DESPLIEGUE DE REDES

INALÁMBRICAS ESTRATÉGICAS PARA

SERVICIOS CRÍTICOS EN ENTORNOS

URBANOS.

PROYECTO DE INGENIERÍA INVERSA

DEL MODELO DE NEGOCIO DE

TRANSPORTES URBANOS.

Autora: Mª Cristina Escobar Labella.

Consultora Senior independiente PSIM, BI e IT.

Jornadas Técnicas del Máster en COMUNICACIONES,

REDES Y GESTIÓN DE CONTENIDO. Octubre 2013

ÍNDICE

• El SAE (Servicio de Ayuda a la Explotación) como

un ITS (Sistema Inteligente de Transportes).

• Gestión de Proyecto: El Modelo de Negocio, el

Árbol de Estrategia, análisis SWOT, la

arquitectura de la solución y sistemas RF

utilizados.

• Tareas Fundamentales del Proyecto: integración,

cobertura RF, despliegue, localización de flotas y

pruebas de Calidad.

• Caso específico de cómo resolver un impacto

ambiental (físico y radiante) en un proyecto REAL

y CRÍTICO.

• Conclusiones.

Un ITS (Sistema Inteligente de Transporte) describe

un amplio rango de tecnologías basadas en la

informática y las telecomunicaciones orientadas a

resolver los problemas del transporte urbano o de la

movilidad.

Se pretende lograr ahorros efectivos de tiempos y

costes de viaje, disminución de incidencias y un

mejor equilibrio con el medio ambiente.

El SAE (Servicio de Ayuda a la Explotación de

Transportes Urbanos) puede enfocarse como un ITS.

El Modelo de Negocio del SAE como un ITS

Toma de Datos.

Algoritmos de Optimización SAE

Autobuses (Embarcado)

Centro de Control

(Centro Regulación de Tráfico)

El SAE, un Sistema Inteligente para el Transporte

(ITS)

Modelo de Datos

El Motor de Conocimiento

SIU

SIC

PIU

SOS

AVL

Billetes

Comuni

caciones

(V+D)

Otros...

El Modelo de Negocio, árbol de estrategia,

análisis SWOT y la arquitectura escogida.

• El análisis profundo del Modelo de Negocio

concreto es imprescindible para el éxito del

proyecto:

• La obsolescencia de la infraestreuctura

tecnológica es elevada.

• La OPERATIVA específica, en cambio, presenta

un ciclo de vida mucho más largo.

• Conviene realizar análisis de Árbol de Estrategia y

SWOT (DAFO) para tener claro lo que se va a

conseguir, lo que se mantendrá igual, lo que se

perderá y los cambios que todo ello conlleva.

Toma de Datos.

Algoritmos de Optimización SAE

Operativa de Voz Operativa de Datos

Sistemas de

Información Integración con el

Modelo de

Conocimiento

Integración con el

Modelo de Datos

Operativas de

Emergencia

Definición de Parámetros

de Servicio

Análisis de Alternativas

de los Modelos de Negocio

Modelo 1

Modelo 3

Modelo 2

Propuesta de RQ Técnicos

Árbol de Estrategias

de un SAE

Modelo 4

Benchmarking de los Modelos de Negocio

Ancho de Banda escaso para vídeo o

aplicaciones en tiempo real

El estándar TETRA no tiene resuelta la

interoperabilidad entre fabricantes

Inversión en la infraestructura de red

inalámbrica

Petición de frecuencias a la DGTEL y

pago por el uso de espectro

Alquiler/instalación de emplazamientos

Desarrollo de nuevas tecnologías

sustitutivas (ej. APCO, TETRAPOL)

Bloqueo de competidores en el acceso a

patentes

Desarrollo de servicios cuyo coste no

justifique la inversión en una red propia

Aparición de estándares de las operadoras

de GPRS/UMTS para ofrecer llamadas de

grupo (EPOC).

Desarrollo de productos de radio-

comunicación con tecnología en propiedad

Oferta tecnológica completa con

atributos de producto innovadores

Respuesta y Robustez ante situaciones

especiales (inhibidores de frecuencias)

Prioridad de llamadas dentro de la flota

Gestión de llamadas de emergencia y

sistema de escucha discreta o silenciosa

Confirmación del despegue de la

tecnología digital

Migración progresiva a TETRA de redes

privadas con tecnología analógica

Mayor preocupación por la seguridad y

la fiabilidad de las comunicaciones en el

segmento de Seguridad y Emergencias

Negocios laterales aprovechando la

capacidad tecnológica actual (ej. GPRS,

WI-FI, Bluetooth, UMTS)

Amenazas

Debilidades

Oportunidades

Fortalezas

Matriz de análisis DAFO (SWOT) del Modelo de Negocio

FEP-TETRA

Invocación TDP

DATOS:

• SDS

• DGNA

NMS

Operador 1

PTT

Gateway

de VOIP

AVL

(CNC)

Operador N

PTT

Invocación TDP

VOZ

(RTP/RTCP)

Front End

Embarcado

SMAP

TDP SDS y DGNA

TDP Voz sobre IP

AVL

Nivel de Comunicaciones Nivel Aplicativo SAE (Lado Embarcado)

Nivel Aplicativo SAE (Lado Centro de Control)

El Modelo de Arquitectura escogido

Sistemas de Telecomunicación aplicados a un SAE

Tecnología

Tipo de Red

/ Alcance

Standard

Frecuencia de

trabajo

Throughput

de red

Multiplexación

empleada

Wi-fi

WLAN (de 12 a

100 m)

802.11a, b, g

5,4 GHz(802.11a, g)

2,4 GHz(802.11b)

Desde 1 hasta

54 Mbps

(reales 20 Mbps)

OFDM (802.11a, g)

DSSS (802.11b)

WiMax

WMAN(de 1,5 a

10 Km)

802.16d, e

11 GHz(802.16d)

2-6GHz(802.16e)

Desde 30 hasta

75 Mbps

OFDM

GPRS

UMTS

LTE

WWAN

2,5G

3G

4G

800 -2100 MHz

De 300 Kbps

hasta 2,4 Mbps

Para GPRS: TDMA

sobre GSM

Para UMTS: W-

CDMA

Bluetooth

WPAN (hasta 10

m)

802.15.1

2,4 GHz

Hasta 720 Kbps

GFSK

TETRA

WWAN

ETS 300-392.x

380-470 MHz

28,8 Kbps/canal

TDMA

Tareas principales del proyecto

1. Integración ‘respetuosa’ entre el Modelo de

Negocio SAE y la Arquitectura tecnológica

(realización de Protocolos de Negocio específicos).

2. Cálculo de coberturas en base a las necesidades de

tráfico de datos y audio. Petición oficial de

frecuencias a la DGTel (sistemas críticos).

3. Despliegue e Instalación (incluye la instalación de

redes LAN fijas e inalámbricas de apoyo).

4. Georreferencia AVL y Concurso de Terminales.

5. Pruebas de Calidad (Metrica V3 basada en ISO

12207 para sistemas de IT) y cumplimiento RQ’s

imperativos (impacto ambiental).

Integración respetuosa: arquitectura de

DOS NIVELES y tres capas (Front End)

1. Se decide separar la ‘CAPA DE MODELO DE

NEGOCIO DEL SAE’ de la ‘CAPA DE

COMUNICACIONES’ comunicándola mediante un

Front End de Comunicaciones.

2. Se separa la velocidad de obsolescencia de los

Sistemas de Comunicaciones (elevada) respecto a la

obsolescencia del Modelo de Negocio del Transporte

(mucho más lenta)

3. Se crea una Interfaz, un Protocolo específico y

comunicaciones (XML, FECOM) preparado para el

presente y el futuro.

Nivel SAE

Aplicación

Nivel

Comunicación

RADIO

CRT Bus,Metro

Front-end

Terminal Móvil Radio

SMAP

NMS CNC-AVL

FEP-TETRA Consola operador

El Modelo de Arquitectura de dos niveles

Cálculo de Coberturas, petición de

frecuencias a la DGTel y despliegue

1. Cálculo hipotético de la Cobertura Radioeléctrica en

base a las necesidades de tráfico de datos y voz.

2. Petición de las frecuencias necesarias a la DGTel.

3. Despliegue e instalación de los Sistemas radiantes

(reutilización emplazamientos y antenas, permisos

urbanos)

4. Despliegue de redes LAN fijas de apoyo en paralelo.

5. Cálculo de la cobertura real y reingeniería con

extensores de cobertura.

AVL. Concurso de terminales

1. Se requiere localizar toda la flota de autobuses de la

ciudad de Barcelona en 20 segundos. N2A, NMEA

2. Para cumplir los RQ’s técnicos y de operativa se

elabora un concurso de Terminales para los

proveedores que deseen participar

CRT

TETRA Àudio,

I/O

Cotxera

CT-Bus

WLA

N

Ethernet

CPU_PPAL

WIFI

SIC

RADIO

CPU_SAE

SAE Odòmetre, portes

TFT

táctil

conduct

or Circuits Alimentació

I/O - A/D

Bus CAN CPU_SGE

SGE \

CAN

Ext

.

Visors interiors

Micròfon

Controladora plafons ext.

CPU_SIU

SIU

Baliza IR Carga de parámetros

SPV

Descarga de

validaciones

Antena GPS

activa

(dual GPRS)

Gestión

energética

Señales de bus

Alarmas

mecánicas

Localización SAE

Gestión de grafo/servicios

SAE

Gestión de comunicaciones

(TETRA, WiFi)

Gestión de interacción con

conductor (SIC)

•Carga de contenidos para cualquier

elemento embarcado

- Descarga de logs y registros de actividad

de cualquier elemento embarcado

•Comunicaciones digitales:

datos de cualquier SIE y voz

Anunciación

multimodal

Pruebas de Calidad exhaustivas

1. Tras llevar una rigurosa Gestión de Proyecto en base a

métricas de calidad para Sistemas de IT en entornos

oficiales se deben realizar las PRUEBAS.

2. Pruebas

1. de subsistema

2. de Sistema

3. Integración e Interfaces

4. de stress

5. Pruebas de upgrades del subsistema pertinente

(objeto del upgrade), pruebas de Sistema,

integración y stress ante upgrades concretos.

Las redes y Sistemas de Telecomunicaciones

implicados impactan sobre el Medio físico de dos

formas evidentes:

1. Impacto ambiental de los niveles de potencia

emitidos por los Sistemas Radiantes.

2. Impacto ambiental físico que surge de la

necesidad de colocar los Sistemas Radiantes a la

altura adecuada para asegurar la cobertura del

servicio requerido.

¿Cómo afrontar el impacto sobre el

Medio Ambiente?

El impacto sobre el Medio Ambiente.

El parámetro SAR (Specific Energy Absorption Rate)

• El parámetro SAR es el índice de absorción específica de energía.

Se define como potencia absorbida por unidad de masa de

tejido corporal. Se expresa en vatios por kilogramo (W/kg). El

SAR de cuerpo entero es una medida ampliamente aceptada para

relacionar los efectos térmicos adversos con la exposición a las

emisiones radioeléctricas.

• Teniendo presente que SAR(i) es causado por la frecuencia

analizada, SAR(l) es la restricción del Real Decreto, S(i) y S(l) son

las densidades de potencia respectivas, se debe cumplir que:

En nuestro ejemplo del SAE de TMB (Transports Metropolitans de

Barcelona) y cumpliendo todas las legislaciones aplicables se tienen

los siguientes valores:

1. La Potencia radiada por una Estación Base TETRA es de 32 W

(Vatio) por portadora (frecuencia). Esto es, incluyendo la Ganancia

de Antena.

2. La potencia máxima de un Terminal Móvil TETRA es de 3

hasta 10 W dependiendo del modelo.

3. La potencia máxima de un Terminal Portátil TETRA es 1 W.

El impacto sobre el Medio Ambiente.

Potencias Máximas Radiadas

El impacto sobre el Medio Ambiente.

Los Diagramas de Radiación

Para establecer la QoS (Calidad de Servicio) se realizan los estudios

de cobertura donde se reflejan las necesidades del servicio a prestar.

De aquí surgen los Diagramas de Radiación teóricos.

Se consigue disminuir las radiaciones emitidas si se ajusta lo

mejor posible el diagrama de radiación teórico con el diagrama de

radiación real de las antenas comerciales que se van a instalar.

Conviene incidir, por ejemplo, en que si no se precisa radiación trasera

no se deberían escoger Diagramas de Radiación omnidireccionales.

Ejemplo de cálculo de Cobertura: Carmel

Cobertura general

El impacto sobre el Medio Ambiente.

Las Torres de Comunicaciones

Se consigue disminuir el número de emplazamientos (Torres de

Comunicaciones) mediante sistemas conocidos:

1. Realizar una distribución Celular para una misma área de

cobertura (realización de picocélulas).

2. Duplicar las SBS (Site Base Station) para una misma área de

cobertura.

3. Empleo de sectorización por emplazamiento.

4. Reutilizando emplazamientos ya existentes

v

Antenas telefónica

Dipolos

TMB

Antenas telefónica TETRASTAR

Azimut 105º

Azimut 225º

Azimut 350º

2º Aro

4º Aro

6º Aro

Distancia entre

aros de 1m

La torre de comunicaciones del

emplazamiento de Carmel

Otros Factores que reducen el impacto ambiental

Algoritmos de compresión de información

Protocolos eficientes extremo a extremo para el Modelo de

Negocio en cuestión. En este caso el SAE de TMB.

Separación del Nivel Aplicativo SAE y el Nivel de

Comunicaciones para el SAE ya que la velocidad de evolución de

estos dos ámbitos es muy distinta. De este modo un cambio rápido

en el entorno de las telecomunicaciones no implica desechar

completamente todo un Modelo de Negocio como el de un SAE.

Estandarización de interfaces tanto a nivel físico como a nivel

lógico (ahorra conversiones y retardos entre etapas).

Prioridad semafórica.

Innovación de futuro ideal: ¿se hará realidad?

1. El escenario ideal para los sistemas de radiocomunicaciones sería la

compartición de todas las infraestructuras estándares de

radiocomunicaciones.

2. Cuando se seleccionase un servicio inalámbrico, éste sería

atendido, en función del ancho de banda requerido y de la

cobertura del sistema inalámbrico más próximo, conmutando de

uno a otro sistema (de modo transparente al usuario) a modo de

‘roaming’ cuando el nivel de potencia del servicio bajase a cierto

umbral.

3. Se requeriría de la estandarización de lo siguiente:

• ‘Hardware de adaptación’ a nivel de SBS y firmware

asociado.

• Software para programar el ‘protocolo de adaptación’.

• Nuevo protocolo OSI de adaptación por encima del Nivel 3

de Red y por debajo del Nivel 7 de Aplicación.

La Movilidad Física

Urbana

Necesidad de

Movilidad en

Telecomunicaciones

Nos lleva a

Nos lleva a una

mejora en SAE

Algoritmos de

Optimización del

SAE

Conclusiones ‘ideales’

PERO no se debe olvidar que...

La eficiencia y optimización de los Sistemas de Telecomunicaciones

inalámbricos (al mejorar los tiempos de información en tiempo real

de la flota de autobuses) llevan a una mejora en los algoritmos

internos del SAE lo que implica una mejora en la Movilidad Física

del Transporte Urbano. Es decir: el sistema se realimenta.

PERO esto sería una situación ‘ideal’ si no existieran otros

parámetros como el aumento de uso de vehículos privados en el

entorno urbano. Esto hace que haya más congestión de tráfico y que

la ‘Velocidad Comercial’ de los autobuses disminuya.

Es preciso coordinar políticas locales y estatales para controlar

algunos parámetros (como el aumento de tráfico por transporte

privado) ya que éstos nada tienen que ver con los Sistemas de

Telecomunicaciones y hacen que el impacto ambiental en el entorno

urbano no mejore.

REFERENCIAS

• NCRP (National Council Radiation Protection & Measure.)

• Commentary No. 18 Biological effects of Modulated

Radiofrequency fields (2003). Om P. Gandhi

• Report No. 119 A practical guide to the determination of

human exposure to radiofrequency fields. Richard A. Tell

• Reports No. 067 y No. 086

• Dept. of Electr. Eng. Utah Univ., Salt Lake Univ.

Electromagnetic absorption in the human head and neck for mobile

telephones at 835 and 1900 MHz. Gandhi O. P., Lazzi Furse C.M.

• IRPA (International Radiation Protection Association)

• INIRC (Non Ionizing Radiation Protection Commission)

• WHO (World Health Organization, OMS)

FIN DE LA PRESENTACIÓN.

GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN.

SE AGRADECERÁN COMENTARIOS,

PREGUNTAS Y SUGERENCIAS

Autora: Mª Cristina Escobar Labella.

Ingeniero Superior en Telecomunicaciones

Jornadas Técnicas del Máster en COMUNICACIONES,

REDES Y GESTIÓN DE CONTENIDO.