarrollo e implementación del estándar, desarrollando un driver inicialmente pensado para servidores con Sistema Operativo “Windows NT4 Server”. El mismo se implementa con API’s WIN32 convencionales. La descripción del producto y contactos con la empresa se logran a través de su sito: http://www.systemsoft.co.uk/stanag_5066.htm. Pág. 187 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. CODAN El software “HF ExpressTM “de CODAN proporciona transmisión de datos de alta velocidad y de costo eficiente usado con otro de sus productos, el módem “3112 High Speed HF Data Modem” proporcionando capacidad de transferencia de correo electrónico, archivos y Chat. Cuenta con un sistema de compresión de datos y FEC (corrección de error). De sencilla instalación, es un producto fácilmente configurable. Utilizando el módem en conjunto con software, es aplicable el sistema ALE que cumple con los estándares FED-STD-1045 ALE y MIL-STD-188141B ALE, certificado por la JITC (Joint Interoperability Test Command) de la OTAN. Mayor información en el sitio: www.codan.com.au. 5. Comtrol Esta empresa trabaja conjuntamente con la Asociación de Investigación de la Defensa del Reino Unido, proveyendo un producto integrado que corresponde a una interfaz con los equipos de datos y transmisión, en placas para PC: • Comtrol InterGrator SV24 Two port ISA card • Comtrol InterGrator PCI2H-232 Two port PCI Card • Comtrol InterGrator SP-1M PCMCIA card Los mismos son desarrolladores tanto del hardware, como de los drivers para las mismas, pudiendo utilizar fácilmente con otras aplicaciones mediante API’s WIN32 convencionales. La URL de su sitio es: http://www.comtrol.co.uk/product_intergrator_stanag.html Pág. 188 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF b) Sistema ALE En general los sistemas ALE viene embebidos en los equipos transceptores de HF, ya que aún para las aplicaciones de voz, es una tecnología se suma utilidad para el operador, que puede independizarse de el análisis y control de las condiciones de propagación, garantizando una comunicación en condiciones óptimas la mayor parte del tiempo. Pero aún así existen aplicaciones que implementan este a través de la PC y una interfaz con el módem y el equipo de radio, orientados a equipamiento más antiguo. 1. NorthStar A través de su producto radio Control Software, logran el control de transceptores de escritorio o portátiles, controlando todas sus funciones mediante una PC o notebook, facilitando la instalación y configuración de los parámetros del sistema ALE, según el estándar FED-STD-1045A. Es instalable en Sistema Operativo Windows NT4 Cliente, con pantallas en ingles y castellano, protección a través de llaves de hardware y acceso a través de los puertos seriales. Utiliza las formas de onda MILSTD-110A, 75 – 2400 bps (con corrección de error) y MIL-STD-110B, 3200 – 9600 bps (con corrección de error). URL: http://www.northstarcom.com/data_products/radio_control_software.html c) Software complementario Como Se detalla en capítulos anteriores, es necesaria la adición de funciones adicionales aplicaciones, para la fundamentalmente implementación cuando aplicaciones Clientes. Pág. 189 se de trata las de distintas diferentes Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 1. Subcapa SIS La rama de Radio de la Agencia C3 de la OTAN, ha desarrollado software Cliente para la interoperabilidad del protocolo STANAG 5066 con diferentes implementaciones. Este se desarrolló sobre una plataforma “ix386/Linux” y puede usarse también bajo WIN32. Estos desarrollos incluyen el Cliente de subred PPP, Cliente de subred HF-CHAT, Cliente de subred HMTP (HF-SMTP) para correo electrónico, Cliente de subred HF Unís Pipe y Cliente de subred Echo. Los mismos se pueden obtener a partir del sitio: https://elayne.nc3a.nato.int/S5066Public/SIStools.php 2. Compresión de datos Para la compresión de los encabezados de los protocolos TCP/IP se implementa el estándar denominado ROHC, por compresión robusta de encabezados, bajo la recomendación de la IETF RFC 3095 utilizado también en otras aplicaciones inalámbricas para celulares como GPRS, y de tercera generación UMTS y CDMA2000. Un producto de Effnet es el “Effnet ROHC™, v2.0, v2.1 v2.2 y v2.3” o la “Effnet ROHC-LLA™ version 1.0” y el sitio desde donde se puede adquirir una implementación de los mismos es: http://www.effnet.com/sites/effnet/pages/uk/products_rohc.asp Otra empresa que provee un sistema ROHC, bajo la norma IETF rfc 3243 para compresión “0 byte”, es Heise Networks y su sitio es: http://www.heise-online.co.uk/networks/rfc/rfcs/rfc3243.shtml Pág. 190 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Por ser limitada la capacidad de los canales de HF es necesaria la compresión de datos en algunas aplicaciones, siendo varios los métodos disponibles. Uno de los más adecuados, tal como se expuso, es el denominado Gzip. Sus fuentes son abiertas y pueden obtenerse en: http://www.gzip.org/ d) Sistemas de comunicación integrados Existen asimismo empresas que proporcionan en un único software integrado, aplicaciones junto al protocolo STANAG 5066 Y sistemas ALE, algunas de las cuales se enumeran a continuación. 1. Harris Harris es uno de los principales desarrolladores y proveedores del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y otros, líder en comunicaciones. Ellos tienen el producto “RF-6750W” compatible con el estándar STANAG 5066, consistente en un Gateway inalámbrico y el “RF6710W” Terminal de mensajes inalámbrico. El 6750 se conecta directamente a la red LAN a través del puerto Ethernet y a la radio por un puerto serial. Es compatible con plataformas Windows, Macintosh y Linux. 2. Rohde & Schwartz La empresa Rohde and Schwartz presenta también una solución integral para las comunicaciones de datos en HF, basado en los protocolos STANAG integrando sus productos, los cuales cumplen con los estándares militares MIL_STD por lo que pueden implementarse con sistemas ALE. El producto R&S™ STANAG 5066 provee compatibilidad con otros productos que cumplen con los estándares STANAG del mercado, pudiendo adaptarse a necesidades particulares de su Pág. 191 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF aplicación. Implementa una red de control pudiendo operar en forma remota varios equipos de radio y módems de HF. Asimismo brinda separación del tipo roja/negra para operar con redes coexistente, mediante el uso de filtros y criptografía muy confiable. También ofrecen la asistencia técnica para la selección e integración de equipos. El sitio del producto es: http://www2.rohdeschwarz.com/en/products/secure_communications/product_categories/sys tem-processors/STANAG_5066.html 3. RapidM El “RP-66-P” es un software para Laptop o PC, que implementa el protocolo STANAG5066 y correo electrónico para Windows NT, 2000, XP y Linux. El componente Gateway de e-mail permite enviar y recibir correo electrónico mediante el uso de un agente como “Microsoft OutlookTM ” . Usa una placa sincrónica RS-232 de formato PCI como interfaz con el módem de HF, pudiendo ser utilizado por 16 clientes simultáneamente. Cumple con los estándares STANAG 5066 Anexo A, B y C; y MIL-STD188-110B Apéndices D y E. Su sitio es: http://www.rapidm.com/rc66.shtml 4. SkySweep Mensajero SkySweep es un software basado en Microsoft Windows, Linux ofreciendo una avanzada plataforma de comunicación para usuarios civiles, militares y gobierno. Los servicios principales son correo electrónico vía radio, posicionamiento por GPS y aplicaciones de datos. Pág. 192 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Mesajero SkySweep habilita un sistema a bajos costos basada en transceivers , como el ICOM, Codan, Barret, comerciales. El producto es completamente escalable a partir de redes con pocos nodos hasta miles de nodos. El producto Mensajero SkySweep Servidor provee la conectividad a redes IP (como la Internet). Esta basado en el protocolo estándar de transferencia de datos (STANAG 5066) el estándar de la OTAN y US waveforms (formas de onda) STANAG 4285, STANAG 4539 y MIL-STD-188-110A/B. Adicionalmente Mensajero SkySweep ofrece el MODEM de alta velocidad SkyOFDM, el cual ofrezca lo ultimo para redes de datos HF / VHF / UHF. Esta basada en la misma tecnología (OFDM y codificación TURBO) como por ejemplo el WiMax. http://www.skysweep.com/ 2. Hardware a) Transceptores En la actualidad muchos de los equipos, por ser diseñados en particular para actividades militares o de fuerzas de seguridad, incorporan la posibilidad de saltos de frecuencia. 1. ICOM El IC-F7000 en un transceptor terrestre móvil especialmente diseñado para comunicaciones de larga distancia, haciendo su operación más simple mediante la incorporación de las siguientes funciones: ALE; Llamada Selectiva que permite comunicarse con otra estación o grupo usando una dirección de tipo telefónica, compatible con otras marcas de Pág. 193 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF radio. Ilustración IV-1Transceptor ICOM IC-F7000 2. Thales El TRC3600 puede integrarse con otros equipos amplificadores para lograr mayor potencia y sintonizadores de antena con capacidad para salto de frecuencia. La antena NVIS 125W ofrece movilidad y cobertura completa sin los problemas de de zonas muertas. Su modalidad Skymaster ofrece un sistema ALE compatible con los estándares militares MIL - STD - 188 - 141 A, interoperabilidad con otros sistemas de datos mediante tecnología integrada que permite transmisión de datos hasta 5400 bps y un chip de seguridad digital COMSEC, según las normas STANAG 4481 y 4285. El modo Skyhopper otorga salto en frecuencia inteligente que permiten tiempos de retorno menores a 1 segundo, llamadas selectivas y transmisiones de mensajes de alerta. Asociado a periféricos adecuados y software de PC adecuado, el TRC3600 implementa un sistema de comunicaciones completo, con transmisión de correo electrónico, transferencia de archivos, transmisión de fax digital, imágenes fijas a color o barrido lento en ByN, gateway de mensajería y enrutamiento hacia otras redes. Pág. 194 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración IV-2 Nodo de comunicciones HF con TRC3600 de ICOM 3. Bahrat Electronics El equipo LHP 260A en un equipo de radio portátil que provee una slución para comunicaciones de corto alcance en la banda de HF, con servicios de voz, datos, telegrafía y mensajería rápida. La confiabilidad del enlace lo proporciona un sistema ALE y la seguridad un sistema de salto de frecuencia. Este equipo es de origen indio, un fabricante no convencional, por lo que su costo es más competitivo. 4. Tadirán Empresa israelí especializada en comunicaciones y seguridad. Provee un sistema de radio multi adaptativo de HF, el HF-6000, muy liviano, con squelch digital que evita falsas detecciones y alarmas, llamadas selectivas a individuos o grupos mediante la transmisión de direccionamiento, servicios opcionales ALE según estándar MIL-STD-188-141B, voz digital VOCODER, comunicación encriptada COMSEC, salto de frecuencia adaptativo ECCM y GPS. Viene en configuraciones para mochila, vehículos o estaciones fijas. Pág. 195 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración IV-3 Familia de transceptores HF-6000 Tadirán b) Módems 1. Frederick Electronics Estos productos de comunicaciones están diseñados para alcanzar los requerimientos de un amplio rango de aplicaciones comerciales, gubernamentales y militares conformando los estándares militares STANAG 4285, 4529, 4415, 4481, 4539 y 5031; MIL-STD-188-110A y B y MIL-STD-188-141B ALE. El modelo de módem 4539 es capaz de transmitir y recibir datos en tono simple hasta 12.800 bps en un canal de radio de 3 KHz. Mejora la corrección de errores con codificación Viterbi y los efectos de trayectorias múltiples mediante ecualización adaptativa. Ilustración IV-4 Modem HF NSG Datacom 4539 2. Codan El módem 3112 asegura una comunicación confiable, económicamente eficiente de alta velocidad mediante el uso de última tecnología. Opera usando las formas de onda de los estándares militares STANAG 4539 y MIL-STD-188-110B y los más robustos 4415 y 110A, permitiendo interoperabilidad y operación en condiciones extremas de propagación. Pág. 196 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración IV-5 Módem de HF 3112 de Codan En operación conjunta con el software HF Express que cumple con las normas STANAG 5066 permite la transferencia de mensajes, correo electrónico y datos comprimidos. también asegura el funcionamiento con sistemas ALE establecidos en FED-STD-1045 y MIL-STD-188-141B. 3. Spirit El módem está desarrollado para aplicaciones de bajo costo y cumple con el MIL-STD-188-110A y soporta tasas de transmisión de hasta 4800 bps con tres interleavers posibles. Está pensado para canales de HF con condiciones de atenuación y dispersión severas mediante una ecualización poderosa, esquemas de corrección, seguimiento y corrección de error. c) Sistemas de comunicaciones 1. Rohde & Schwartz El transceptor RS150T® en su configuración básica es capaz de transmitir datos en morse, voz y teletipo. Dispone de diversas clase de emisión como SSB (USB, LSB), ISB, AME, CW, FSK, AFSK, Fax meteorológico y FM. Opera en las bandas 1,5 MHz a 30 MHz para TX, 10 kHz to 30 MHz para RX, con 401 canales libremente programables. Cumple los estándares militares MIL-STD-810 para el medio ambiente, MIL-STD-461 y EN50081/50082 para la compatibilidad electromagnética Pág. 197 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF (EMC).Viene con un sistema ALIS de configuración automática del enlace o ALE según el estándar MIL-STD-188-141B, App. A+B. Ilustración IV-6 HF Transceiver R&S RS150T Sus aplicaciones típicas son la transmission de fax y teléfonía de onda corta y transmisión de imágenes y datos de computadora de hasta 9600 bps. El cumplimiento con estándares internacionales aseguran la transmisión rápida y segura de datos, como así de mensajes con el uso del software PostMan® de correo electrónico, para ser integrado en sistema de multimediales alcance global e independiente de infraestructuras existentes. El procesador ALE GS2200® fija automáticamente el enlace de radiocomunicaciones óptimo, mientras que es posible transmitir datos hasta 9600 bps mediante el uso del módem interno GM2200®. Este último tiene formas de onda seleccionables de los estándares de R&S, como MIL-STD-188-110B and STANAG 4285/4529., lo que permite la transmisión de datos del equipo terminal, como máquinas de fax, cámaras color de imágenes fijas o lentas, o una PC. 2. Rockwell Collins Es una empresa canadiense con décadas de experiencia en comunicaciones y provisión de equipos tácticos militares, como de aplicaciones comerciales. Pág. 198 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF La plataforma SDCP 2000 Mk II es un sistema de comunicaciones configurable por software. Está diseñada para proporcionar una gran variedad de funcionalidades como control de relevos de nodos de subred y módem para HF/VHF/UHF, unidad de interfaz remota de radio (RRIU) para transformar a una radio convencional en un equipo de radio direccionable por IP, y Administrador de tráfico IP, como un Proxy de TCP mejorado. Ilustración IV-7 Rockwell Collos SDCP 2000 Mk II En conjunto con el PDT-1000 High Data Rate High Frequency (HF) Modem, pueden enviarse datos de hasta 9600 bps con ondas atmosféricas y 16 Kbps con ondas terrestres. Pág. 199 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF V. CONCLUSIONES La sociedad, su desarrollo tecnológico y cultural se han debido a la capacidad de comunicación con que contamos los seres humanos. El intercambio de los conocimientos mediante la transmisión oral en los inicios, con el advenimiento de la escritura luego, han impulsado desde sus inicios a las civilizaciones humanas. Por ello las comunicaciones han sido de vital importancia tanto en tiempos de guerra, como durante la paz y de esta manera se está permanentemente en la búsqueda de mejores y más simples métodos de transmisión de la información. A partir del descubrimiento de las comunicaciones inalámbricas hace más de un siglo, se logró una revolución en las comunicaciones y por lo tanto en las actividades humanas, ya que la posibilidad de establecer una comunicación a distancias considerables en tiempo real se volvió común y al alcance de cualquier persona, con la consecuente modificación de los paradigmas culturales. Con la creciente necesidad de transmisión de información y la explosión de las redes de banda ancha y las redes inalámbricas, acontecidas durante las últimas décadas, existe una vastedad de territorios que se han incluido en la presente era de las comunicaciones. Pero también hay grandes extensiones que por su lejanía con centros urbanos o vías de transporte, o por la geografía han quedado aisladas y excluidas de este crecimiento. Las tecnologías inalámbricas suplen en gran medida este déficit, con la particularidad de la relativa independencia de la infraestructura existente y las condiciones del terreno. En este sentido, los enlaces satelitales han conseguido llevar a sitios remotos las redes de comunicación disponibles solo en las grandes urbes, pero adolecen del inconveniente de los Pág. 200 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF exorbitantes costos de la fabricación y puesta en órbita de los equipos de comunicación, como de las limitaciones que estas condiciones imponen. También padecen muchos de los efectos indeseados de los enlaces de radio convencionales, ya que por tratarse también de señales de radiofrecuencia, pueden ser influenciadas por factores externos, tanto naturales como antropogénicos. A ello se agrega que son pocas las empresas que brindan estos servicios y por lo tanto hay una dependencia muy fuerte no solo de las condiciones económicas, sino también de cuestiones políticas y sociales de ingerencia global. El uso de enlaces de radio de frecuencias elevadas, como las microondas, suelen ser muy competitivos en cuanto a prestaciones, costos y alcance en enlaces puntuales o redes pequeñas, pero cuando se trata de redes de gran cobertura espacial, con elementos móviles o en zonas con una orografía compleja, presentan serias limitaciones debido a las naturales condiciones de propagación propias de las ondas electromagnéticas a esas frecuencias, y si bien actualmente se están haciendo importantes mejoras en este tipo de servicios, las mismas son rentables solo cuando la densidad de usuarios así lo justifica. Históricamente los enlaces radiales nacen operando a frecuencias menores a las citadas en los párrafos anteriores, por las limitaciones tecnológicas de la época, pero también porque se descubrió que a estas frecuencias se lograban grandes alcances, por lo que se requiere de poca infraestructura para cubrir grandes distancias, algo que en el desarrollo inicial de las comunicaciones radiales era de capital importancia. Lamentablemente estas comunicaciones dependen en gran medida de las condiciones de propagación y por lo tanto de los fenómenos atmosféricos y solares. Pág. 201 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Diversos desarrollos y técnicas de mejora en la calidad de los enlaces, el incremento en la seguridad de la información transmitida en forma inalámbrica tan vulnerable, así como los avances en el desarrollo del procesamiento digital de los datos se han aprovechado para solucionar o mitigar muchas de las falencias que la transmisión a estas frecuencias presentaba. El uso de procesadores digitales para el establecimiento y mantenimiento automático de los enlaces, buscando en las mejores condiciones de propagación y corrigiendo en tiempo real los parámetros de las comunicaciones en diferentes elementos de la red en tiempo real, no solo han mejorado ostensiblemente la calidad y confiabilidad de la comunicación, sino que más importante aún, no requieren que el operador del sistema de radio sea un experto, poniéndolo al alcance de cualquiera con una capacitación mínima. El uso de protocolos de comunicación y la digitalización de la información garantizan la integridad de la misma en el extremo remoto, la diversidad de los tipos de información que puede ser traficada y las bases para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Sobre estas premisas, la transmisión de datos en sistemas de radio de Alta Frecuencia (HF) aparece como adecuada para proporcionar conectividad hacia y dentro de redes de datos para aplicaciones que pueden tolerar su ancho de banda relativamente bajo y disponible en la actualidad para los módems de HF. Estas implementaciones incluyen ciertamente las aplicaciones orientadas a texto, las cuales con los poderosos algoritmos de compresión actuales mitigan la baja tasa de transferencia de la banda de HF, en comparación con los equipos y redes cableadas o inalámbricas en la banda de las microondas. Los archivos de audio o la voz digitalizada también pueden ser comprimidos sustancialmente. En cambio las imágenes fijas o el video son algo más difíciles de acomodar sin incurrir en una larga transferencia de archivos, Pág. 202 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF provocando una congestión significativa en las redes de HF, aunque día a día hay avances en ese sentido. Gracias al desarrollo de estándares de gran difusión, se ha logrado una compatibilidad en los sistemas de automatización y la interoperabilidad con redes de datos e Internet y la integración de las redes de HF con la infraestructura de información internacional debería ser natural. La mayoría del software necesario para los protocolos extremo-a-extremo y de enrutamiento e interconexión de redes está disponible en forma libre o comercial, con interfaces conocidas y documentadas, así como un profundo conocimiento en su implementación y operación. Puede ser necesario el desarrollo de nuevo software requerido solo para implementaciones o algoritmos de control de estaciones y enrutamiento específicos de HF. También existe la necesidad de desarrollo de hardware específico de HF apuntado a computadores personal de escritorio, como portátiles, que pueden beneficiarse de la madurez de los desarrollos para otras aplicaciones inalámbricas. Hay placas de PC que incluyen una interfaz para Ethernet y módem de fax y datos integrados. No es descabellado suponer que en un futuro no muy distante la tecnología de HF descripta en el presente trabajo esté disponible conjuntamente con otros accesos inalámbricos integrándolos en un mismo equipamiento, inclusive para computadoras tipo Palmtop, completamente funcionales para trabajar como gateways de HF. El proceso de diseño de un sistema de transmisión de datos mediante el uso de radio de HF no es dificultoso si se efectúa la planificación adecuada y el implementador del sistema comprende cabalmente los alcances de lo que se quiere lograr y las limitaciones de la tecnología. Pág. 203 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Con un sistema básico puede combinarse la transmisión de datos, junto con la transmisión de voz, en forma analógica haciendo uso de los equipos de radio solamente, ya que en forma digitalizada, comprimida y eventualmente encriptada, es tratada de la misma forma que cualquier otro tipo de información susceptible de ser transmitida en forma de datos digitales. Siendo el ancho de banda de un canal de HF en Banda Lateral Única convencional es de 4 KHz, si se transmiten datos simplemente conmutando la señal portadora en algunas de sus características, la tasa de transferencia típica suele ser de 75 a 150 bits por segundo. Es por ello que se implementan medidas que mejoran el rendimiento del canal mediante el uso de sistemas de modulación complejos, así como de compresión de datos y encabezados de los protocolos de comunicación de alto nivel utilizados. De esta manera es posible obtener tasas de transferencia de 4.800 bps con sistemas de modulación multinivel y, en teoría, tasas de transferencia de datos de 19.200 bps con algoritmos de compresión adecuados. Aunque a primera vista esta parece una velocidad baja, es comparable a la obtenida con un sistema dial-up telefónico y suficiente para una gran variedad de aplicaciones, teniendo en cuenta que se ha previsto para su utilización en regiones alcanzables por pocas tecnologías. Para necesidades de mayor demanda de ancho de banda, hay que considerar el uso de otros sistemas. Los productos disponibles comercialmente ofrecen tasas de transferencia entre 4.800 y 9.600 bps para mensajería simple o transmisión de textos con compresión básica. Una forma de optimizar el uso del espectro radioeléctrico es la implementación de transmisiones del tipo Multicast cuando se quieran Pág. 204 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF alcanzar más de una estación, de forma que es transmitido un único conjunto de datos para un grupo más o menos numeroso de receptores, en lugar de múltiples transmisiones. Otro parámetro característico de todo tipo de sistemas de transmisión de datos es la latencia, que ejerce una fuerte influencia para cierto tipos de datos. Este término sirve para designar el retardo entre un suceso, como el envío de datos y los efectos del mismo, la recepción de los mismos. En el caso de las comunicaciones radioeléctricas, este parámetro suele ser altamente dependiente del medio y en el caso particular de la banda de HF, debido a que las trayectorias de propagación de las ondas difieren en buen grado en función de una multiciplicidad de factores ambientales, suele ser bastante variable. Su orden de magnitud varía entre los 100ms a 4 segundos, dependiendo del modo de transmisión y la longitud de las estructuras de datos, siendo típicamente de aproximadamente 2 segundos. Los sistemas ALE y LQA, el modo de control de acceso al medio (MAC), así como la transmisión por espectro disperso, minimizan la dispersión de la latencia, por lo que es de suma importancia un análisis exhaustivo de las necesidades del tráfico, a fin de seleccionar e implementar un sistema acorde a ellas. Pág. 205 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF APÉNDICE ELEMENTOS DE UN SISTEMA RADIO HF 1. Introducción Los componentes primarios de un sistema de radio HF se dividen en tres grupos: transmisor, receptor y antenas. En muchos equipos de radio el transmisor y receptor están contenidos en una misma unidad, denominada transceptor. En grandes sistemas fijos, las estaciones transmisoras y receptoras, es costumbre que estén separadas, controladas normalmente de un tercer sitio remoto. 2. Grupo transmisor A pesar que los transmisores varían ampliamente en su configuración, básicamente consisten en un excitador y un amplificador de potencia. En la figura se muestra un diagrama simplificado de un transmisor de HF típico. Ilustración A-1: Esquema de un sistema transmisor de radio HF típico El excitador sintetiza una señal portadora, que tiene una de sus propiedades modulada por una señal frecuencia menor derivada de la fuente de información como un micrófono. La señal resultante es Pág. 206 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF convertida en frecuencia para ser transmitida. El amplificador de potencia, aumenta la potencia de salida de la señal al nivel deseado para la transmisión, antes de ser enviado a la antena transmisora a través del cable. El transmisor también puede contener filtros de manera de limpiar la señal de salida. Un filtro pasa banda elimina el ruido, señales espurias y armónicos generados en el excitador o las frecuencias armónicas provenientes del amplificador de potencia. Este proceso reduce las interferencias entre canales adyacentes. 3. Grupo receptor Todos los sistemas receptores modernos incluyen un amplificador y filtro de radiofrecuencia (RF) de entrada, una serie de convertidores de frecuencia y amplificadores de frecuencia intermedia (IF), un demodulador y oscilador local sintetizador de frecuencias, como se ve en la siguiente figura. SEÑAL DE ENTRADA 0-30 MHz 109,35 MHz 10,7 MHz 455 KHz Detector AUDIO O DATOS DE SALIDA SINTETIZADOR DE FRECUENCIA Ilustración A-2: Esquema de un sistema transmisor de radio HF típico El receptor selecciona la señal deseada, la amplifica a un nivel adecuado y recupera la información a través del proceso de desmodulación, por el cual la señal original modulante es recompuesta a partir de la señal portadora modulada. En los equipos contemporáneos, muchas de estas funciones son realizadas digitalmente. De manera de eliminar el ruido y filtrar señales indeseadas, en las etapas de entrada de RF a veces se incorpora un preselector sintonizable o filtro Pág. 207 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF pasa banda. La señal filtrada es entonces amplificada y convertida a otra frecuencia para su posterior procesamiento. Pero el proceso de filtrado no termina aquí, ya que la señal recibida es amplificada y filtrada varias veces más a diferentes frecuencia intermedias. la amplificación dada en estas etapas es variable y depende de la intensidad de la señal recibida. El demodulador produce una señal de audio o datos en la banda de audiofrecuencias (AF), o banda base, que luego es llevada a una interfaz con otros equipos. Debido a que la potencia de la señal de entrada puede no ser constante, la etapa demoduladora produce un nivel de tensión proporcional al nivel de RF de la señal de entrada. Para compensar los cambios en esta señal, esa tensión es realimentada a los amplificadores de RF e IF para lograr un control automático de ganancia. 4. Grupo de antenas La antena es uno de los elementos más críticos en un circuito de radio. Se verán los tipos de antenas principales y su aplicación. a) Parámetros y características de las antenas. Algunos de los términos más comunes para describir las antenas son: impedancia, ganancia, patrón de radiación, ángulo de elevación y polarización. 1. Impedancia Cada antena tiene una impedancia de entrada que es la carga que es aplicada al transmisor. Esta impedancia depende de muchos factores, como el diseño de la antena, la frecuencia de operación y ubicación de ésta respecto a los objetos a su alrededor. Pág. 208 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF El desafío básico en las telecomunicaciones es encontrar la forma de obtener la mayor potencia posible, cuando y donde se necesita, para generar y transmitir señales. La mayoría de los transmisores están diseñados para proporcionar máxima eficiencia y potencia de salida en una carga de 50 ohm. Algunas antenas como las logarítmicas periódicas pueden proveer una carga de 50 ohms sobre un rango muy grande de frecuencias, por lo que se las puede conectar directamente al transmisor. Otras antenas, como los dipolos, látigos y de cable tienen impedancias que varían ampliamente con la frecuencia y el entorno, por lo que en ese caso se una un acoplador sintonizado. Este dispositivo se inserta entre el transmisor y la antena para modificar las características de la carga presentada al transmisor de forma de transferir la máxima energía a la antena. 2. Ganancia La ganancia de una antena es una medid de su directividad, su capacidad de enfocar la energía. La ganancia se determina comparando el nivel de la señal recibida en relación a una antena isotrópica, que irradia igual en todas las direcciones. La ganancia se puede expresar en dBi. La ganancia de la antena de transmisión afecta directamente las necesidades de potencia. 3. Patrón de radiación Adicionalmente a la ganancia, los operadores de radio deben conocer el patrón de radiación de una antena para la transmisión óptima de señales. El patrón de radiación está determinado por la configuración del diseño de la antena y es fuertemente influenciado por su ubicación respecto del suelo u otros objetos en las proximidades como edificios, galpones o árboles. En la mayoría de las antenas el patrón de radiación no es uniforme, por lo que debe ser caracterizado mediante diagramas en los Pág. 209 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF planos horizontal y vertical, que muestran la ganancia de la antena en función de el ángulo de elevación (patrón vertical) y el ángulo de azimut (patrón horizontal). Ilustración A-3: Ejemplos de diagramas de radiación en una antena direccional Los patrones de radiación son dependientes de la frecuencia, por lo que se requieren los diagramas a diferentes frecuencias para caracterizar totalmente el patrón de radiación de una antena. 4. Ángulo de elevación o despegue Para la determinación del alcance de comunicación, el ángulo de ataque es un factor muy importante. Este se define como el ángulo entre el lóbulo principal del patrón de la antena y el plano horizontal. Los ángulos bajos de despegue se usan para comunicaciones de largo alcance, mientras que ángulos elevados son usados para alcances menores. Pág. 210 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 5. Polarización La orientación de la antena respecto al suelo indica su polarización. La mayoría de las antenas de HF se polarizan vertical u horizontalmente. Las antenas polarizadas verticalmente producen ángulos de despegue bajos, y por lo tanto, apropiados para ondas terrestres o enlaces de ondas atmosféricas de largo alcance. La desventaja principal de las antenas verticales es su sensibilidad a la conductividad del terreno y los ruidos generados localmente. Se hace necesario utilizar un apantallamiento de tierra para obtener mejores resultados. Una antena polarizada horizontalmente es más independiente de la conductividad del terreno y es menos afectada por el ruido local, que las antenas verticales. Para propagación mediante ondas terrestres, tanto la antena transmisora como la receptora deben tener la misma polarización. En la propagación atmosférica la polarización no necesariamente tiene que ser la misma, ya que durante la refracción ionosférica cambia la polarización de la señal. b) Tipos de antenas Existe una incontable variedad de antenas por lo que se citarán solo los tipos más comunes. 1. Látigo La antena látigo vertical es la más adecuada para circuitos de onda terrestre, ya que por ser un monopolo de ¼ de longitud de onda es omnidireccional en el plano horizontal, tiene ángulo de despegue bajos y está polarizada verticalmente. En la figura se muestra el patrón vertical de una antena de látigo. Pág. 211 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración A-4: Diagrama de radiación vertical típico de una antena de látigo Se puede mejorar la directividad de una antena de látigo simplemente ubicando una segunda antena de látigo ubicada paralelamente a una distancia adecuada (¼ de longitud de onda). 2. Dipolo Uno de los tipos más versátiles de antenas de HF es el dipolo de ½ longitud de onda, que consiste básicamente en un alambre de longitud equivalente a la mitad de la longitud de onda de la señal transmitida. El dipolo puede orientarse para proporcionar tanto polarización vertical como horizontal. La figura muestra una antena dipolo horizontal con alimentación central. El patrón de radiación puede dramáticamente en función de la distancia desde el suelo. Pág. 212 cambiar Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Ilustración A-5: Antena de dipolo horizontal Los dipolos verticales suelen ser utilizados en embarcaciones o vehículos. 3. “Vee” invertida Es un tipo de dipolo que brinda una combinación de radiación horizontal y vertical., con radiación onmidireccional. Ver figura. Ilustración A-6; Antena "Vee" invertida Pág. 213 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF 4. Direccionales Estas varían desde un simple dipolo de alambre a arreglos multi elementos elaborados, que incluyen los sistemas logarítmicos periódicos verticales u horizontales, como se ve en la siguiente figura. Ilustración A-7: Antena logarítmica periódica Las antenas direccionales suelen usarse en enlaces punto a punto. En sistemas con estaciones dispersas que requieren enlaces punto a punto, es necesario contar con antenas rotativas direccionales. Las comunicaciones entre estaciones relativamente cercanas que utilizan ondas atmosféricas, requieren de antenas especialmente diseñadas para este propósito, ya que estas antenas de incidencia cercana a la vertical para ondas atmosféricas (near vertical incidences sky wave antennas NVIS) tienen un ángulo de despegue muy elevado, para radiar la energía directamente hacia arriba. Estas señales son refractadas a la tierra con un patrón circular. Estas antenas proporcionan una cobertura omnidireccional con un radio de aproximadamente 600 Km. Pág. 214 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF GLOSARIO ACK: Abreviación por acknowledge character. acknowledge character (ACK): Caracter de control de transmisión enviado por la estación receptora como respuesta confirmativa a la estación transmisora. Nota: Un caracter de control también puede usarse como un caracter de control de precisión. acknowledgement: Reconocimiento.1. Respuesta enviada por el receptor para indicar la recepción exitosa de una transmisión. 2. Mensaje del llamado para informar al llamante que su mensaje ha sido recibido y comprendido. Adaptativo: (adaptive). El proceso asociado con la alteración automática de los parámetros y/o la configuración del sistema en respuesta a las condiciones de propagación variables del canal y al ruido externo. adaptive routing: Proceso de encaminar llamadas basado en el estado de la red. administración de red: Grupo de funciones de gestión que proveen servicios de soporte, aseguran el uso eficiente de la red y el cumplimiento de objetivos preestablecidos. Nota: la administración de la red pude incluir actividades como la asignación de direcciones, protocolos y tablas de enrutamiento, y configuración del servicio de directorio. ALE (automatic link establishment): Establecimiento automático del enlace. 1. En radio de alta frecuencia (HF), la capacidad de la estación de hacer contacto o iniciar un circuito entre si misma y otra estación de radio especificada, sin la ayuda de un operador humano, usualmente bajo el control de un procesador. 2. En radio HF, el sistema de control del enlace que incluye búsqueda, llamada selectiva, sondeo y selección del canal de transmisión automática, mediante el uso del análisis de calidad de los datos. ARQ (automatic repeat request): Solicitud de repetición automática. En comunicaciones de datos por radio, el método para garantizar la entrega de mensaje a la estación de destino, a través del envío al originante de un mensaje de confirmación. arquitectura de red: 1. Principios de diseño, configuración física, organización funcional, procedimientos operacionales y formato de datos usados como bases para el diseño, construcción, modificación y operación de una red de comunicaciones. 2. Estructura de una red de comunicaciones existente. autobaud: Es una forma de onda donde no es necesario que el receptor tenga exacta idea de la forma de la onda o el tamaño del bloque de entremezclado para recibir una señal correctamente. Estos datos se incluyen en el encabezado de la trama. Pág. 215 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF availability: Disponibilidad. 1. El grado en que un sistema, subsistema o equipo es operativo y se encuentra en un estado dedicado al inicio de una misión. Matemáticamente expresado es igual a la indisponibilidad menos 1. 2. La relación entre: El tiempo total que una unidad funcional es utilizable en un intervalo dado, AWGN (additive white gaussian noise): Ruido blanco gaussiano aditivo. Sinónimo: ruido blanco. backscattering: 1. Propagación de ondas de radio en dirección opuesta a la de la señal incidente y de las ondas dispersas. 2. En óptica es la dispersión de la luz en sentido opuesto a la original. banda ancha: 1. Propiedad de cualquier instalación, equipo, canal o sistema de comunicación en el cual el rango de frecuencias usada para la transmisión es mayor que el 0,1% de la frecuencia central. Usualmente se lo usa para distinguirla de banda angosta (narrowband). 2. En sistemas de seguridad de comunicaciones, frecuencia s que exceden el canal telefónico nominal de 4 KHz. Sinónimo: broadband, wideband. banda vocal: Sinónimo: frecuencia vocal. BER (bit error ratio): tasa de error de bit. Es el número de bits erróneos dividido por el total de bits recibidos, transmitidos o procesados en un periodo de tiempo estipulado broadband: Banda ancha. Sinónimo: wideband, broadcast: Operación de difusión. Transmisión de señales que son recibidas simultáneamente por todas las estaciones, usualmente sin necesidad de reconocimiento buffer: 1. Rutina o medio de almacenamiento intermedio utilizado para compensar diferencias entre flujos de datos, tiempo de ocurrencia de eventos o formatos de transmisión de los datos entre dos dispositivos. 2. El uso de buffers. 3. Circuito de aislamiento, usualmente un amplificador, usado para minimizar la influencia de un circuito conducido sobre el conductor. capacidad: Máximo tráfico por unidad temporal que un sistema, subsistema, dispositivo o medio es capaz de transportar bajo circunstancias específicas. CAS (channel access sublayer): Subcapa de acceso al canal. La subcapa encargada de acceder al medio físico, verificar la entrega y evitar colisiones. al medio físico de la arquitectura STANAG 5066. chirpsounding: Sondeo por barrido lineal o modulación lineal de FM que consiste en reenviar señales de prueba de HF de baja potencia por las trayectorias de comunicación. CFTP (compressed file transfer protocol): Protocolo de transferencia de archivos comprimidos. Aplicación estándar del cliente IP de la arquitectura STANAG 5066. Pág. 216 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Confiabilidad: (reliability) 1. Probabilidad que se alcance un comportamiento especificado. 2. La capacidad de un elemento de realizar una función requerida bajo condiciones establecidas por un periodo de tiempo. 3. Disponibilidad continua de un servicio de comunicaciones en condiciones normales de funcionamiento y bajo situaciones de emergencia, con interrupciones mínimas. congestión: 1. En un nodo de comunicaciones, el estado o condición que acontece cuando más usuarios de lo que el nodo es capaz de manejar intentan simultáneamente. 2. En sistemas saturados, cuando existe demanda adicional del servicio. CRC (ciclic redundancy check): Verificación por redundancia cíclica. Método de detección de errores utilizado comúnmente en protocolos de transferencia de datos. CSMA (carrier sense múltiple access): Acceso múltiple por sensado de portadora. En comunicación de datos, un método de acceso al medio de transmisión común a todas las estaciones, consistente en la verificación de la inexistencia de otras transmisiones para evitar colisiones. DSR (data signaling rate ): Tasa de señalización de datos. La tasa conjunta a la que los datos pasan un punto en el trayecto de transmisión de un sistema. Nota 1: DSR usualmente se expresa en bits por segundo. delay: Ver: Retardo. diversidad: Método de transmisión, recepción o ambos, en que los efectos del desvanecimiento son minimizados por el uso simultáneo de dos o más sistemas, separados espacialmente, en frecuencia o fase. dwell: Residencia es el tiempo durante el cual la búsqueda de canales se detiene en un canal o frecuencia determinados. Un grupo de detención es un conjunto de estaciones que escuchan durante un periodo de tiempo en el mismo canal en forma sincronizada. En la comunicación por saltos de frecuencia, se le denomina así al tiempo durante el cual el sistema permanece operando en una frecuencia nominal dentro del conjunto de frecuencias que conforman el conjunto de salto. DTS (data transfer sublayer): Subcapa de transferencia de datos. En la arquitectura STANAG 5066, la subcapa más cercana al medio físico. e-mail (electronic mail): Correo electrónico. Medio electrónico de comunicaciones en el cual usualmente se transmite texto y las operaciones asociadas. ecualización: Mantenimiento de las características de la función de transferencia de un sistema dentro de los límites especificados mediante la modificación de parámetros de un circuito. enlace: (link). 1. Las instalaciones de comunicación entre nodos adyacentes de una red. 2. Porción de un circuito en serie con otras porciones. 3. Trayecto de radio entre dos puntos. 4. En comunicaciones, es un término general usado para Pág. 217 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF indicar la existencia de elementos de comunicación entre dos puntos. 5. Circuitos lógicos, virtuales o conceptuales entre dos usuarios de una red, que les permite comunicarse aún cuando se usen trayectos físicos diferentes. enrutamiento jerárquico: (hierarchical routing) Enrutamiento basado en direccionamiento jerárquico, como IP que divide la dirección en una porción de red y otra de host. erlang: Unidad adimensional del promedio de la intensidad de tráfico (ocupación) de una instalación durante un periodo determinado, generalmente una hora. Nota 1: Es un número entre 0 y 1, inclusive, expresada como la relación entre el tiempo de la máxima ocupación al tiempo en que se halla disponible Nota 2: El tráfico de comunicaciones de un servicio, expresado en erlangs, equivale al promedio de la intensidad de tráfico en un periodo de tiempo determinado. FRAP (file receipt acknoledgemente protocol): Protocolo de confirmación de transferencia de archivos. Protocolo de aplicación de cliente IP en la arquitectura STANAG 5066, usada para la transferencia de archivos de gran tamaño. frecuencia vocal: (VF – Voice frequency). Relativo a aquellas frecuencias dentro del rango de audio utilizada para la transmisión de voz. En telefonía la banda de frecuencias entre 300 a 3.400 Hz, usualmente se usa un ancho de banda de 4 KHz. En sistemas de radio es de 3 KHz. Sinónimo: Banda vocal. gestión de red: Ejecución de un conjunto de funciones necesarias para controlar, planificar, ubicar, desplegar, coordinar y monitorear los recursos d una red de telecomunicaciones, inclusive las funciones de planificación de la red, selección de frecuencias, enrutamiento predeterminado de tráfico, distribución de claves, gestión de la configuración, manejo de fallas y seguridad y las funciones contables. No incluye los equipos terminales del usuario. handshaking: es un proceso automático de negociación entre sistemas de comunicación que fija dinámicamente los parámetros de un canal de comunicación establecido entre dos entidades antes de la comunicación normal comience. Sigue al establecimiento del enlace físico y precede a la transferencia normal de información. HDLC (high-level data link control): Protocolo de transferencia de datos genérico, consistente en el envío de tramas asincrónicas y elementos de control y detección de errores. HF: Abreviación de high frequency, alta frecuencia. Frequencias desde 3 MHz a 30 MHz. HF-WTRP (high frecuency wireless token ring protocol): Protocolo de paso de testigo inalámbrico para HF. Protocolo de transferencia de datos que conforma una anillo lógico para el control de acceso al medio a fin de evitar contiendas. Pág. 218 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF HMTP (HF mail transfer protocol): Protocolo de transferencia de correo sobre radio HF. Variación del protocolo SMTP para envío de correo electrónico para adaptarse a las condiciones de un sistema inalámbrico de radio HF. ICMP (internet control message protocol): Protocolo de mensajes de control de internet. En la arquitectura TCP/IP, el protocolo encargado de transmitir información de estado y control de la red y sus elementos. interleaving: Intercalado de bits. 1. Proceso usado en el multiplexado por división en el tiempo cuando los bits individuales originados en diversas fuentes – canales de baja velocidad - son combinados (de a un bit de cada canal por vez) en un único flujo de bits de mayor velocidad. 2. El proceso de aleatorización del flujo de datos para reducir la tasa de error interfaz: 1. Punto de interconexión entre dos entidades, de características conocidas y comunes para facilitar la interconexión entre ellas, aún cuando provengan de distinto origen. 2. Límite compartido, definido por características físicas de interconexión en común, características de señal, y significados de las señales intercambiadas. interfaz de red: 1. Punto de interconexión entre el terminal de usuario y la red pública o privada. 2. Punto de interconexión entre redes. Interferencia intersimbólica: 1. En sistema de transmisión digitales, la distorsión de la señal recibida manifestada en la dispersión temporal y el consecuente solapamiento de pulsos individuales al grado que el receptor no es capaz de distinguir entre cambios de estados o elementos individuales. La interferencia intersimbólica atribuible a la naturaleza estadística de los mecanismos cuánticos establece el límite fundamental de sensibilidad del receptor 2. Energía extraña de la señal en uno o más intervalos de conmutación que interfiere con otro. ionosfera: Parte de la atmósfera que se extiende aproximadamente entre los 70 a 500 Km de la superficie terrestre, en la cual los iones y electrones libres existen en cantidades suficientes para reflejar o refractar ondas de radiofrecuencia. IP (internet protocol): Protocolo de internet. 1. protocolo de transferencia de datos, no orientado a conexión, basado en el envío de paquetes en función en las direcciones de origen y destino. 2. Relativo a la arquitectura de protocolos denominada TCP/IP. jitter: En telecomunicaciones, modificación indeseada de una o más características de una señal que se verifican en forma de variación en el tiempo de arribo de pulsos o paquetes, provocando la distorsión del mensaje original. LAN (local area network): Red de área local. Clasificación de las características de una red de comunicación de datos de alcance limitado. latencia: suma de retardos temporales dentro de una red. Un retardo es producido por la demora en la transmisión, propagación y recepción de paquetes dentro de la red. Pág. 219 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF LQA (link quality analysis): Análisis de calidad del enlace. En radio HF adaptativa, el proceso principal por el cual se hacen las mediciones de calidad de señal para tomar decisiones sobre el establecimiento del enlace. LQA es desarrollado automáticamente y basado en análisis de lecturas seudo-BER y SINAD’s. LSB (least significant bit): Bit menos significativo. En codificación binaria, el símbolo de menor peso relativo. MAC (medium access control): Control de acceso al medio. 1. En telecomunicaciones, el mecanismo de manejo de uso del medio físico para evitar colisión de las transmisiones. 2. En algunos protocolos, la capa o subcapa que se encarga de gestionar el uso del medio. MAN: 1. (metropolitan area network) Red de área metropolitana. Clasificación de una red de datos con mayor dispersión geográfica, pero autocontenida. 2. (management network) En la arquitectura STANAG 5066 las capas, medios y dispositivos encargados de la gestión de la red. módem: Acrónimo para modulador/demodulador. 1. En general, dispositivo que modula y demodula señales. 2. En comunicaciones de datos, dispositivo que convierte y reconvierte los datos digitales en señales cuasi-analógicas adecuadas para su transmisión sobre canales de comunicación analógicos. MSB (most significant bit): Bit más significativo. En codificación binaria, el símbolo de mayor peso relativo. MTU (maximun transfer unit): Unidad de transferencia máxima. En comunicación de datos, la cantidad de datos que pueden ser incluidos en una unidad de comunicación. Usualmente incluye la información de gestión y control propia del sistema. multipath: Fenómeno de propagación que resulta de la recepción de señales de radio de un mismo origen que siguen dos o más trayectorias, causando interferencia constructiva o destructiva, jitter, o fantasmas (ghosting). Las causas suelen ser, ductos atmosféricos, reflexión y refracción ionosférica o terrestre. MUX (multiplex): Ver: multiplexación. multiplexación: Combinación de dos o más canales de información sobre un medio de transmisión común. NAK: Acrónimo para negative-acknowledge character. Ver: ACK. narrowband: banda angosta. Cualquier señal analógica o representación analógica de una señal digital cuyo contenido espectral esencial está limitado al equivalente de un canal de voz de 4 KHz de ancho de banda nominal. En circuitos de radio se unas canales de 3 KHz e ancho de banda. NCS (net control station): Estación de control de la red 1. una estación de radio que efectúa las funciones de control de la red, como el control de tráfico y la Pág. 220 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF observación de las normas operacionales. 2. En seguridad de comunicaciones, la estación encargada de distribuir las claves electrónicas entre los usuarios. networking: 1. Interconexión de tres o más entidades comunicantes. 2. Interconexión de componentes electrónicos que desarrollan funciones específicas para similar una línea de transmisión NVIS (near vertical incidences sky wave antennas): Antenas de ondas atmosféricas con incidencia casi vertical. occupancy: Ocupación de canal. La fracción del tiempo de medición durante el cual los niveles de interferencia superan un umbral preestablecido. orderwire: Circuito de voz o datos que se usa solo para actividades de coordinación, control o mantenimiento. Sinónimos: engineering channel, engineering orderwire, orderwire circuit, service channel. paquete: En comunicación de datos, la secuencia de dígitos binarios, arreglados en un formato específico, que es transmitido y conmutado como un todo compuesto. PDU (protocol data unit): Unidad de datos del protocolo. Es la estructura básica, genérica, que se utiliza en transmisión de datos e incluye el encabezado y la carga útil de información. polling: 1. Control de red donde la estación de control invita a las estaciones tributarias a transmitir en la secuencia especificada por la estación de control. 2. En comunicaciones punto a punto o punto a multipunto, el proceso el cual las estaciones son invitadas a transmitir de a una por vez. 3. Interrogación secuencial de dispositivos por diversos propósitos, evitando las contiendas, determinando el rango operacional, o disponibilidad para enviar o recibir datos. 4. En sistemas de radio HF automatizados, la técnica de medir y reportar la calidad del canal. POP (post office protocol): Protocolo de oficina postal. Aplicación de la arquitectura TCP/IP encargada de la búsqueda de mensajes en el servidor de correo electrónico. PPP (point to point protocol): Protocolo punto a punto. Protocolo de transferencia de datos para enlaces punto a punto entre el usuario y un nodo adyacente de la red. protocolo: Conjunto de reglas relacionadas a la comunicación de datos sobre un enlace de datos. PTT (push-to-talk): Presione para hablar. En sistema de radiotelefonía de dos vías, el método de comunicación sobre un circuito de habla en el cual se requiere que el locutor mantenga un interruptor presionado mientras habla. QoS (quality of service): Calidad de servicio. 1. En comunicación de datos, las características relativas al tipo de tráfico que se cursa por la red. 2. Servicios de tráfico brindados por una red o una arquitectura de protocolos. Pág. 221 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF Nota: Es utilizado en operación a la misma frecuencia. Sinónimo: press-to-talk. query call: Llamada de interrogación. En radio HF adaptativa, una llamada de establecimiento automático del enlace que requiere respuesta de aquellas estaciones que tienen conectividad con la estación de destino especificada en la llamada. queue: Cola. Conjunto de ítem, como llamadas o paquetes, organizadas en secuencia. Nota: Las colas se utilizan para almacenar eventos ocurridos en tiempos aleatorios y administrarlos de acuerdo a una disciplina predeterminada fija o adaptativa. queue traffic: Colas de tráfico. 1. Series de llamadas entrantes o salientes pendientes de servicio. 2. En un centro de conmutación “store-and-forward”, los mensajes salientes aguardando para su transmisión en la posición de salida rake: Rastrillo. Técnica de procesamiento diseñada para compensar los efectos de trayectorias múltiples mediante el rastrillaje conjunto de todas las componentes múltiples encontradas a lo largo del trayecto de la señal. Pertenece a una clase de técnicas de filtrado por coincidencia usada para compensar la atenuación selectiva. Una modificación apropiada del método permite la eliminación de interferencia intersimbólica. Rayleigh (distribución): Desarrollo matemático, usualmente aplicado a la distribución de frecuencia de variables aleatorias, en el caso que las variables sean ortogonales , independientes y distribuidas uniformemente con varianza unitaria. Rayleigh fading: Atenuación. En propagación de ondas electromagnéticas, la atenuación por interferencia de fase causada por trayectorias múltiples y que pueden aproximarse a una distribución de Rayleigh. RCOP (reliable connection oriented protocol): Protocolo orientado a conexión confiable. Aplicación de la arquitectura STANAG 5066 para transferencia de archivos en forma confiable, con control de flujo y corrección de errores. RTCE (real-time channel evaluation): Evaluación de canal en tiempo real. El proceso de medir los parámetros apropiados de un conjunto de canales de comunicación en tiempo real y usar los datos así obtenidos para describir cuantitativamente el estado de esos canales, y de esa manera, la capacidad de transportar determinadas clases de tráfico. reflector: 1. En sistemas de antenas Yagi, el elemento ubicado atrás del elemento excitador encargado de producir un patrón de radiación unidireccional. 2. Cualquier elemento que refleje en forma total una señal electromagnética relay: Relevo, 1. Retransmitir un mensaje recibido en una estación hacia otra. 2.Un conmutador electromagnético o semiconductor, en el cual una corriente o tensión aplicada en los terminales o una puerta, controla una corriente o tensión en otros terminales. Pág. 222 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF retardo: 1. Periodo de tiempo en que se retrasa un evento. 2. Tiempo entre la ocurrencia de un evento y los aspectos relacionados al mismo. router: Enrutador. En comunicaciones de datos, la unidad funcional usada para interconectas dos o más redes físicamente disímiles. Nota: Los routers operan hasta en capa 3 del modelo de referencia ISO/OSI. RTTY (radio teletype): Radio teletipo. Equipo de transmisión de datos telegráfico mediante el uso de ondas de radio. ruido blanco: Ruido con una distribución espectral continua y uniforme sobre una banda de frecuencias especificada. El ruido blanco tiene igual potencia por Hertz a lo largo de la banda de frecuencia especificada. Sinónimo: AWGN (additive white gaussian noise). Ruido blanco gaussiano aditivo. ruta: (route) 1. En la operación de un sistema de comunicación, el trayecto geográfico que sigue una llamada o mensaje sobre los circuitos que se utilizan para establecer la cadena de conexiones. 2. Determinar el trayecto que un mensaje o llamada tomará en una red de comunicaciones. 3. La construcción de un trayecto que una llamada o mensaje tomará en una red de comunicaciones, para ir de una estación a otra. SAP (subnet access point): Punto de acceso a subred. En la arquitectura STANAG 5066, denominación genérica de las interfaces entre subcapas de servicios. scanning: Observación. 1. En los sistemas de telecomunicación, la evaluación de la actividad del tráfico para determinar si es necesario procesamiento posterior. Nota: La observación usualmente se realiza en forma periódica. 2. El proceso de sintonizar un dispositivo a través de un determinado rango de frecuencias en incrementos e intervalos predeterminados. selcall: Acrónimo por selective calling. Llamada selectiva. Llamada de una estación en la cual se envía la identificación de la llamada para señalar automáticamente una o más estaciones remotas y establecer enlaces entre ellas. SID (sudden ionospheric disturbance): Perturbación ionosférica repentina. SIS (subnetwork interfaz sublayer): Subcapa de interfaz a la subred. En la arquitectura STANAG 5066, la subcapa de manejo de acceso a las aplicaciones de los clientes y conformación de la información para su uso en el sistema. SMTP (simple mail transfer protocol): Protocolo simple de transferencia de correo. Aplicación de la arquitectura TCP/IP encargada de la entrega de mensajes en el servidor de correo electrónico. SNR (signal-to-noise ratio): Relación señal a ruido. La relación entre la amplitud de la señal deseada frente a la amplitud de las señales de ruido en un punto dado en el tiempo. Se expresa como 20 veces el logaritmo de la relación de amplitudes, denominados decibeles (dB). Se determina en términos de valor pico para ruido Pág. 223 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF impulsivo y valor medio cuadrático (RMS – root mean square) para ruido aleatorio. Nota: Una onda espacial puede ser reflejada hacia la tierra por la ionosfera. SHF (super high frecuency): Súper alta frecuencia. Ondas electromagnéticas de 3 a 30 GHz, utilizadas en enlaces de alcance visual, también denominadas microondas. SINAD (signal+noise+distortion to noise+distortion ratio): Relación señal+ruido+distorsión a ruido+distorsión. En telecomunicaciones, método de medición de la calidad de la señal, teniendo en cuenta la relación entre la señal y los parámetros que la degradan. skywave: Onda espacial. Onda de radio que viaja en sentido ascendente desde la antena. sondeo: 1. En sistemas de radio HF automatizados la difusión de una señal muy breve, conteniendo la dirección o identificación de la estación, para permitir a las estaciones receptoras la evaluación de la calidad del enlace. 2 La capacidad de probar empíricamente canales seleccionados proporcionando una difusión identificatoria, tipo baliza, que puede ser utilizada por otras estaciones para evaluar conectividad, propagación, disponibilidad y seleccionar canales conocidos para uso ulterior en comunicaciones. La señal de sondeo es una transmisión unilateral, en un solo sentido realizada en intervalos de tiempo determinados sobre canales desocupados. Sondeo ionosférico: (ionospheric sounding). Técnica que proporciona información en tiempo real de la propagación de radio de alta frecuencia en la ionosfera, consistente en la sincronización de transmisor y receptor, midiendo el retardo entre la transmisión y recepción que determina la altura de la capa ionizada. También es utilizada para determinar la Frecuencia Crítica. source quench: Amortiguación de la fuente. Técnica de control de congestión en la cual una computadora experimentando una congestión de tráfico de datos envía los mensajes o paquetes que causan la congestión de vuelta a la fuente, solicitando el cese de la transmisión. Spoofing: Es un tipo de ataque o invasión a la red donde una persona o programa se enmascara satisfactoriamente como otro miembro mediante la falsificación de información y así ganando acceso ilegítimo. store-and-forward: Almacenamiento y encaminamiento. Relativo a los sistemas de comunicación en los que los mensajes son recibidos en puntos de enrutamiento intermedios, almacenados o grabados y luego transmitidos o encaminados, al próximo punto de enrutamiento o al destinatario final. SFD (sudden frequency deviation): Desviación repentina de frecuencia. Un fenómeno de perturbación cuasi-global que afecta a las transmisiones de los sistemas de HF de largo alcance y que acontece durante unos minutos, debido a la aparición de destellos de rayos X provenientes del sol. Pág. 224 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF SWF (short wave faces): Frentes de onda corta. Un fenómeno de perturbación cuasi-global que afecta a las transmisiones de los sistemas de HF de largo alcance y que acontece durante unos minutos, debido a la aparición de destellos de rayos X provenientes del sol. sincronismo: 1. Relación de fase constante entre grupos de eventos repetitivos. 2. La ocurrencia simultanea de dos o más eventos en el mismo instante en una escala de tiempo coordinada. sincronización: 1. Obtención de una relación fija entre instantes de tiempo significativos de dos o más señales. 2. Estado de acontecimientos simultáneos entre dos o más señales. TCP (transfer control protocol): Protocolo de control de transferencia. En la arquitectura TCP/IP, el protocolo orientado a conexión encargado de la entrega sin errores de los datos a la aplicación remota. TDMA (time division múltiple access): Acceso múltiple por división de tiempo. En telecomunicaciones, método de optimización de un medio de transmisión mediante el otorgamiento de breves periodos temporales a diferentes usuarios, en forma cíclica. throughput: Transferencia. 1. Número de bits, caracteres o bloques pasando a través de un sistema de comunicación de datos, o una parte de ese sistema. Se expresa en unidades de datos por periodo de tiempo. 2. Capacidad máxima de un sistema o canal de comunicación. 3. (Rendimiento) Medida de la cantidad de trabajo realizado en un sistema por unidad de tiempo. topología: Arreglo de los elemento en una red, ya sea físico, virtual o lógico. Nota: Dos redes tienen la misma topología si la configuración es la misma, a pesar que puedan diferir en las interconexiones físicas, distancia entre nodos, tasas de transferencia y/o tipo de señales. trafico: 1. Información que se mueve en un canal de comunicaciones. 2. Medida cuantitativa del total de mensajes y su tamaño, durante un periodo de tiempo. trayecto: (path) 1. En los sistemas de comunicación y topologías de red, una ruta entre dos puntos. 2. En comunicaciones radiales, el camino que existe entre el transmisor y el receptor, que puede consistir en dos o más enlaces concatenados. 3. En computación, la secuencia lógica de instrucciones ejecutadas por la computadora. 4. En manejo de bases de datos o archivos, una serie de conexiones físicas o lógicas entre registros o segmentos de memoria. UHF (ultra-high frequency): Ultra alta frecuencia (300-3000 MHz) usada para propagación de alcance visual. (Comunicaciones satelitales, radiodifusión, radar, navegación y TV). VHF (very high frequency): Muy alta frecuencia (30-300 MHz) usada para propagación de alcance visual y dispersa (Televisión y radiodifusión FM). Pág. 225 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF VLF (very low frequency): Muy baja frecuencia (3-30 kHz), usada en propagación de ondas terrestres y guiado de ondas (Navegación, transmisión de señales estándares de tiempo y frecuencia). __________________________________________________________________ Las definiciones y siglas han sido obtenidas de las siguientes fuentes: FED-STD-1037C, Glossary of Telecommunication Terms. HF Communications—Science and Technology by J. M. Goodman (1992, Van Nostrand). Communications Standard Dictionary, 2nd ed., by M. Weik (1989, Van Nostrand). NTIA Manual of Regulations and Procedures for Federal Radio Frequency Management. ITU Radio Regulations—is available http://glossary.its.bldrdoc.gov/fs-1037 Pág. 226 at the Web address of Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF BIBLIOGRAFÍA A. LIBROS: Briceño E. “Transmisión de datos”. (3ª Ed.)”. Editorial: ULA Facultad de Ingeniería Publicaciones. Mérida, 2005. Briceño E. “Principios de las comunicaciones (3ª Ed.)”. Editorial: ULA Facultad de Ingeniería Publicaciones. Mérida, 2005. Tannenbaum A.. “Redes de computadoras (3ª Ed.)”. Ed. Prentice Hall. 1996. Stalings W. “Comunicaciones de datos y computadoras (6ª Ed.)” . Ed. Prentice Hall. 2000. Carlson B. “Sistemas de comunicación”. Ed. McGraw Hill. Nueva York, 1971. Taub H. y Schilling L. “Principios de sistemas de comunicaciones”. Ed. McGraw Hill. Nueva York, 1971. Puliafito S. “Propagación y Radiación de Ondas Electromagnéticas. Parte II: Guías de Ondas (2° Edición)”. Editorial Idearium. Mendoza,1985. Puliafito S. “Propagación y Radiación de Ondas Electromagnéticas. Parte III: Radiación Electromagnética (2° Edición)”. Editorial Idearium. Mendoza, 1987. Pág. 227 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF B. PAPERS Y PUBLICACIONES ELECTRÓNICAS: Ocampo, V. Trabajo Final Integrador: “Estándares de interoperabilidad en la transmisión de datos en hf-ale”. ITBA, carrera de especialización en ingeniería en telecomunicaciones. Octubre 2005. URL:http://www.itba.edu.ar/capis/epg-tesis-y-tf/ocampotrabajofinaldeespecialidad.pdf Schulze S. Tesis de Maestría: “Design and implementation of STANAG 5066 data range change algorithm for high data rate autobaud wave forms”. U. de Pretoria, Maestría en Ingeniería en computación. Agosto 2005.URL:http://upetd.up.ac.za/thesis/available/etd-01242006094908/unrestricted/00dissertation.pdf D. G. Kallgren, J-W Smaal, M. Gerbrands, M. Andriesse. “An Architecture for Internet Protocol over HF:Allied High-Frequency WideArea Networking using STANAG 5066 (AHFWAN66)”. NATO/PFP UNCLASSIFIED -APPROVED FOR INTERNET TRANSMISSION. URL: https://elayne.nc3a.nato.int/S5066Public/Papers/RTA-IST-12v8.pdf HFIA (High Frequency Industry Association) Organization, “Automatic Link Establishment (ALE) - An Overview” URL: http://www.hfindustry.com. Dr. A. F. Gillespie y S. E. Trinder. “Second and Third Generation HF Communications”. QinetiQ, 2002. URL: http://www.hfindustry.com. C. Redding and E. E. Johnson, "Linking Protection for Automated HF Radio Networks," Proceedings of 1991 IEEE Military Communications Conference (MILCOM ‘91), IEEE Press, New York, 1991. URL: http://www.milcom.org Pág. 228 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF C. ESTÁNDARES APLICABLES Resumen de estándares aplicables Existen muchos estándares civiles y militares que pueden usarse para los detalles al momento del studio de factibilidad. 1. Estándares de telecomunicaciones federales FED STD 1037 C - Telecomunicaciones: Glosario de términos de Telecomunicaciones. FED STD 1045 A - Telecomunicaciones: Establecimiento automático de enlace de radio HF. FED STD 1046/1 - Telecomunicaciones: Red automática de radio HF, Sección 1: Básica. Controlador ALE en red. FED STD 1049/1 - Telecomunicaciones: Operación automática de radio HF en entornos saturados. Sección 1: Protección del Enlace. FED STD 1052 - Telecommunications: Módems de radio HF. 2. Estándares militares MIL STD 187-721 C – Estándar de interfaz y comportamiento para aplicaciones de control automático para radio HF. MIL STD 188-110 A - Estándar de interoperabilidad y comportamiento para módems de HF. MIL STD 188-114 – Características eléctricas de los circuitos de intefaz MIL STD 188-124A – Puesta a tierra, empalmes y blindajes en sistemas de comunicaciones portátiles y de larga distancia. MIL STD 188-141 B – Interoperabilidad y comportamiento para equipos de radio MF y HF. MIL STD 188-148 - (S) Estándar de interoperabilidad para comunicaciones anti enmascaramiento (Anti-Jam AJ) en la banda de 2-30 MHZ (U). MIL STD 461 – Requerimientos característicos de equipos ante interferencias electromagnéticas. MIL STD 462 – Mediciones de interferencias electromagnéticas. MIL STD 463 - Definiciones y Sistemas de unidades, Electromagnetismo. MIL STD 882 – Requerimientos del Programa de Seguridad del Sistema. MIL STD 1472 – Criterios de de ingeniería de diseño para sistemas militares, equipos e instalaciones. 3. Manuales militares MIL HDBK 216 - Adecuaciones y líneas de transmisión de RF. Pág. 229 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF MIL HDBK 411 Control de energía y ambiental para comunicaciones de largo alcance en la planta física. MIL HDBK 413 – Manual de diseño para radiocomunicaciones de HF. MIL HNBK 419 - Puesta a tierra, empalmes y blindajes en equipos electrónicos e instalaciones. MIL HDBK 420 – Manual de búsqueda de ubicaciones. Instalaciones de comunicación. 4. Estándares de ingeniería DISA (DCA) DCAC 300-95-1 – Guía para planificadores para planos de instalaciones y diseño de una planta física de comunicaciones de defensa. DCAC 300-175-9 – Estándares de operación y mantenimiento eléctrico DCS. DCAC 330-175-1 Manual de estándares de ingeniería de diseño DCS. DCAC 330-175-1 Manual de estándares de ingeniería de instalación DCS. Adenda nº 1: Antenas de comunicación MF/HF. DCAC 370-160-2 Circular DCS: Búsqueda, selección de locaciones y criterios de diseño de construcciones. DCAC 370-160-3 Circular DCS: Búsqueda de locaciones para instalaciones de comunicación. DCAC 370-185-1 – Manual de aplicaciones de ingeniería, Volumen II 5. Estándares americanos (ANSI, IEEE, TIA/EIA, NEC) IEEE C95.1-1991 – Estándar IEEE de niveles de seguridad respecto a la exposición humana a campos electromagnéticos de radiofrecuencias entre los 3 KHz a 300 GHz. ANSI/IEEE STD 473-1985 – Prácticas recomendadas IEEE para la exploración electromagnética de un sitio (10 Hz a 10 GHz). ANSI/IEEE STD 802.11(x) – estándares para redes inalámbricas. EIA Standard RS-232C - Interfaz entre el equipo terminal de datos y el equipo de comunicación de datos empleando intercambio binario de datos en serie. EIA Standard RS-258- Conectores y cables coaxiales Semiflexible con dieléctrico de aire, 50 Ohms. 6. Estándares internacionales (NATO, ITU-R) STANAG 4203 – Estándar técnico para equipo de radios HF monocanal. STANAG 4285 - Características de módems para enlaces de radio de HF de 1200/2400/3600 Bits por segundo. STANAG 4415 - Versión muy robusta de 188-110A tono simple. Pág. 230 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF STANAG 4444 - Medidas de protección electrónica por salto lento de HF. STANAG 4481 – Sistema de difusión naval HF barco a costa. STANAG 4529 – Versión de banda angosta para 4285 el apéndice A de tono simple. STANAG 4538 – Sistema de control automático de radio (ARCS). STANAG 4539 – Equivalente sin saltos para el Anexo C de 4444 STANAG 5035 – Introducción a un sistema mejorado para comunicaciones airemar en HF, LF y UHF. STANAG 5066 - Descripción de las comunicaciones de datos para frecuencias de radio HF marinas. STANAG 5066 - Formas de onda ANXG para tasas de transmisión de datos por encima de 2400 bps. QSTAG 733 – Estándares técnicos para equipos de radio de HF monocanal. ITU-R RECOMMENDATION 455-1 - Transmisión mejorada para circuitos HF de radiotelefonía. ITU-R RECOMMENDATION 520 – Uso de simuladores de canal ionosférico para HF. ITU-T RECOMMENDATION V.41 – Sistema de control de errores independiente del código. ITU-T RECOMMENDATION V.42 – Procedimientos de corrección de errores para DCE’s utilizando conversión asíncrona a sincrónica. IETF rfc.821 - SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Protocolo simple de transferencia de correo. IETF rfc.1144 – Compresión de encabezados TCP/IP para enlaces seriales de baja velocidad. IETF rfc.1548 - PPP (point to point protocol) protocolo punto a punto IETF rfc.1939 - POP3 (post office protocol) protocolo de oficina postal entubado (pipelined). IETF rfc 1950 – ZLIB. Especificación de formato de compresión de datos. IETF rfc 1951 – DEFLATE. Especificación de formato de compresión de datos. IETF rfc 1952 – Gzip. Especificación de formato de compresión de datos. IETF rfc 2449 - Mecanismos de extensión POP3. IETF rfc 2508 – Compresión de encabezados UDP/IP para enlaces seriales de baja velocidad. IETF rfc 2920 - Extensiones de servicio SMTP para comandar el entubado. Pág. 231 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF IETF rfc 3095 - ROHC (robust header compresión) compresión robusta de encabezados. IETF rfc 3173 - IPComP, (IP payload compresión protocol) protocolo de compresión de carga útil de IP. IETF rfc 3626 – OLSR (optimizad link state routing) protocolo de enrutamiento optimizado por estado del enlace. Pág. 232 Roberto Inzirillo - Transmisión de datos para estaciones móviles en la banda de HF NOTAS 1 JOCYTUM 1 – 2002. Aplicaciones en PACKET: Packet AVL, Packet Mail y Packet Ambiental. Jorge L. Favier et al. JOCYTUM 2 – 2003. Estación de Packet Radio de la UM: Packet Mail. Jorge L. Favier et al. 2 http://www.um.edu.ar/nuke6/article.php?sid=189. 3 El código BAUDOT, denominado así por su inventor Émile Baudot, data de 1874 y es un conjunto de caracteres conocido como Alfabeto Telegráfico Internacional n° 1, ya sin uso, que utilizaba una codificación de 5 bits por carácter. Fue modificado alrededor de 1901 por Donald Murray y posteriormente una nueva modificación conocida como Alfabeto Telegráfico Internacional n° 2 (International Telegraph Alphabet Nº 2 – ITA2) aún en uso en ciertas aplicaciones. 4 www.amsat.org.ar 5 Mustafa Ergen, Duke Lee et. al., “Wireless Token Ring Protocol”, University of California, Berkeley, CA 94720, USA Pág. 233