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s
A
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t
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c
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s
Propuesta de implantación de la subred V
H
F
para la red de telecomunicaciones
aeronáuticas de Cuba
P
r
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n
c
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p
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s
L
a Red de Telecomunicacione
s
Aeronáuticas —del inglés, Aeronautical
Telecommunication Netwo
r
k (ATN)— e
s
una red digital de alcance
global normada y recomendada por la OACI —Organización de Aviación
Existen algunas diferencias funda-
Civil Internacional—, y
s
e utiliza para la
s
aplicaciones aire-tierra ymentales entre los sistemas convencio-
tierra-tierra de las que nece
s
ita el creciente desarrollo de la aeronáuticanales de comunicaciones aeronáuticas
civil internacional.y los que forman parte de los nuevos
Esta
s
oporta la arquitectura de rede
s
que permite el funcionamientosistemas de comunicaciones, navega-
correcto como
s
istema único de la
s
s
ubrede
s
de datos de tierra, aire-tierra yción, vigilancia / gestión de tránsito
aviónica, mediante la adopción de
s
ervicio
s
y protocolos con equiposaéreo, por recomendación del
P
lan
basados en el modelo de referencia para la Interconexión de
S
istemasMundial de Navegación Aérea para los
Abiertos —del inglé
s
, Open Sy
s
tem
s
Inte
r
connection (O
S
I)—.Nuevos
S
istemas CN
S
/ATM, Docu-
Los
s
ervicio
s
brindado
s
por la ATN [1][2]
s
e orientan, por lo general, a lamento 9750. Algunas de las caracterís-
Comunicación, Navegación, Vigilancia y Ge
s
tión de Tránsito Aéreo —delticas claves de los nuevos sistemas que
inglé
s
, Communication, Navigation, Su
r
veillance / Air
T
raffic Manage-difieren considerablemente de los con-
ment (CNS/ATM) [3]—. En cuanto a la radiocomunicación estos serviciosvencionales son: la mayoría de las
ofrecen comunicacione
s
relacionada
s
con la
s
eguridad operacional quecomunicaciones se efectúan por inter-
requiere alta integridad y re
s
pue
s
ta rápida, entre las que se destacan lascambio de datos; el acento se pone en
Comunicaciones para lo
s
S
ervicio
s
de Trán
s
ito Aéreo —del inglés, Airla conectividad y funcionamiento a es-
cala mundial; y las comunicaciones ora-
les se utilizan sobre todo en situaciones
que no sean habituales y de emer-
gencia. Esto permite utilizar mejor los
canales de comunicación y compartir
las instalaciones y servicios entre mu-
chos usuarios.
S
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t
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c
i
ó
n
e
n
C
u
b
a
En la Aviación Civil de Cuba, para
el aseguramiento de los servicios de
comunicaciones para el tránsito aéreo,
ha sido necesaria una renovación del
equipamiento aeronáutico en tierra
destinado a soportar las comu-
nicaciones de voz con las aerona-
ves en tránsito. El nuevo equipa-
F
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miento adquirido tiene ent
r
e sus
Traffic Se
r
vice Communication
s
(AT
S
C)— entre dependencias AT
S
—Aircaracterísticas técnicas, la posibi-
Traffic Se
r
vice—, o entre una dependencia AT
S
y una aeronave para ellidad de emplear modos digitales
Control del Tránsito Aéreo —del inglé
s
, Ai
r
T
raffic Control (ATC)—,de comunicación, recomendados
información de vuelo, alerta
s
, etc., y la
s
Comunicaciones de las Operacionespor el Anexo 10 de la OACI [4].
Aeronáutica
s
—del inglé
s
, Ae
r
onautical Operation CommunicationsCon el objetivo de elevar la inte-
(AOC)—.gridad de los servicios de telecomu-
M
s
C
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(
R
C
P
)
E
s
te concepto
s
e refiere a un con-
junto de requisito
s
de pre
s
tacione
s
de
la
s
comunicacione
s
, como la capaci-
dad, di
s
ponibilidad, ta
s
a de errore
s
y
demora
s
de trán
s
ito. Una vez que
s
e ha
especificado la RC
P
para un e
s
cenario
operacional en determinado e
s
pacio
aéreo, puede con
s
iderar
s
e operacio-
nalmente todo el
s
i
s
tema individual o
combinación de si
s
tema
s
de comuni-
caciones que
s
atisfaga lo
s
parámetro
s
establecido
s
[4].
C
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rr
a
e
s
tos equipos puedan emplear
s
e
para e
s
tablecer y garantizar comuni-
caciones digitale
s
aeronáutica
s
, con
todas
s
us ventaja
s
inherente
s
.
nicacione
s
a la
s
aeronave
s
en trán
s
ito,utilizada en la radio analógica VH
F
—Very High Frequency—. El plan de
ya equipadas con la tecnología paramodulación empleado en el modo 2 admite diversos protocolos de enlace para
el enlace de dato
s
en
s
u
s
diferente
s
aplicaciones operacionales diferentes, que de ese modo mejoran mucho el uso
modo
s
, exi
s
te la po
s
ibilidad de queeficaz del canal de radio.
E
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s
V
H
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(
V
DL
M
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o
2
)
A mediados de 1988 se comenzó el desarrollo de enlace de datos para el
s
ervicio de las radiocomunicaciones aeronáuticas, y se inició en los
año
s
90 con el
S
istema ACAR
S
—Airplane Communication Automatic
Repo
r
t System—. A finales de 1994, se emprendió el desarrollo de VDL
M
odo 1, que entró en explotación a finales de 1995. A principios del
1997, empezó el desarrollo del enlace de datos en modo 2 y, en el año
2000, se dispone del primer equipo para estaciones de tierra.
Se recomienda que la mayoría de la
s
comunicaciones aire-tierra en la etapa
de vuelo en ruta
s
e hagan por inter-
cambio de dato
s
digitale
s
; para lo
cual el u
s
uario
s
elecciona un men
s
aje
determinado a partir de un conjunto
de men
s
aje
s
precon
s
truido
s
, con la
utilización de un menú de pantalla,
un Enlace Digital por VH
F
en
M
odo
2 —del inglé
s
, VHF Data
L
ink
añade algunos parámetro
s
e
s
pecífi-
P
o
s
teriormente a mediados del 2002, se instala el primer equipo de
cos —o texto libre— y lo envía. Alguna
s
abordo para VDL2.
tran
s
ferencia
s
de dato
s
s
e efectúanLa
s
funciones de comunicaciones VDL Modo 2 son compatibles con la
entre lo
s
si
s
tema
s
automático
s
de ae
s
tructura por capas de funciones y protocolos, establecidas por el
bordo y en tierra,
s
in nece
s
idad demodelo de referencia O
S
I. En la figura 2 se muestra la arquitectura de
intervención manual. En e
s
to
s
inter-protocolo ATN [2][3].
cambio
s
de dato
s
s
e reduce la cargaEl
s
i
s
tema VDL Modo 2 proporciona transparencia de código a la ATN entre
de trabajo de lo
s
controladore
s
ylo
s
s
i
s
temas que se conforman. Estas funciones serán ejecutadas en las tres
piloto
s
en las área
s
terminale
s
decapa
s
inferiores del modelo O
S
I —Open Systems Interconnection—: la
inten
s
a actividad.capa física, la capa de enlace de datos y la subcapa inferior de la capa de red
La tran
s
mi
s
ión de men
s
aje
s
aire-—e
s
decir, la capa de subred—.
tierra puede efectuar
s
e a travé
s
deEn el nivel físico se emplea la modulación en fase diferencial a 8 niveles
(8D
PS
K), con un ecualizador del tipo coseno elevado con un facto
r
de caída
con valor
a
= 0,6. La velocidad de señalización es de 10500
±
50 baudios, y la
Mode 2 (VDL Mode 2 ó VDL2)—. Envelocidad de transmisión es de 31500 bits/s. El método de corrección de errores
este tipo de enlace de dato
s
aire-tierraempleado está basado en la codificación Reed-
S
olomon. La tasa de error
compatible se emplean técnica
s
ytolerada por el sistema está por debajo de 10
–3
. La capa física ofrece el control
sistemas digitale
s
en lo
s
que la veloci-de la frecuencia de operación del transceptor, el intercambio de bits sobre el
dad nominal de tran
s
mi
s
ión de dato
ss
i
s
tema de radio, empleando procesos de modulación, codificación de datos y
e
s
de 31,5 Kbps. La
s
eparación entreun mecanismo de control de errores en el terminal receptor sin retransmisiones
canale
s
e
s
de 25 kHz, compatible con la—mediante Forward Error Correction—.
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37
La capa de Control de Enlace VH
F
para la Aeronave —del inglés, Aeronauti-
cal VHF
L
ink Cont
r
ol (AVLC)— se inspira en la empleada en el protocolo
denominado
P
rotocolo de Control de Alto Nivel para el Enlace de Datos —del
inglé
s
, Hight Data
L
ink Control (HDLC)—, según lo especifcado por las
recomendacione
s
I
S
O-3309, I
S
O-4335, I
S
O-7809 e I
S
O-8885.
P
ara el ca
s
o del VDL
M
odo 2, el nivel de enlace ha sido optimizado para las
condicione
s
e
s
pecífica
s
de aplicación sobre sistemas aeronáuticos de radio, en la
que lo
s
terminale
s
de red VDL utilizado por toda la subred aire-tierra VH
F
, se
especifican en la recomendación I
S
O-8208. La capa 2 se subdivide en dos
subcapa
s
M
AC —Media Acce
ss
Control— y DL
S
—Data
L
ink Service— y
una entidad dedicada al manejo del enlace. La subcapa de Control de Acceso al
Medio (
M
AC) proporciona el acceso al medio físico mediante el algoritmo
denominado Acce
s
o Múltiple con
S
ensado de
P
ortadora —del inglés, Carrier
Sen
s
e Multiple Acce
ss
(C
SM
A)—. Esta subcapa controla el acceso al canal y
la compartición del mi
s
mo entre los diferentes usuarios.
La
s
ubcapa de
S
ervicio
s
del Enlace de Datos —Data
L
ink Services (DL
S
)—
se compone del Control de Enlace VH
F
para Aviación —Aviation VHF
L
ink
Cont
r
ol (AVLC)— que
s
e deriva del
P
rotocolo de Control de Alto Nivel para el
Enlace de Dato
s
—High
L
evel Data
L
ink Control (HDLC)— (I
S
O/IEC-3309).
F
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S.A.
Este protocolo
s
e dedica al intercambio y procesamiento de tramas de datos así
como a la detección de errore
s
.
La Entidad de Ge
s
tión del Enlace —
L
ink Management Entity (LME)— controla
el establecimiento y el mantenimiento del enlace entre subcapas de
S
ervicios del
Enlace de Datos.
La interfaz entre la
s
ubcapa
M
AC y la
s
ubcapa DL
S
se controla con la
primitiva de
s
ervicio AV2
M
-UNITDATA y AV2M-
S
TATU
S
.
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s
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s
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p
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M
A
C
Esta subcapa garantiza una adqui
s
ición transparente del canal de radio
compartido, hace invi
s
ible a la
s
ubcapa DLS . La subcapa MAC toma las
trama
s
a ser tran
s
mitida
s
de la
s
ubcapa DL
S
y las entrega a la capa del
nivel físico, y la
s
recibida
s
de e
s
te nivel las entrega a la subcapa DL
S
.
una conexión al puerto de control de
los radios, no permite hacer cambios
remotos de configuración.
En la figura 5 puede observarse una
variante de configuración en la que
la línea arrendada ha sido sustituida
por un enlace de radio adicional.
Esta variante permite tene
r
acceso a
ubicaciones con topografía adversa.
En ambas configuraciones el router
que se incorpora posibilita el estable-
T
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C
Los
s
ervicios a
s
ociado
s
a la
s
ubcapa MAC son:
1-Acce
s
o Múltiple: para e
s
te
s
ervicio la
s
ubcapa implementa un algoritmo
CSMA p-per
s
i
s
tente no adaptativo, que ofrece igual probabilidad a todas
las estacione
s
de tran
s
mitir, al mi
s
mo tiempo maximiza el flujo de datos
tran
s
mitido
s
, minimiza lo
s
retardo
s
de trán
s
ito y las colisiones.
2-Detección y notificación de conge
s
tión del canal.
3-Implementación de parámetro
s
de
s
ervicio: implementan los pará-
metro
s
definido
s
en la tabla 1.
El protocolo VDL2, al igual que otro
s
protocolos como el X.25 y el AX.25,
garantiza la tran
s
mi
s
ión ordenada y libre de errores entre las estaciones en
la
s
que se realiza. También
s
e e
s
tructura en un modelo jerarquizado por
niveles con la definición de primitiva
s
de servicio con las que se
implementan lo
s
proce
s
o
s
e
s
tablecido
s
en este protocolo.
En Cuba, para garantizar el enlace de dato
s
en modo 2 puede, en principio,
ser empleado el equipamiento ya in
s
talado para comunicaciones analó-
gica
s
. Este con
s
iste de un
s
i
s
tema con radio
s
Harris VDR-2135 y VDR-2205,
los cuales po
s
een la
s
caracterí
s
tica
s
técnicas adecuadas, no sólo para las
comunicaciones orale
s
,
s
ino también para la
s
digitales, de acuerdo con las
exigencia
s
y norma
s
de la OACI.
C
o
n
e
x
i
ó
n
a
r
ede
s
t
e
rr
e
st
r
e
s
En la figura 4
s
e mue
s
tra una variante de conexión en la que se enlaza
directamente el radio a un
r
oute
r
a la
s
alida de la red ATN a través de un par
de módem
s
y una línea arrendada. En e
s
ta configuración no se establece
F
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o
c
a
l
e
x
t
e
r
n
a
cimiento de mecanismos de protección
y seguridad para la información que se
ofrece por estos servicios de comuni-
caciones para el tránsito aéreo, al igual
que se hace en redes cableadas.
S
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a
l
o
c
a
l
e
x
t
e
r
n
a
También puede aplicarse otra
variante de conexión en la que se
unen los equipos de radio a una
computadora —industrial o robus-
ta— que tiene los puerto
s
e inter-
F
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5
S
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s
V
DL
2
Por la importancia en el a
s
egura-
miento preciso y de aplicación del en-
lace digital modo 2 —data link—,
s
e
ha realizado el cálculo de la cobertura
de radiocomunicacione
s
en la Región
de Información de Vuelo
s
de la Repú-
blica de Cuba —FIR Cuba—.
P
ara
esto
s
e ha utilizado un programa
denominado Radio Mobile fo
r
Win-
dows. E
s
una herramienta que permite
predecir el comportamiento de un
s
i
s
-
tema de radiocomunicacione
s
móvi-
les, de
s
arrollado por Roger Coude,
quien continúa añadiendo nueva
s
prestacione
s
y se encuentra di
s
poni-
ble y gratis en Internet [5][6].
Este software puede utilizar vario
s
modelo
s
digitale
s
de elevación del
terreno y
s
ituar lo
s
punto
s
de
interé
s
en un mapa para calcular lo
s
radioenlaces entre ello
s
.
P
ara e
s
te
trabajo
s
e ha empleado el modelo
SRTM —Shuttle Rada
r
T
opog
r
a-
phy Mis
s
ion— [7]. El modelo de
propagación que emplea el
s
oftware
es el ITS —Institute
T
elecommuni-
cation
s
Scientific— para terreno
irregular o Longley-Rice, válido en-
tre 20 MHz y 20 GHz.
Las base
s
de dato
s
digitale
s
de
elevación del terreno también gra-
tis en Internet con una re
s
olución
de 100 m. Esto
s
son lo
s
dato
s
topo-
gráficos de mayor re
s
olución di
s
po-
faces apropiado
s
para e
s
tablecernible
s
. Los errores son, generalmente, menores que los que introducen
conexione
s
de dato
s
y de
s
eñale
s
deotro
s
programas comerciales existentes en nuestro país, cuyo costo es con-
control con ellos (ver figura 6).
s
iderable.
Con e
s
ta variante la conexión hacia laEl modelo de propagación es de propósito general, basado en la teoría
red terrestre puede ser hecha a travé
s
electromagnética y en análisis estadísticos de las características del
de una interfaz de red o a travé
s
de unterreno y de mediciones de radioenlaces. El algoritmo del modelo
s
e des-
puerto serie. Puede emplear
s
e una co-cribe en su versión 1.2.2 en el documento “
T
he I
T
S Irregular
T
errain
nexión a través de línea arrendada yModel, version 1.2.2 Algorithm” [8]. La representación definitiva del
módems o a través de
s
i
s
tema
s
de radio-modelo
s
e encuentra disponible en el sitio [9], y contiene código
f
uente
enlace
s
adicionales. Exi
s
ten mucha
s
y documentación abundante. El código fuente en
F
ortran, manuales y
variantes de radioenlace
s
de la normaotro
s
documentos también se encuentran en el sitio [10].
802.11 con alcance de decena
s
de
S
e han realizado cálculos en diferentes corredores aéreos de nuestro espa-
kilómetro
s
y de bajo co
s
te que pu-cio y de
s
de la ubicación de los transceptores que se han empleado para las
diesen
s
er empleado
s
. E
s
ta configu-radiocomunicaciones analógicas. Este trabajo propone comenzar la explota-
ración es muy flexible y puede incorpo-ción de las posibilidades que brindan estos equipos para las radiocomu-
rar un sitio web para la admini
s
tración ynicaciones para el enlace de datos en modo 2.
S
e refieren a los niveles de
el control del enlace.vuelo en pies por ser la práctica oficial en la navegación aérea mundial
reglamentada por la OACI.
El empleo de VDL2 permite aumentar la seguridad de las operacione
s
sobre
nue
s
tro e
s
pacio aéreo, por la cantidad creciente de información aeronáutica
di
s
ponible. Una seguridad mayor puede aumentar la cantidad de sobre-
vuelo
s
s
obre nuestro
F
IR. Esta mejora en la seguridad operacional incre-
menta lo
s
ingresos económicos de ECA
S
A.
El análi
s
is se ha dividido por la funcionabilidad de las aeronaves, es
decir, por su fuselaje y aviónica. Estas pueden tener niveles de vuelo
diferentes y establecer enlaces VDL2 en el
F
IR Cuba para el sobrevuelo
por lo
s
corredores aéreos, aerovías y rutas RNAV —Route Naviga-
tion—. El nivel de vuelo del tránsito aéreo depende del tipo de aeronave:
A) 27 000 pies: nivel mínimo empleado por las aeronaves que nos
s
obrevuelan en ruta hacia los
F
IR contiguos o adyacentes. Está consi-
derado como el nivel de vuelo de mayor importancia que utilizan aeronaves
de fu
s
elaje ancho —R-7realizó 1600 sobrevuelos en marzo de 2004 y en el
año 2005 hubo un aumento para las operaciones aéreas de 3771—.
S
e
garantiza el enlace digital en todo el
F
IR Cuba por los transceptores
s
ituado
s
en
S
andino,
P
ico
S
an Juan y la Gran
P
iedra. Esta cobertura cubre
todo el
F
IR con un nivel de señal recibida superior a -75 dBm.
B)17 000 pies: nivel de vuelo promedio de las aeronaves que realizan
operaciones nacionales.
S
e garantiza el enlace digital en modo 2 con los
tran
s
ceptores situados en la Gran
P
iedra,
P
ico
S
an Juan, y
S
andino. El
nivel de intensidad señal recibido es superior a -75dBm a la entrada de
lo
s
receptores en la mayoría del área de cobertura.
C) 9 000 pies: nivel mínimo autorizado en la
F
IR Cuba para los sobrevuelos de
aeronave
s
monomotor y bimotor, con equipamiento para VDL2, que por su techo
de vuelo no puedan ascender a nivel de vuelo de 10 000 pies. Aquí el enlace VDL2
s
e garantiza por los transceptores de la Gran
P
iedra,
F
lorida,
P
ico
S
an Juan, Rayo
y
S
andino. A este nivel de vuelo se garantiza el área de responsabilidad en el
F
IR
Cuba. El nivel promedio de señal es superior a -75 dBm.
D) 4 000 pies: nivel promedio en que vuelan aeronaves nacionales para el
s
ervicio turístico, modelo AN-2. El enlace VDL2 se garantiza con la cobertura
brindada por las posiciones en tierra en la Gran
P
iedra,
F
lorida,
P
ico
S
an Juan,
Amaro, Rayo y
S
andino. A este nivel de vuelo, el nivel de señal recibida
fluctúa entre -75dBm y -63 dBm. Debe hacerse notar que a este nivel la
mayoría de los vuelos se realizan mediante orientación visual —Visual Fly
Rule
s
(VFR)—, con comunicación de voz con las torres de control de
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aeródromo en
s
u ruta. No obstante, la cantidad de aeronaves dotadas para el
vuelo por in
s
trumento
s
—Instrumental Fly Rules (I
F
R)— no opera
habitualmente a e
s
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s
niveles.
El valor de lo
s
parámetros empleados para el cálculo ha sido:
a)
S
en
s
ibilidad de lo
s
receptores (-95 dBm).
b) Ganancia de la
s
antenas empleadas (0 dBd).
c)
P
érdida
s
en la
s
línea
s
de transmisión y conectores en cada instalación.
d)
P
otencia de lo
s
tran
s
misores (50 W).
e) Nivele
s
de vuelo.
f) Caracterí
s
tica
s
del relieve.
El fabricante del receptor Harris VDR-2205 especifica una sensibilidad
de -95 dBm con
F
EC —Forward Error Correction— para una tasa de error
menor de 1 bit erróneo cada 10 000 bits. La ganancia de las antenas empleadas
s
e ha tomado como 0 dBd. La potencia de los transmisores se ha fijado en 50
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La implantación de la
s
ubred VDL2 contribuirá a cumplir con conceptos y exi-
gencia
s
de mejorar la capacidad, la integridad, la seguridad, el rendimiento y la
cobertura de lo
s
s
i
s
tema
s
de radiocomunicaciones aeronáuticas en Cuba.
S
e
mejoran con
s
iderablemente lo
s
requisitos de la gestión del tránsito aéreo con una
mayor
s
eguridad operacional, mayor capacidad del sistema, utilización óptima de
la capacidad del aeropuerto, menos retrasos de vuelos, reducción de los costos
de explotación de lo
s
vuelo
s
, reducción del consumo de combustible y las
emi
s
ione
s
, mayor eficiencia en la utilización del espacio aéreo y más flexibilidad.
A
s
imi
s
mo permite fijar con precisión una separación más reducida entre
aeronave
s
, hacer la planificación dinámica de los vuelos, brindar más facilidades
para dar cabida a lo
s
perfile
s
de vuelos óptimos y lograr disminuir la carga de
trabajo para el controlador, con lo que este aumenta su productividad.
