[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

PROYECTO FINAL

ANTENAS Y PROPAGACIÓN

YOLY VIVIANA HENAO ULLOA ESTUDIANTE

1036610224

CÓDIGO

208019_11 CURSO

CAMILO ACUÑA TUTOR

PROGRAMA DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA

UNAD

2014

[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

INTRODUCCIÓN

La idea del siguiente trabajo es definir un enlace de comunicación para el proyecto definiendo los caminos para transmitir información entre satélites de comunicación y dos puntos de la Tierra

Se definen dos tipos de enlace de telecomunicación:

Uplink (enlace o conexión de subida) es el término utilizado en un enlace de comunicación para la transmisión de señales de radio (RF) desde una estación o terminal ubicado en la Tierra a una plataforma en suspensión o movimiento ubicada en el espacio, como por ejemplo un satélite, una sonda espacial o una nave espacial. Un uplink es el inverso de un downlink.

Downlink (enlace o conexión de bajada) es el término utilizado para representar el enlace entre un satélite y la Tierra.

La comunicación entre una sonda espacial y la recepción en tierra es puramente digital; es decir, sólo se transmiten símbolos binarios ("1" y "0"). El tipo de modulación utilizada es la modulación en fase. Todas las comunicaciones que se realicen entre la sonda espacial y la estación de seguimiento ubicada en la Tierra se pueden dividir en dos grupos, el uplink y el downlink.

El uplink es utilizado en la estación ubicada en la Tierra para enviar órdenes al ordenador central de la sonda (telecomando). El downlink puede ser utilizado para el envío de datos (telemetría). Estos datos enviados por downlink son los obtenidos por los equipos científicos de la sonda (por ejemplo, los recogidos con cámaras de vídeo), o los datos sobre el estado de la misma obtenidos a partir de sensores estratégicamente ubicados, o incluso para el seguimiento de la propia sonda (tracking). Además, el downlink es utilizado para realizar estudios de radioastronomía.

Las comunicaciones donde sólo existe downlink son conocidas como simplex. Por otro lado, si

existe comunicación uplink y downlink funcionando al mismo tiempo se denominan dúplex. Enlaces de comunicación, Wikipedia, URL http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_de_telecomunicaci%C3%B3n

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una multinacional con Sede principal en Londres está realizando una exploración minera, esta zona de exploración se encuentra ubicada en una Zona Selvática del Guaviare en Colombia, retirada 50 Km de cualquier Red de comunicación. En esta zona de exploración se lleva permanentemente diferentes tipos de materiales y equipos. Los procesos desarrollados en esta área de trabajo son automatizados 100%, y se monitorean diferentes tipos de variables. La junta Directiva de esta compañía necesita hacer un seguimiento permanente y en tiempo real de los siguientes aspectos:

Llevar todo el inventario de equipos y materiales que ingresan y salen de la zona de

exploración, en tiempo real desde la sede principal en Londres (Control con Tecnología RFID)

Hacer monitoreo permanente de las diferentes variables que se controlan en la zona, por parte de los Ingenieros ubicados en la Sede Principal en Londres.

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JUSTIFICACIÓN

En todas las empresas se tiene la necesidad de llevar un control de acceso tanto de los empleados como los activos fijos que salen y entran de la compañía, proporcionando también restricciones para acceder a áreas, por este motivo implementan acciones como portar un carne pero este método si bien puede realizar un conteo de los accesos de una persona, resulta difícil que monitoree la cantidad de activos que se transportan entre las instalaciones de dicha empresa o incluso fuera de ella.

Así como las empresas el sector de la minoría ha visto la necesidad de implementar este tipo de tecnología debido a que no se lleva un control del personal que ingresa y de los materiales que salen o entra ya que simplemente se lleva un inventario que cada vez que requiere una actualización de datos solo genera dificultades, por esta razón y hasta por seguridad del personal que labora en la mina y en su entorno es necesario implementar un sistema automatizado de acceso que aumente el control interno.

El sistema planteado como solución está basado en RFID, ya que permite obtener fácil y rápidamente la ubicación de los objetos y personas identificadas con una etiqueta, con rangos de lectura promedio de 6,5metros, pero que en ciertos espacios y bajo algunas circunstancias podrían alcanzar el máximo rango dado de por el fabricante, que es de 10 metros de distancia.

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MARCO TEORICO

La identificación por radio frecuencia es utilizada para la captura automática de datos e identifica electrónicamente productos, componentes, animales incluso personas mediante el uso de dispositivos llamados etiquetas, esta tecnología actualmente es tan conocida que se puede escuchar su uso en un hospital en California, una cantera noruega y en nuestro país en los campos de café y en zonas mineras. El propósito fundamental de la tecnología RFID es transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio. Emplea un proceso conocido como backscatter1, donde una señal no modulada se transmite en dirección al tag2 por medio del sistema lector; el tag la modula y la refleja nuevamente al lector, luego este decodifica la información contenida en dicho tag enviándola por un puerto serie al controlador de vía para su respectiva evaluación. RFID proporciona una individualización a través de un único número, ya que contiene un chip que permite almacenar en su interior información de identificación que le confiere a cada uno de los elementos etiquetados por este motivo el carácter de elemento es único. Aunque el alto coste dificultó hace algunos años la utilización de esta tecnología por parte de las empresas y los particulares, se ha conseguido miniaturizar y automatizar tanto los procesos de fabricación que hoy en día se trata de una tecnología al alcance prácticamente de cualquier organización y de todo aquel que quiera usarla.

Para esta multinacional es de gran importancia implementar en la exploración minera ubicada en la Zona Selvática del Guaviare en Colombia, la tecnología RFID ya que se requieren fuertes medidas de ubicación en tiempo real, el adventamiento de sistemas basados en Wifi y componentes activos de RFID permiten implementar grandes beneficios como seguridad, administración integral, administración logística de distribución y almacenamiento, prevención de colisiones en tráfico, aéreas de restricción, control de refugios, entre otros

1 backscatter: en RFID, reflexión

2 tag:esta compuesto por un chip y una antena, Necesitan ser lo suficientemente grandes como para captar la

señal emitida por el lector. Tiene la capacidad de almacenar tanto la información de identificación como

información adicional (fotos, descripciones, fechas de vencimiento, etc.)

[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

ESTADO DEL ARTE

Entre los proyectos más nombrados por ser el ganador del premio "Mejor uso de RFID en un

Producto o Servicio" se encuentra Almacafé, una subsidiaria de la Federación Nacional de

Cafeteros de Colombia, este proyecto utilizo la tecnología RFID al implementar el sistema

para el rastreo de granos de café Premium desde los sembradíos, utilizando una

herramienta de trazabilidad Beantrack que revela detalles sobre el origen, producción y

almacenamiento de los más costosos cafés Premium. Sacos de granos de café son

etiquetados con dispositivos RFID en las propias granjas y atraviesan toda la cadena de

distribución hasta las bodegas, trilladoras, puertos y clientes. El sistema permite el rastreo de

cada saco de granos de café desde la fuente hasta su destino final.

El Centro familiar de Cáncer Roy y Patricia Disney del Centro Médico Providence Saint

Joseph en Burbank, California también es un ejemplo de los proyectos más galardonados por

hacer uso de la tecnología RFID, este proyecto ganó el premio al "Uso más Innovador del

RFID" por una aplicación que utiliza etiquetas de radio frecuencia pasiva de bajo perfil en las

placas de identificación de los pacientes con el fin de saber su localización, entre otras cosas.

El sistema es parte del edificio de 4 plantas y 5.100 Metros cuadrados, abierto en febrero de

2010. Este sistema utiliza lectores Astra de la compañía ThingMagic para obtener los datos

RFID y enviarlos a un procesador receptor de Reva. El procesador "ve" cuando un paciente

ha entrado a una nueva habitación y automáticamente ajusta las condiciones de su ambiente

como la temperatura, iluminación y música de acuerdo a las preferencias del paciente. Puede

además cambiar diferentes obras de arte que son proyectadas en las paredes. El personal

de enfermería puede ser notificado con la ubicación de los pacientes en las propias pantallas

de sus celulares vía WiFi y las ubicaciones son también transmitidas al personal de

seguridad.

[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

Proponer y Justificar el enlace de comunicación que debe haber entre la mina y el punto donde se encuentran las redes de Telecomunicaciones.

Se propone utilizar para el enlace de comunicación entre la mina y el punto de redes de

telecomunicación la tecnología DAS (Direct Attached Storage) Este es un concepto basado

directamente en la tecnología CATV, la misma que ocupa la televisión de paga, esta se basa en la

premisa de usar el cable coaxial con blindaje convencional, para transmitir ocupan algo que el

fabricante llama tecnología DAS (Sistemas de Antenas distribuidas), esto es montar antenas

especialmente diseñadas con una distribución conveniente donde se requiera la cobertura radial en el

túnel, desde 150m hasta 2 Km con línea de vista dependiendo la antena (esto es que si en un cruce

se pone una antena radia 150m en cada dirección), posee marcadas diferencia en el concepto, ya que

este sistema soporta hasta 32 canales de radio a una frecuencia de 800 Mhz que según afirma el

fabricante es la mejor para la propagación radial bajo tierra. El blindaje del cable permite

transmisiones de 180 a 200 Mbps de Downstrean y 100 a 180 Mbps de Upstream dependiendo el

equipo que se utilice, al igual que las otras tecnologías utiliza amplificadores cada cierta distancia, (de

300m a 500m dependido la forma de la mina), por la velocidad ofrecida se pude utilizar también todo

tipo de dispositivos basados en ethernet, como una sala de computo en la mina, wifi, TAG para

localización de personal y equipo, controladores. Y este es el único fabricante que ofrece el control

remoto y automatización dentro de su portafolio. También la ventaja que el cable coaxial por ser el

convencional es barato y fácil de mantener en funcionamiento como el anterior. Pero el punto débil de

esta tecnología es el diseño de la red de antenas, requerirá un buen estudio del posicionamiento de

las mismas para tener el mejor desempeño.

Esta tecnología permite conectar el dispositivo de almacenamiento directamente al servidor o estación de trabajo. En la tecnología DAS, el acceso a los datos se realiza a nivel de bloque y se puede utilizar conexión SAS, ISCSI o FC para proporcionar almacenamiento local. En función de la conexión utilizada y los niveles de RAID configurados, se obtendrá más o menos rendimiento.

La tecnología DAS proporciona más espacio de almacenamiento a un usuario/servidor, con un dispositivo externo conectado directamente al equipo. Un dispositivo de almacenamiento externo DAS,

[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

contiene varios discos duros, que se conectan directamente a un servidor, generalmente a través de una HBA (Host Bus Adapter) y a través de los protocolos SCSI o SAS. Esta tecnología no permite compartir datos con otros servidores que no estén conectados al dispositivo, por lo tanto es el sistema utilizado en caso de grandes volúmenes de información en un solo equipo (PC o servidor).

2. Una vez ha realizado la propuesta y justificación del enlace, haga una caracterización donde describa, el tipo de Antena a utilizar, la PIRE, las bandas de frecuencia y las posibles pérdidas del enlace

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Antenas utilizadas en la Mina y cableado

Componentes RF pasivos inalámbricos internos

Cable coaxial inalámbrico para interiores

Bandas de frecuencia

Ultra Baja Frecuencia (Siglas en inglés Ultra Low Frequency (ULF) comprende el rango de

frecuencias entre 300 y 3000 hercios (3 Kilohercios). Esta banda es utilizada para comunicaciones en

minas por su capacidad de penetrar fácilmente la superficie terrestre.

De las tres bandas, la que presenta menor atenuación por la lluvia, es la banda C, ya que está situada

en las frecuencias más bajas de las tres. Las dos bandas restantes presentan mayor atenuación por

estos factores, sobre todo la banda Ka, puesto que el tamaño de las gotas de agua es similar a la

longitud de onda a estas frecuencias. Por ello, la banda C es la más adecuada para comunicaciones de

datos que requieran fiabilidad en zonas tropicales. Sin embargo, las Frecuencias utilizadas en esta

banda son muy cercanas a las usadas en algunos sistemas de microondas terrestres, lo que puede

causar interferencias cuando equipos de este tipo se encuentren en las proximidades de la estación.

ANTENA VSAT (Very Small Aperture Terminals)

Las redes VSAT son redes privadas de comunicación de datos via satélite que permiten el intercambio

de información, la mayoría de los satélites se localizan en órbitas a 36000 Km. Aproximadamente

Las redes satelitales VSAT usualmente trabajan en las bandas C Y KU, siendo la banda C de

tecnología más antigua que la banda KU pero con plena vigencia de operación en la actualidad.

La banda KU permite trabajar redes VSAT con diámetros de antenas y amplificadores mucho más

pequeñas, típicamente 1.2 m o menores a diferencia de los diámetros de las VSAT en banda C,

típicamente 1.8 y 2.4 m.

Las VSAT son diseñadas básicamente por usuarios que requieren comunicarse con puntos geográficos

dispersos en un gran territorio mediante microestaciones terrenas ubicadas en sus necesidades.

Componentes de la estación VSAT

Unidad exterior: es la interfaz entre el satélite y VSAT, está conformado por una antena y un RTF

(transrecibidor de frecuiencia de Radio)

Feed Horn: está ubicado en el marco de la antena en su punto focal por brazos de apoyo, se encarga

de dirigir la transmisión de la potencia recibida en él.

El RFT está interconectado al feed horn como se muestra en la siguiente figura:

LNB: Low Noise Block Downconverter(Amplificador conversor descendente)

Alimentador: Dispositivo el cual envía /recibe la señal del Plato parabólico.

Antena (Plato) Parabólica: Es donde la señal se concentra hacia el satélite vía el alimentador o

viceversa.

Amplificador: Dispositivo a través del cual amplifica la señal únicamente para transmisión.

Pérdidas presentes en los enlaces de una vsat

Atmosféricas: Debidas a la absorción de ondas radioeléctricas por parte de los gases atmosféricos

como oxígeno y vapor de agua. (Se puede ignorar esta pérdida para frecuencias inferiores a los 10

GHz).

Por Lluvia: Este tipo de pérdidas afectan drásticamente los enlaces satelitales. Las ondas

radioeléctricas son dispersadas o absorbidas. (El efecto es mayor cuanto mayor sea la frecuencia).

Por Desalineación de las Antenas: Es inevitable el pequeño desalineamiento de las antenas.

Cuanto mayor sea el diámetro de la antena, mayor puede ser este efecto. (Se recomienda que para

antenas de más de 7 mts se tengan dispositivos de seguimiento).

PIRE

La PIRE se define como la cantidad de potencia que tendría que ser emitida por una antena

isotrópica, para producir la máxima densidad de potencia en la dirección de máxima ganancia.

La PIRE se usa para estimar el área de servicio de un transmisor y para evitar que se solapen áreas

de cobertura de varios transmisores, que estén trabajando a la0020misma frecuencia.

3. Construir el diagrama completo de los patrones de radiación de las antenas que se deben utilizar en el enlace propuesto y el esquema general del Sistema.

En Colombia, tenemos una ubicación geográfica estratégica privilegiada, ventajosa y dominante con respecto a otros países, es de gran utilidad y economía aprovechar los satélites de telecomunicaciones ubicados en la zona espacial Geoestacionaria lo cual nos facilita prestar los servicios de comunicaciones a los sitios más remotos, marginados y de difícil acceso de nuestro territorio Colombiano, donde ningún otro tipo de comunicaciones pueden llegar.

La red VSAT estará con formada por 2 estaciones maestras ó HUBs proporcionales y equidistantes de nuestra geografía. El HUB en Medellín manejará.

DISEÑO DE LA VSAT

Se escoge el satélite “Geoestacionario” IS-805 de la empresa INTELSAT, debido a que se trata de una compañía muy reconocida a nivel mundial, este satélite brinda gran robustez, lo que lo hace completamente útil para nuestros requerimientos. Además por tratarse de un satélite relativamente nuevo, es de esperarse que la vida útil del mismo sea considerable.

Latitud / Longitud: Por tratarse de un satélite geoestacionario, la latitud lógicamente corresponderá 0º N, mientras que el valor de su longitud es de 304.5º E.

Footprint: De los 3 footprints que nos ofrece el satélite INTELSAT 805, vemos que la única huella que realmente nos cubre todo el territorio colombiano es la tercera ya que esta, si alcanza a incluir Leticia. Por su parte la segunda huella no lo permitía. El footprint seleccionado tiene la particularidad que es el que presenta el menor valor de PIRE 48.7 dBW

Polarización: El tipo de polarización que trabaja el satelite INTELSAT IS-805 es la LINEAL por ende, podemos trabajar o bien sea con la Polarización Horizontal ó con la Polarización Vertical.

Se selecciono la banda de frecuencia fue la Ku (11 a 14) Ghz, ya que la banda C se encuentra en la

actualidad muy saturada. Además la banda Ku no presenta casi interferencias terrestres, por tal razón

si se llegasen a presentar problemas de atenuación en la señal, las correcciones pertinentes se

llevarían a cabo acá en la tierra y no allá sobre el satélite. De igual manera se tiene en cuenta la

siguiente información de la tabla:

BANDA C BANDA KU

Ventajas Desventajas Ventajas Desventajas

Tecnología bien

establecida

Interferencia Terrestre No hay interferencia

terrestre

Atenuación por lluvias

Baja atenuación

por lluvias, Bajo

costo del

segmento

espacial

Grandes antenas Satélites más potentes.

Antenas más pequeñas

Alto costo del segmento

espacial

Diseño de la Red

Topología: se opta por la cola configuración tipo ESTRELLA, están compuestas por un número determinado de estaciones VSAT y un hub, cada VSAT puede transmitir y recibir X canales correspondientes a las conexiones de los terminales unidos al VSAT. El hub por su lado debe poder transmitir y recibir ese número de X canales atendidos a todos los VSATS.

Se utilizan el enlace desde terminales hasta el HUB (Inbound) podemos utilizar el acceso al medio TDMA debido a que todos los terminales comparten el enlace de subida.

Topologia, Estrella Acceso satelital Inbound

El Hub es el encargado de mantener un control efectivo y manejar todo el tráfico de la red. Dicho tráfico será cursado en un porcentaje 70 y 30 respectivamente. Este Hub está ubicado en Casanare.

HUB Se divide en dos partes fundamentales la unidad o terminal de radiofrecuencia y la unidad interior.

La unidad de radiofrecuencia, se encarga de la transmisión y recepción de señales hacia o a través del satélite.

La Unidad interior, estará conectado al ordenador central, consta de diversas funciones como procesador de acceso al satélite o

interferencia banda-base, pero la parte más importante de esta unidad es el NMS (Network

Management System), el cual es un ordenador que realiza las funciones más importantes dentro de una red como son:

Configurar la red (Estrella) Monitorizar el trafico entre terminales Control y alarma Funciones relativas al control de terminales como, habilitación de nuevos terminales.

Método de Acceso al Medio

En las redes VSAT se suelen usar técnicas punto multipunto, en la que se puede establecer comunicación entre varios elementos para las configuraciones unidireccionales, este estudio no tiene mucha relevancia ya que el Hub transmite y la VSAT escucha (técnicas broadcast que no necesita técnicas de acceso). Debido a esto se centro el estudio en técnicas de acceso en sistemas bidireccionales que aplican para la topología estrella.

Como utilizaremos una Hub-estaciones VSAT, la estación central transmite por una o varias portadoras a las estaciones remotas asociadas mediante TDM (Multiplexación por División en el tiempo) el numero de portadoras de la estación central suele ser pequeño y su velocidad de transmisión es proporcionalmente mayor. Velocidades de 64 Kbit/seg a 2048 Kbit/seg son normales, por tanto los requisitos de transmisión que se le exige a la estación central son mayores

Análisis de Radioenlace

El radioenlace debe disponer de un VER (bit error rate) adecuado para que la señal pueda ser utilizada por todos los dispositivos implicados en el sistema VSAT. Para esto el estudio se centra en disminuir el VER a valores mínimos con un coste aceptable. A nivel físico la eliminación total de errores es imposible, por lo que tiene que ser a nivel de enlace el encargado de transmitir libre de errores, mediante protocolos especialmente diseñados para tal fin.

Portadoras en el sistema VSAT

El diagrama de bloques de la estación sería el siguiente:

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Nodo central Nodo Proveedor Nodo remoto de la red

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Diseño de la Red

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Patrón de radiación

En cuanto al patrón de radiación debe tener lóbulos laterales con niveles bajos, de modo que sea minimizada, cualquier posible interferencia con otros sistemas de microondas, sean terrestres o satelitales. Así que dichos patrones deben cumplir con ciertos requerimientos mínimos establecidos por la agencia reguladora.

Patrón de radiación que muestra l

Sistema de identificación de radio frecuencia de RFID

Un sistema de RFID (Radio Frequency IDentification) es la tecnología inalámbrica que nos permite, básicamente, la comunicación entre un lector y una etiqueta. Estos sistemas permiten almacenar información en sus etiquetas mediante comunicaciones de radiofrecuencia. Esta información puede ir desde un Bit hasta KBytes, dependiendo principalmente del sistema de almacenamiento que posea el transponder.

Un tag, transponder o etiqueta electrónica contiene un microchip y una antena, que puede adherirse a cualquier producto. Incluso se están desarrollando tags que son de un tamaño tan pequeño que pasarían inadvertidas en algunos objetos. El microchip almacena un número de identificación -una especie de matrícula única de dicho producto-. Hay varios tipos de esquemas propuestos para estos números, como por ejemplo el Electronic Product Code (EPC), diseñado por Auto-ID Center. Podemos decir, que cada objeto tendrá un código único que lo diferenciará e identificará no sólo de otros tipos de productos, sino de productos iguales.

Como se visualiza en la siguiente figura el funcionamiento del sistema es sencillo el lector envía una serie de ondas de radiofrecuencia al tag, que son captadas por la microantena de éste. Dichas ondas activan el microchip, el cual, a través de la microantena y mediante ondas de radiofrecuencia, transmite al lector la información que tengan en su memoria. Finalmente, el lector recibe la información que tiene el tag y lo envía a una base de datos en la que previamente se han registrado las características del producto o puede procesarlo según convenga a cada aplicación.

La comunicación entre el lector y la etiqueta se realiza mediante señales de radiofrecuencia a una

determinada frecuencia que generan las antenas de lector y etiqueta, estas frecuencias pueden ser

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

iguales o pueden ser armónicos. La comunicación entre ellas tiene unas determinadas características de alcance, velocidad y seguridad según el rango de frecuencia, el tipo de antenas utilizadas, el tipo de etiquetas y demás parámetros que se pueden configurar para una aplicación u otra.

Elementos de un sistema RFID

Un sistema RFID se compone básicamente de dos elementos: un lector (reader) y una etiqueta (transponder).

Transponder

La palabra transponder deriva de TRANSmitter/resPONDER, lo cual explica su funcionamiento. En la

siguiente figura se observa el esquema de un transponder de RFID

• Una memoria no volátil donde se almacenan datos.

• Una memoria ROM donde se almacenan instrucciones básicas para el funcionamiento, como son

temporizadores, controladores de flujo de datos, etc.

• También puede incorporar memoria RAM para almacenar datos durante la comunicación con el lector.

• La antena por la cual detecta el campo creado por el interrogador, y del que extrae energía para su comunicación con él.

• Restos de componentes electrónicos que procesan la señal de la antena y para el proceso de datos, como buffers, filtros, etc.

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Alimentación

Los transponders necesitan poca alimentación, del orden de los mW. Podemos diferenciar dos tipos de etiquetas dependiendo de la energía que utilizan para la comunicación: Etiquetas activas y Etiquetas Pasivas.

Para nuestro diseño se van a utilizar las Etiquetas Pasivas, estas no necesitan baterías adicionales, ya que únicamente se alimentan de la energía del campo generado por el lector. Para las etiquetas pasivas, la energía que necesitan para transmitir la información que contienen, proviene en su totalidad de la señal generada por el lector. Estas etiquetas aprovechan la energía subministrada por un lector para generar su propia señal que recibe nuevamente el lector.

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Componentes utilizados en el sistema que se va a implementar

Los lectores realizan lecturas de manera continua, saturando la red con datos duplicados.

•El middleware controla estas lecturas y su envío con cierto criterio al sistema de la empresa.

•Se encarga de administrar las colisiones de datos que recibe.

•Se optimizan los sistemas de visualización de la trazabilidad de personas y objetos.

•Debe sincronizarse con la velocidad de respuesta necesaria para determinados eventos asociados a tipos de tags. •La sobrecarga de lecturas ocasiona latencia en el sistema

Antena

VSAT permite a contar con servicios e Internet de Banda Ancha de tipo fijo con velocidades que

parten desde los 256 kbps hasta los 1024Kps y permiten ser usados por múltiples usuarios. Con una

antena de pequeño tamaño se puede contar con un servicio con tarifa plana y la posibilidad de

incorporar un teléfono VOIP de línea. Se utiliza en Campamentos mineros, yacimientos y fabricas

junto al sector administrativo de varias Minas han hecho de este sistema la elección por excelencia de

Internet de Banda Ancha.

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Operación del sistema en la mina

Flujo de trabajo vs Componentes del sistema

Etiquetas Lectores Software local e

infraestructura

Integración de las aplicaciones de la empresa

RFID identifica los ítems individuales

Lectores de Portal Fijo

Middleware tratamiento de los datos

Datos disponibles para amplias aplicaciones de la empresa

RFID identifica agregaciones como cajas e instrumentos.

RFID identifica camiones con carga

Lectores de mano Lectores de estantes

Local Server Servidores de integración

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

DISEÑO

Se propone la siguiente solución para el diseño la ubicación de 1 antena ubicadas en la entrada de la mina, además de usar una antena externa para versatilidad adicional, ya que al conectar el lector al cable se crea una área de cobertura mucho mayor, esto nos permitirá una mayor precisión, el control de accesos y de activos fijos, teniendo una aproximación más real de la ubicación del material, también tendría más certeza si el componente etiquetado está entrando o saliendo de alguna zona.

Ubicación de los lectores

Los lectores estarán ubicados en el techo, cada lector tendrá una, dos o tres antenas según su ubicación por ejemplo para los lectores cercanos a la entrada se sugiere que el lector tenga dos antenas en la zona de desplazamiento de los mineros y en la entrada y/o salida para que se identifique fácilmente las personas con materiales o equipos que entra y sale a través de esta vía, para este caso se debe tener presente también la salida de emergencia con un solo lector y una sola antena teniendo en cuenta que es de poco uso ubicada en la parte baja de la mina de tal manera que active una alarma sólo si alguna etiqueta es leída por la antena que se ubique en esta zona

Colocación de RFID en el estacionamiento de la mina

Para esta parte se propone que el empleado ingrese directamente con un carnet al estacionamiento, el cual tendrá permiso (bajo la programación del tag) y la utilización de etiquetas para carros debido al material y equipos que deben transportar

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Para la implementación de la red se utilizaran routers de la serie 2800 de cisco y 2851 cada uno de ellos posee una interfaz V-35 (Con la cual se conecta al DTU de CANTVy recibe un Frame Relay a una velocidad de 2Mbps) dos Fast Ethernet y otras interfaces no relevantes para el estudio. La diferencia más significativa entre estos routers es la cantidad de puertos de salida los cuales son de 24 el primer modelo y de 48 para el segundo, también se utilizaran switches de capa 3 del modelo OSI y algunos trabajaran en capa 2, por lo que también soportan servicios integrados. Estos equipos solo se dedican al envio de voz y de datos, lo que garantiza que la red a anexar pueda ser enviada sin complicaciones

Conocidos los elementos básicos del diseño de la red RFID procedemos a unificar el diseño de la red.

Un servidor central que será el que guardara toda la información correspondiente al sistema

RFID junto con una base de datos, y el que generara las alarmas si deben ser disparadas. Sera el computador del administrador del sistema, quien tendrá la potestad de realizarle cambios y asignar funcionalidades a las etiquetas; por ejemplo si un activo fijo puede cambiar de ubicación o salir de la mina, también restringe que personas pueden ingresar a la mina.

Se requiere un switch que soporte al menos 15 puertos que administre los lectores y envié la

información al servidor.

Dos terminales estratégicamente ubicados: el primero para ser utilizado en la entrada de la

mina de tal manera que se pueda verificar la identidad del empleado que ingrese, para que se puedan observar todos los movimientos que suceden, el segundo ubicado en el trayecto de ingreso a la mina. Lo más importante de estos terminales es que estén conectados a tiempo real, con vigilancia en continuo contacto con el resto de las estaciones de manera que todas se enteren simultáneamente si sucede alguna eventualidad en alguna área de la mina.

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Diagrama del diseño

Middeleware

Ubicación de las antenas

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Proyección de la señal dentro de la mina

Instalación típica en una mina

Se visualizan tres entradas con un lector de puerto triple TR-MX-332C5-3-U y Fuente de Alimentación TR-MX-PS-8V

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Diagrama del alambrado

Fuente Alimentadora Power Supply

Dimensiones: 11” x 14” x 5.5”

Peso: 17.5 libras

Voltaje de entrada: 120 VAC

Número de Aprobación por MSHA: #23-A100002-0

TIPO DE LECTOR

Lector de Rastreo Inalámbrico

Características

Mantiene los datos entrantes del Tag.

múltiples unidades son capaces de formar con la red tipo malla.

Señales del Tag se recogen por las antenas ubicadas localmente o remotas.

Luz de LED Intermitente de alta intensidad para Emergencia – se puede activar desde el

servidor.

Compacidad de trabajar con baterías.

Actualizable de forma remota

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Alternativa de energía del lector

Corriente AC-DC con batería interna de respaldo

DC potencia intrínsecamente seguras (IS) con TR-PS8

Opción de Batería LiON interna - de 7 a 10 dias de

vida en caso de pérdida de corriente AC – DC

Fuente de poder AC – DC intrínsecamente seguras

(IS) El ordenador muestra avisos de baja voltajes para

cada de estas opciones

Patrones de radiación de las micro antenas del sistema

Antenna-RF11: RFID UHF ULTRAFINAAntena UHF RFID, forma muy delgada, la polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por un gran hemisferio. en todas las direcciones.

Size:137 mm x 137 mm x 3 mmGain:2.5 dBi

Antenna-RF12: RFID UHF ULTRAFINA: Antena compacta RFID UHF con polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por un ancho de 90 ° haz en la dirección de costado y una anchura de 60 ° en la dirección del haz de radiación longitudinal.

Size:277 mm x 137 mm x 3 mmGain:4.7 dBi

Antenna-RF13: RFID UHF ULTRAFINA: Antena compacta RFID UHF con polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por un ancho de 40 ° en la dirección del haz de radiación longitudinal y un ancho de haz de 90 ° en la dirección costado.

Size:417 mm x 137 mm x 3 mmGain:6.2 dBi

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Antenna-RF14: RFID UHF ULTRAFINA: Antena compacta RFID UHF con polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por un ancho de 30 ° en la dirección del haz de radiación longitudinal y un ancho de haz de 90 ° en la dirección costado.

Size:557 mm x 137 mm x 3 mm Gain:7.5 dBi

Antenna-RF22: RFID UHF ULTRAFINA Antena compacta RFID UHF con polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por un 60 ° / 60 °

ancho de haz.

Aplicaciones tales como: sistemas de inventario en tiempo real y el seguimiento a través de puertas y pasillos.

Size:277 mm x 277 mm x 3 mm Gain:6.5 dBi

Antenna-RF33: RFID UHF ULTRAFINA: Antena compacta RFID UHF con polarización circular y un patrón de radiación que se caracteriza por una forma del haz de lápiz

(40 ° / 40 °).

Este patrón de radiación de la antena hace ideal para muchas aplicaciones RFID, como los sistemas generales en tiempo real del inventario, espejos mágicos y salas de montaje.

Size:417 mm x 417 mm x 3 mmGain:9.9 dBi

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

El siguiente grafico muestra la representación de un haz de una antena RFID típica. El dibujo de la izquierda muestra la forma en 3D del campo electromagnético generado y en el dibujo de la derecha muestra sus representaciones esquemáticas. Como se puede visualizar una antena RFID tiene una apertura que donde puede moverse el tag RFID para poder ser leído.

Patrones de radiación usuales

Donde :

El patron Isotrópico, es el haz que se toma como referencia, como modeloa El patron Omnidireccional es el haz que tiene una antena RFID clasica tipo Dipolo (etiqueta

RFID o tags RFID alargados)

El patron directivo es el haz de una antena RFID como las que componen de un portal

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

Espectro de funcionamiento

[FASE 3: TRABAJO COLABORATIVO 3] Antenas y Propagación

CONCLUSIONES

La tecnología de redes satelitales, representada por satélites poderosos y complejos y el perfeccionamiento de las estaciones terrenas están revolucionando el mundo. Así por ejemplo, la necesidad de interconectar terminales remotos con bases de datos centralizadas, de una manera veloz y eficiente, han conducido a una nueva tecnología conocida como ‘Very Small Apertura Terminal (VSAT)

Los satélites también tienen la propiedad de que el costo de transmitir un mensaje es independiente de la distancia recorrida. Una llamada al otro lado del océano no cuesta más en cuanto a servicio que una llamada al otro lado de la calle. Los satélites tienen también excelentes tasas de errores y se pueden instalar en forma casi instantánea, una consideración importante para la comunicación milita

Beneficios de la red satelital:

Automatización de los procesos con un abarque generalizado a nivel mundial. Lograr una comunicación a través de esta red con todo el mundo, intercambiando dato e

información.

Interconectar terminales remotos con bases de datos centralizadas, de una manera veloz y eficiente.

Videoconferencias de alta calidad para tele reuniones para los proveedores de servicio Internet

(ISP). Acceso a alta velocidad a los grandes nodos de Internet. Difusión con una cobertura instantánea para grandes áreas.

Constituyen una magnifica aplicación para sistemas comerciales, financieros, industriales y empresariales y representan oportunidades especiales para trabajos a nivel multinacional, dado que una sola estación central puede controlar cientos y hasta miles de pequeñas estaciones; con la gran ventaja que el beneficio de la economía de escala se traslada al usuario final.

Desde hace tiempo, las redes de comunicación satelital de VSAT han ofrecido comunicación muy fiable entre una estación central y casi cualquier número de cientos a millares de sitios geográficamente dispersos. Desde lo que solían ser datos sobre puntos de venta al menudeo e información noticiosa y financiera, las aplicaciones de las redes de VSAT han crecido hasta incluir monitoreo ambiental y vigilancia de tuberías, localizadores personales, lotería en línea, aprendizaje a distancia, servicios en gasolineras, transmisión privada de voz e Internet, así como la emisión a alta velocidad de música y video

[FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 1] Antenas y Propagación

BIBLIOGRAFIA

VSAT homepage, consultado el 3 de mayo de 2014 en la URL

http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_4/vsat_hpg.htm

Resumen, redes VSAT consultado el 3 de mayo de 2014 en la URL http://mauriciomolina.tripod.com/Bajables/Redes_VSAT.pdf