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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN MODELO PARA LA MIGRACIÓN DE TECNOLOGÍA TDM SOBRE ENLACES DE MICROONDAS EN LA RED DE TRANSPORTE DEL ANILLO SUR DE FUERZAS ARMADAS DEL ECUADOR Departamento de Eléctrica y Electrónica Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE Daniel Valencia [email protected]

II. SITUACIÓN ACTUAL DE LA RED

Resumen - El presente artículo se enfoca en contribuir al mejoramiento de las operaciones de información y comunicación que se llevan diariamente a cabo en Fuerzas Armadas, mediante el análisis y estudio de factibilidad de migración de tecnología TDM a otra que brinde y soporte mayores servicios y satisfaga las necesidades que actualmente se requieren. Palabras claves: Telecomunicaciones, Red de Transporte, migración, TDM, tecnología.

El Anillo Sur está conformada principalmente por el Sistema de Transmisión Digital PDH, el cual es el encargado de proporcionar el enlace y conectividad para todos los sistemas de comunicación de FF.AA, a través de un anillo PDH.

Abstract - This article focus to contribute to the improvement of information operations and communication that takes place daily in Armed Forces, through analysis and feasibility study of migration of TDM technology to another that provides more services and meets the needs currently required. Keywords: Telecommunications, Transport Network, migration, TDM, technology.

La Red de transporte PDH del Anillo Sur se encuentra conformada por 10 estaciones repetidoras bajo una configuración 2+1 y una capacidad de 16x2 Mbps, de igual manera dispone de 2 estaciones terminales bajo una configuración 1+1 y una capacidad de 4x2 Mbps. Todas las estaciones repetidoras como los terminales trabajan en el rango de frecuencias de 7.1 – 8.5 GHz.

I. INTRODUCCIÓN Actualmente la red de transmisión microondas de Fuerzas Armadas está conformada por cuatro anillos:

2.1 Estructura de la Red

Se dispone de un Centro de Gestión y Mantenimiento donde se realiza la supervisión local o regional, el cual se encuentra ubicado en Machala. En la Figura 1 se muestra las diferentes estaciones repetidoras y terminales que conforman la Red.

Anillo Central. Anillo Sur. Anillo Occidental. Anillo Oriental. La tecnología actual del anillo central es NG-SDH (próxima generación SDH), el resto de anillos se encuentran trabajando bajo tecnología PDH. Cada equipo PDH tiene una capacidad de 16 E1s y cada equipo SDH tiene una capacidad de 1 STM1.

Figura 1. Topología de la Red PDH “Anillo Sur”.

2 Los equipos que se utilizan son PDH ALCATEL MELODIE modelo 9470, instalados tanto en las estaciones repetidoras como terminales.

capacidad de transporte, con la finalidad de mejorar la calidad de servicio (QoS) y optimizar recursos tecnológicos. 3.1 Análisis

Estación repetidora PDH MELODIE, 16X2 Mbps. 32E1’s, 960 canales de 64 Kbps. Estación terminal PDH MELODIE, 4X2 Mbps, 4E1’s, 120 canales de 64 Kbps. 2.2 Servicios que presta la Red La tecnología que cuenta actualmente la Red de trasporte del Anillo Sur tiene una capacidad de transporte de 32 E1s, se presta los siguientes servicios: Servicio de voz Servicio de datos Internet Servicio de videoconferencia 2.3 Problemas de la Red Falta de capacidad de ancho de banda debido al crecimiento del número de usuarios que se enlazan e interconectan en la Red. Los equipos PDH han cumplido su vida útil. No existe repuestos para los equipos ALCATEL MELODIE modelo 9470, debido a que la fábrica ya no los produce. La tecnología PDH no tiene protección automática en anillo. Es necesario de hardware adicional para entregar tráfico a nivel de Ethernet. No se dispone de puertos a nivel Ethernet. No existe flexibilidad para configurar anchos de banda mayores para el usuario. No se dispone de llaves de software para configuraciones mayores a las actuales. En los bastidores PDH, el rack no permite incrementar canales, depende de la configuración por fábrica en la llave de Software.

III.

ANÁLISIS DE TECNOLOGÍAS ETHERNET Y NG-SDH

El análisis se limitará principalmente a estas dos tecnologías ETHERNET y NG-SDH, ya que en la actualidad son las que prestan mayor fiabilidad, seguridad, escalabilidad, así como también convergencia de servicios y mayor

La tecnología Ethernet pura, no desperdicia ancho de banda, ya que independientemente de la capacidad de los equipos y la configuración que se emplee, no es necesario tener un canal de reserva, ya que en caso de existir alguna falla o caída de un canal, no se perdería la comunicación que tendría que haber viajado por dicho canal, esto debido a que la información viajaría por el resto de los canales empleando el ancho de banda disponible y manteniendo de esta manera el enlace, trasmitiendo la información según la prioridad de servicios, lo que no sucede con la tecnología TDM que necesita de configuraciones con un canal de reserva en caso de existir algún fallo o pérdida de un canal, caso contrario se perdería el enlace, desperdiciando así ancho de banda, esto sucede debido a que la información que se envía o se desea trasmitir viajan a través de canales dedicados. La tecnología TDM está siendo reemplazada por tecnología Ethernet esa es la tendencia en la actualidad, por lo que al tener un enlace Ethernet puro, no hace falta un equipo conversor de protocolos de Ethernet a TDM o viceversa, como por ejemplo tarjetas ISA o Mux inverso, economizando de esta manera costos en equipos, teniendo una mayor facilidad de implementación, así como también disminuyendo el tiempo de latencia de la red al no tener el trabajo de realizar una conversión de protocolos o mapear Ethernet sobre TDM. Los equipos Ethernet al ser IP se integrarían fácilmente a la gestión de la red a través del protocolo SNMP (Protocolo Simple de Administración de Red), el cual es un protocolo que facilita el intercambio de información de administración entre dispositivos de red, permite a los administradores supervisar el funcionamiento de la red, buscar y resolver sus problemas, así como también planear su crecimiento.

3 Los enlaces con tecnología Ethernet permiten la configuración de Vlans y puertos troncales, es decir tienen integrado funcionalidades de switch capa dos, logrando con esto tener una mejor capacidad de gestión de la red y superando en términos de flexibilidad ya que permite la configuración centralizada de dispositivos ubicados físicamente en diversos lugares, siendo de esta manera la capacidad de los enlaces Ethernet mucho mayor a los enlaces SDH.

Guía de Onda: EW43 Para todos los enlaces se empleó los equipos de radio Evolution Long Haul de CERAGON. Los datos ingresados para el diseño se detallan en la Figura 2.

Desde el punto de vista económico los equipos Ethernet tienen un costo mucho menor a los equipos SDH, siendo una de las principales causas que los interfaces TDM para los routers son demasiado caros. De esta forma de acuerdo al análisis realizado se puede determinar que la tecnología Ethernet es la que nos presta mayores beneficios.

IV. DISEÑO Y PRUEBAS DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES 4.1 Diseño de Red Para el diseño de la Red se consideró modelos de equipos que cumplan con las características necesarias para establecer enlaces óptimos y eficientes, además que trabajen en el rango de frecuencia de los 4GHz. Los datos o especificaciones electrónicas ingresados de los equipos fueron tomados de las respectivas fichas técnicas proporcionadas por el fabricante, así como los diferentes parámetros necesarios para el diseño los cuales fueron determinados de acuerdo a las necesidades del enlace como la ganancia y altura de las antenas, la pérdida unitaria en línea de transmisión (dB/100m). Los modelos de antenas y línea de transmisión que se emplearon fueron los siguientes: Antenas: HP4-44/B Ganancia 32.6 [dBi]. HP8-44-D1A Ganancia 39.3 [dBi]. HP12-44 Ganancia 42.7 [dBi].

Figura 2. Especificaciones técnicas Equipos de Radio. 4.2 Pruebas y Simulaciones Para cada uno de los enlaces se tomó en cuenta parámetros geoclimáticos, distancia entre las estaciones, así como también datos de la topografía y de la geomorfología de los diferentes lugares donde se encuentran ubicadas las estaciones que componen la Red de Transporte del Anillo Sur, de igual manera se consideró las recomendaciones establecidas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) como son la ITU-R P.530-7/8 y ITU-R P.530-8, que establecen los datos de propagación y métodos de predicción necesarios para el diseño de sistemas terrenales con visibilidad directa, así como también la recomendación ITU_N.RAI, que nos indica el nivel de intensidad de lluvia de acuerdo a la ubicación en el planeta, en este caso la Zona N, que es la zona en donde se encuentra ubicado Ecuador. A continuación se muestran simulaciones de cada uno de los enlaces:

las

4 3000 550 2800 500 2600 450

2400 2200

400

2000 350 1800 El evac ión (m)

El evac ión (m)

300

1600 1400

250

1200 200 1000 150

800 600

100

400 50 200 0 0 -50

-200 0

1

2

3

4

5

Cerro 507 Latitud 02 09 04.48 S Longitud 079 59 00.21 W Azimut 143.27° Elevaci ón 447 m ASL Altura de Antenas 15.0 m AGL

6 7 8 9 Longitud de la Trayectoria (15.67 km)

10

11

12

13

14

15

Base Naval Sur Latitud 02 15 53.27 S Longi tud 079 53 57.00 W Azimut 323.27° Elevación 3 m ASL Altura de Antenas 45.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

0

10

20

30

Machala Latitud 03 15 25.11 S Longitud 079 58 05.69 W Azimut 177.97° Elevaci ón 6 m ASL Altura de Antenas 25.0, 15.0 m AGL

40 50 Longitud de la Trayectoria (91.33 km)

60

70

80

90

Motilón Latitud 04 04 56.64 S Longitud 079 56 20.81 W Azimut 357.97° El evaci ón 2643 m ASL Al tura de Antenas 20.0, 10.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00, 60.00

dic 11 13

dic 11 13

Figura 3. Perfil, Cerro 507-Base Naval Sur.

Figura 6. Perfil, Machala-Motilón. 3200

450

3000 400 2800 350 2600 300 2400

250

El evac ión (m)

El evac ión (m)

2200

2000

200

1800 150 1600 100 1400 50 1200 0

1000

-50

800 0

5

10

15

20

Base Naval Sur Latitud 02 15 53.27 S Longitud 079 53 57.00 W Azimut 156.44° Elevaci ón 3 m ASL Altura de Antenas 60.0, 50.0 m AGL

25 30 35 Longitud de la Trayectoria (62.30 km)

40

45

50

55

60

Balao Chic o Latitud 02 46 52.28 S Longitud 079 40 30.86 W Azimut 336.43° El evaci ón 373 m ASL Al tura de Antenas 30.0, 20.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00, 60.00

0

5

10

15

20

25

Motilón Latitud 04 04 56.64 S Longitud 079 56 20.81 W Azimut 82.22° Elevaci ón 2643 m ASL Altura de Antenas 15.0 m AGL

30 35 40 45 Longitud de la Trayectoria (75.56 km)

50

55

60

65

70

75

Villonaco Latitud 03 59 22.60 S Longi tud 079 15 53.90 W Azimut 262.17° Elevación 2860 m ASL Altura de Antenas 5.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

dic 11 13

dic 11 13

Figura 4. Perfil, Base Naval Sur-Balao Chico.

Figura 7. Perfil, Motilón-Villonaco. 3500

450 3400 400

3300

3200 350 3100 300

3000 2900 El evac ión (m)

El evac ión (m)

250

2800

200

2700 2600

150

2500 100 2400 2300

50

2200 0 2100 -50

2000 0

5

10

Balao Chic o Latitud 02 46 52.28 S Longitud 079 40 30.86 W Azimut 211.75° Elevaci ón 373 m ASL Altura de Antenas 30.0, 20.0 m AGL

15

20

25 30 35 Longitud de la Trayectoria (61.88 km) Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00, 60.00

40

45

50

55

60

Machala Latitud 03 15 25.11 S Longitud 079 58 05.69 W Azimut 31.77° El evaci ón 6 m ASL Al tura de Antenas 33.0, 23.0 m AGL dic 11 13

Figura 5. Perfil, Balao Chico-Machala.

0

5

Villonaco Latitud 03 59 22.60 S Longitud 079 15 53.90 W Azimut 4.99° Elevaci ón 2860 m ASL Altura de Antenas 5.0 m AGL

10

15 20 Longitud de la Trayectoria (34.43 km) Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

25

30 Acac ana Latitud 03 40 45.99 S Longi tud 079 14 16.81 W Azimut 184.99° Elevación 3283 m ASL Altura de Antenas 5.0 m AGL dic 11 13

Figura 8. Perfil, Villonaco-Acacana.

5 3600 4500 3500 3400

4000

3300 3500 3200 3100

3000

3000 El evac ión (m)

El evac ión (m)

2500

2900 2800

2000

2700 1500

2600 2500

1000 2400 500

2300 2200

0 2100 2000

-500 0

5

10

15

20

Acacana Latitud 03 40 45.99 S Longitud 079 14 16.81 W Azimut 23.14° Elevaci ón 3283 m ASL Altura de Antenas 8.0 m AGL

25 30 Longitud de la Trayectoria (56.23 km)

35

40

45

50

55

Tinajillas Latitud 03 12 42.49 S Longi tud 079 02 21.00 W Azimut 203.13° Elevación 3419 m ASL Altura de Antenas 8.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

0

10

20

30

Carshao Latitud 02 26 08.70 S Longitud 078 56 52.20 W Azimut 280.11° Elevaci ón 3984 m ASL Altura de Antenas 30.0, 20.0 m AGL

40 50 60 Longitud de la Trayectoria (107.49 km)

70

80

90

100

Base Naval Sur Latitud 02 15 53.27 S Longitud 079 53 57.00 W Azimut 100.15° El evaci ón 3 m ASL Al tura de Antenas 50.0, 40.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00, 60.00

dic 11 13

ene 30 14

Figura 9. Perfil, Acacana-Tinajillas.

Figura 12. Perfil, Carshao-Base Naval Sur.

4000 3900 3800

4.3 Análisis de Resultados

3700 3600

El reporte general de cada uno de los enlaces tomando en cuenta los principales parámetros de los resultados obtenidos se detallan en la Tabla 1:

3500

El evac ión (m)

3400 3300 3200 3100 3000 2900 2800 2700

Tabla 1. Reporte General de Resultados.

2600 2500 2400 0

5

10

15

20

25 30 35 40 Longitud de la Trayectoria (67.73 km)

T inajil las Latitud 03 12 42.49 S Longitud 079 02 21.00 W Azimut 10.16° Elevaci ón 3419 m ASL Altura de Antenas 14.0 m AGL

45

50

55

60

Enlace

Fuera de servicio por multitrayecto [seg]

Fuera de servicio anual [seg]

Disponibilidad [%]

Margen de desvanecimiento [dB]

Cerro 507/ Base Naval Sur

0.04

0.29

100

30.09

Base Naval Sur/ Balao Chico

0.46

3.75

99.99999

30.27

Balao Chico/ Machala

0.36

2.97

99.99999

31.12

Machala/ Motilón

0.54

1.09

100

28.03

Motilón/ Villonaco

29.21

238.36

99.99924

37.33

Villonaco/ Acacana

0.14

1.15

100

37.96

Acacana/ Tinajillas

10.21

83.29

99.99974

33.36

Tinajillas/ Buerán

14.05

114.62

99.99964

31.57

Buerán/ Carshao

0.04

0.36

100

29.30

Carshao/ Base Naval Sur

0.37

3.04

99.99999

32.28

65

Buerán Latitud 02 36 32.06 S Longi tud 078 55 54.28 W Azimut 190.15° Elevación 3778 m ASL Altura de Antenas 5.0 m AGL

Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

dic 11 13

Figura 10. Perfil, Tinajillas-Buerán. 4200 4100 4000

3900 3800 3700

El evac ión (m)

3600 3500 3400 3300 3200

3100 3000 2900 2800 2700 0

2

Buerán Latitud 02 36 32.06 S Longitud 078 55 54.28 W Azimut 354.66° Elevaci ón 3778 m ASL Altura de Antenas 5.0 m AGL

4

6

8 10 Longitud de la Trayectoria (19.23 km) Frecuencia (MHz) = 5000.0 K = 1.33 %F1 = 100.00

12

14

16

18

Cars hao Latitud 02 26 08.70 S Longi tud 078 56 52.20 W Azimut 174.66° Elevación 3984 m ASL Altura de Antenas 20.0 m AGL dic 11 13

Figura 11. Perfil, Buerán-Carshao.

6 4.4 Tráfico

5.2 Análisis Económico

La capacidad global de cada enlace tomando en cuenta la configuración empleada de 2+0 es de 452 Mbps, lo que sería el máximo tráfico que soportarían los servidores en cada una de las estaciones de la Red.

Para determinar los costos que representan los equipos con los cuales se desea realizar la migración se utilizó precios estimados que fueron proporcionados por la Empresa del producto.

La capacidad utilizada y disponible por enlace se muestra en la Figura 13.

Para el análisis respectivo se consideró una configuración de 2+0 para todos los enlaces. La Tabla 2 detalla los respectivos costos de los equipos a migrar. Tabla 2. Costo de Equipos.

DESCRIPCIÓN Equipos Ceragon Evolution LH.

PRECIO (USD) 963885.98

Figura 13. Capacidad de Tráfico Anillo Sur.

V. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE MIGRACIÓN 5.1 Análisis Tecnológico

Antenas.

299016

Guía de Onda-Materiales de Instalación.

148731

Servicios.

401800

Repuestos.

25446.67

Los equipos empleados para la migración cumplen con las características deseadas para satisfacer las necesidades y requerimientos en cada uno de los enlaces de la Red sin ningún inconveniente.

SUBTOTAL:

1838879.65

IVA 12%

220665.56

Los equipos utilizados son:

TOTAL:

2059545.21

Equipo de Radio Evolution Long Haul. Antenas: HP4-44/B Ganancia 32.6 [dBi]. HP8-44-D1A Ganancia 39.3 [dBi]. HP12-44 Ganancia 42.7 [dBi]. Guía de Onda: EW43

5.3 Análisis de Integración con el Anillo Central Para iniciar con el análisis de integración es necesario conocer y tener claro que las estaciones de Carshao, Cerro 507 y Base Naval Sur pertenecen al Anillo Central pero también se encuentran consideradas como parte del Anillo Sur, actualmente en mencionadas estaciones se encuentran instalados equipos NG-SDH y debido a que esta tecnología se encuentra instalada en toda la Red del Anillo Central, únicamente en estas tres estaciones se realizará una instalación en paralelo con los equipos IP.

7 En estas tres estaciones también se encuentran instalados y operando equipos MPLS. Los equipos MPLS dentro de la Red de Transporte se integran con los equipos IP sin inconvenientes al igual que con los equipos con tecnología NG-SDH que se lo realiza a través de las tarjetas ISA o Mux inverso. La Figura 14 muestra de manera general la integración de la Red del Anillo Central con la Red del Anillo Sur, empleando los equipos MPLS tanto de Core como de borde.

Figura 14. Topología de Integración con Anillo Central.

Figura 15. Plan de Frecuencias en 4GHz.

5.4 Modelo de Migración de Tecnología 5.4.1 Proceso de Implementación Con el objetivo de evitar perder el servicio durante el proceso de implementación de los equipos IP y mantener la continuidad de la comunicación entre las estaciones, se ha considerado realizar la migración tramo por tramo, es decir, enlace por enlace, para de esta manera mantener el tráfico de información ya que el mismo viajaría por el camino inverso hasta llegar a su destino. 5.4.2 Plan de Frecuencias De acuerdo a la recomendación ITU-R F.1099-4 Anexo 1, para canales de 40 MHz se estableció el siguiente plan de frecuencias:

VI. CONCLUSIONES •

•

• • • • •

La tecnología PDH empleada en la Red de Transporte del Anillo Sur, no satisface las necesidades que actualmente se requiere. Se determinó la factibilidad de migración de tecnología, considerando como mejor opción a la tecnología Ethernet. Se empleó equipos que trabajen dentro de la banda de los 4Ghz. Se comprobó la eficiencia en cada uno de los enlaces. La integración entre el Anillo Central y Anillo Sur no presenta ningún inconveniente. Se estableció un modelo de migración. Se determinó el costo total estimado del proyecto con un valor de USD 2059545.21.

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Daniel Valencia nació el 18 de marzo de 1981 en la ciudad de Quito, realizó sus estudios primarios en la unidad educativa Academia Militar del Valle, sus estudios secundarios en el Colegio San Luis Gonzaga, en el año 2003 se graduó de subteniente del ejército, actualmente sustenta el grado de Capitán, sus intereses abarcan temas relacionados a las comunicaciones inalámbricas.