Oscar Fernando Pico Ortiz - bdigital.unal.edu.co · Resumen y Abstract IX Resumen Este trabajo presenta los resultados finales de una simulación para una subred para servicios fijos

Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para

aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y

AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la

normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de

tránsito aéreo en Colombia

Oscar Fernando Pico Ortiz

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería, Área Curricular de Ingeniería de Sistemas e Industrial

Bogotá, Colombia

2016

Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para

aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y

AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la

normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de

tránsito aéreo en Colombia

Oscar Fernando Pico Ortiz

Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ingeniería - Telecomunicaciones

Director:

Ph.D, Jorge Eduardo Ortiz Triviño

Línea de Investigación:

Redes y Sistemas de telecomunicaciones

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería, Área Curricular de Ingeniería de Sistemas e Industrial

Bogotá, Colombia

2016

IV Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la

normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia

A mis Padres y Hermanos. A mi amada

esposa y mis hijos por ser el motor de mi

vida.

Agradecimientos

Mis más sinceros agradecimientos a la Universidad Nacional de Colombia por acogerme

para realizar esta investigación y apoyarme para presentar los resultados parciales a

nivel nacional e internacional. Al Director, Phd Jorge Eduardo Ortiz Triviño por su

constante guía y colaboración en la culminación del trabajo. A la Unidad Administrativa

Especial de Aeronáutica Civil de Colombia y sus funcionarios, especialmente al ingeniero

Victor Manuel Pachón Castañeda, por su aporte a este trabajo como validador del

modelo de red introducido.

Resumen y Abstract IX

Resumen Este trabajo presenta los resultados finales de una simulación para una subred para

servicios fijos aeronáuticos, dentro de una red de telecomunicaciones aeronáuticas

basada en los conceptos operacionales de la OACI y los requerimientos operacionales

del prestador de servicios a la navegación aérea en Colombia, usando la herramienta de

simulación OPNET. Énfasis espacial se da a las diferentes aplicaciones para

comunicaciones tierra-tierra como son AMHS y AIDC para los actuales y futuros

requerimientos a mediano plazo, tomando en cuenta las condiciones de tráfico aéreo

actúales y futuras del país y la planificación local sobre el desarrollo de tecnologías

CNS/ATM. El modelo usa una pila de protocolos de acuerdo a las recomendaciones de

OACI y acorde también a protocolos bien conocidos en la industria de las

telecomunicaciones actualmente. El trabajo muestra el diseño y modelamiento de la red

y resume el proceso metodológico utilizado para llevar a cabo el estudio de simulación, a

su vez se definen aspectos clave de la red como son: utilización de ancho de banda, rata

de paquetes enviados y recibidos, throughput promedio y pico, retardos, colas y

utilización de los servidores, con el fin de alcanzar conclusiones. En la simulación

realizada se incluyó una serie de diferentes escenarios de experimentación con el fin de

simular condiciones de perfil operacional que representan condiciones de bajo, medio y

alto tráfico. Finalmente el trabajo muestra el resultado final del proceso de simulación y

las conclusiones deducidas, a su vez se establece un trabajo futuro.

Palabras clave: Control de tránsito aéreo, Simulación de redes de telecomunicaciones,

Red de telecomunicaciones aeronáuticas, Sistema de gestión de mensajería aeronáutica

(AMHS), Comunicación de datos entre instalaciones aeronáuticas (AIDC).

X Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la


Abstract

This work presents the final results of a simulation for an aeronautical

telecommunications network (ATN) subnet for aeronautical fixed services based on the

operational concept as describe the ICAO recommendations, and the actual operational

requirements defined for the CAA in Colombia, using OPNET software tools. Special

emphasis is given to the different ground to ground applications like AMHS and AIDC for

the actual and projected requirements in a mid-term basis taking into account the actual

and future air-traffic conditions of the country and the local planning of CNS/ATM

development. The model used a protocol stack according to the ICAO recommendations

and also well know standards used today in the telecommunications industry. The paper

shows the design and modeling of the network and summarizes the methodological

process used for conduct the simulation study, defining key aspects of the network like

bandwidth utilization, rate of sent and receive packets, overall and peak throughput,

delays, queues and servers utilization in order to reach conclusions. In the simulation that

was performed it includes a sort of different scenarios in order to simulate a variety of

operational profiles to represent light, medium and heavy air traffic conditions.

Finally, this work gives the final results of the simulation process, further conclusions are

showed and the future work is established.

Keywords: Air traffic control, Telecommunications networks simulation, Aeronautical

telecommunications network, Aeronautical messages handling system (AMHS),

Aeronautical interfacilities data communications (AIDC).

Contenido XI

Contenido

Pág.

Resumen ........................................... .............................................................................. IX

Lista de figuras .................................. .......................................................................... XIIII

Lista de tablas ................................... ........................................................................... XV

Lista de abreviaturas ............................. ..................................................................... XVII

Introducción ...................................... .............................................................................. 1

1. Marco Conceptual y estado del arte ................ ....................................................... 5

1.1 Historia de la red ATN...................................................................................... 5 1.2 Generalidades de la red de Telecomunicaciones Aeronáuticas (ATN) ............. 6

1.2.1 AMHS ................................................................................................... 9 1.2.2 AIDC ................................................................................................... 11

1.3 Actividades de implementación y estandarización ......................................... 12 1.3.1 OACI ................................................................................................... 14 1.3.2 EUROCONTROL ................................................................................ 16

1.3.3 FAA Y NASA ....................................................................................... 18 1.3.4 Región CAR/SAM (Caribe y Suramérica) ............................................ 19

1.3.5 El caso Colombiano ............................................................................ 21

1.4 Tendencias futuras ........................................................................................ 28

2. Determinación de los criterios operacionales de la subred Tierra-Tierra .......... 33

2.1 Definición de las necesidades de comunicaciones para el servicio de control de tránsito aéreo a suplir por la subred Tierra-Tierra ................................................ 33

2.1.1 El espacio aéreo Colombiano .............................................................. 33 2.1.2 Dependencias ATS involucradas ........................................................ 38

2.2 Dimensionamiento de la red .......................................................................... 40

3. Elaboración del modelo de subred Tierra-Tierra para la simulación .................. 43 3.1 Determinación de los protocolos a utilizar y arquitectura propuesta ............... 43 3.2 Software de simulación escogido ................................................................... 48 3.3 Descripción del modelo para la subred AMHS ............................................... 50 3.4 Descripción del modelo para la subred AIDC ................................................. 55

4. Construcción del modelo de subred en la herramienta de simulación .............. 57 4.1 Metodología de simulación ............................................................................ 57 4.2 Creación de escenarios ................................................................................. 60

XII Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la


5. Experimentación, Presentación de resultados y análi sis de datos .....................62

5.1 Subred AMHS ................................................................................................62 5.1.1 Configuración de aplicaciones y perfiles para experimentación ...........62 5.1.2 Presentación de resultados y análisis de datos ....................................65

5.2 Subred AIDC ..................................................................................................77 5.2.1 Configuración de aplicaciones y perfiles para experimentación ...........77 5.2.2 Presentación de resultados y análisis de datos ....................................78

6. Conclusiones y Recomendaciones ................................................................................87 6.1 Conclusiones ..................................................................................................87 6.2 Recomendaciones ..........................................................................................90

A. Anexo: Entrevistas con expertos.................... .......................................................93

B. Anexo: Datos completos obtenidos en OPNET ......... ......................................... 100

Bibliografía ...................................... ............................................................................. 101

Contenido XIII

Lista de figuras Pág.

Figura 1-1: Modelo conceptual ATN [6]. ..................................................................... 7 Figura 1-2: Entorno de comunicación de datos en una red ATN [10]. ........................ 8 Figura 1-3: Esquema evolutivo de los desarrollos y estándares de la red ATN. ....... 13 Figura 1-4: Arquitectura de una ATN/IPS [1]. ........................................................... 14 Figura 1-5: Arquitectura de integración de red según el proyecto NEWSKY [21]. .... 17 Figura 1-6: ESQUEMA ATN/REDDIG II/SERVICIOS [7]. ......................................... 20 Figura 1-7: Operaciones aéreas tráfico nacional. ..................................................... 22 Figura 1-8: Operaciones aéreas tráfico internacional. .............................................. 23 Figura 1-9: ACC´s en Colombia y sus conexiones OLDI. ......................................... 25 Figura 1-10: AMHS Colombia. Arquitectura del sistema. ........................................... 27 Figura 1-11: Plan de implementación de tecnologías y aplicaciones ATN [17]. .......... 29 Figura 2-1: Espacios aéreos de nivel superior Colombia ......................................... 34 Figura 2-2: Principales rutas para sobrevuelos sobre Colombia .............................. 36 Figura 2-3: Áreas homogéneas de tráfico aéreo en Colombia ................................. 37 Figura 2-4: Modelo de Subred AMHS…………………… ......................................... 41 Figura 2-5: Modelo de Subred AIDC ........................................................................ 42 Figura 3-1: Pila de protocolos ATN/IPS ................................................................... 44 Figura 3-2: Concepto de red AMHS tradicional ........................................................ 45 Figura 3-3: Concepto de red AMHS Mejorado ......................................................... 46 Figura 3-4: Concepto de red AMHS a utilizar ........................................................... 47 Figura 3-5: Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes ........................... 51 Figura 3-6: Subred AMHS regional Bogotá .............................................................. 52 Figura 3-7: Subred AMHS regional Atlántico ............................................................ 52 Figura 3-8: Subred AMHS regional Antioquia .......................................................... 53 Figura 3-9: Subred AMHS regional Valle ................................................................. 53 Figura 3-10: Subred AMHS regional Meta ................................................................ 54 Figura 3-11: Subred AMHS regional Santander ......................................................... 54 Figura 3-12: Subred AMHS Fuerza Aérea Colombiana ............................................. 55 Figura 3-13: Subred AIDC regional Atlántico ............................................................. 55 Figura 4-1: Proceso metodológico para la simulación [30] ....................................... 58 Figura 5-1: Editor de aplicaciones en OPNET .......................................................... 63 Figura 5-2: Editor de perfiles en OPNET .................................................................. 65 Figura 5-3: Tiempo de respuesta promedio para consulta de bases de datos ......... 66 Figura 5-4: Tráfico recibido promedio en consulta de base de datos ....................... 66 Figura 5-5: Tráfico enviado promedio en consulta de base de datos ....................... 67

XIV Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la


Figura 5-6: Tiempo de respuesta promedio para pagina HTTP ................................ 67 Figura 5-7: Tráfico recibido promedio en pagina HTTP ............................................ 68 Figura 5-8: Tráfico enviado promedio en pagina HTTP ............................................ 68 Figura 5-9: Tiempo de procesamiento de tareas en consulta de base de datos ....... 69 Figura 5-10: Tráfico promedio recibido en servidor de base de datos......................... 70 Figura 5-11: Tráfico promedio enviado en servidor de base de datos......................... 70 Figura 5-12: Carga promedio en servidor HTTP ......................................................... 71 Figura 5-13: Tráfico promedio recibido en servidor HTTP .......................................... 71 Figura 5-14: Tráfico promedio enviado en servidor HTTP .......................................... 72 Figura 5-15: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG ............. 73 Figura 5-16: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ............. 73

Figura 5-17: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG ... 74 Figura 5-18: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ... 75 Figura 5-19: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG .......... 75 Figura 5-20: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ........ 76 Figura 5-21: Respuesta promedio de página HTTP .................................................... 78 Figura 5-22: Tráfico recibido promedio para página HTTP ......................................... 78 Figura 5-23: Tráfico enviado promedio para página HTTP ......................................... 79 Figura 5-24: Carga promedio en servidor HTTP ......................................................... 79 Figura 5-25: Tráfico recibido promedio para servidor HTTP ....................................... 80 Figura 5-26: Tráfico enviado promedio para servidor HTTP ....................................... 80 Figura 5-27: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG .......... 81 Figura 5-28: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG – Router AMHS ............. 82 Figura 5-29: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ... 82 Figura 5-30: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG ... 83 Figura 5-31: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG .......... 83 Figura 5-32: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ........ 84

Contenido XV

Lista de tablas Pág.

Tabla 1-1 : Tipo de conexiones entre Colombia y centros de comunicaciones adyacentes.. ............. 28 Tabla 2-1 : Regiones de Información de vuelo (FIR) en Colombia y sus límites .......... 35 Tabla 2-2 : Espacios aéreos nivel inferior y sus FDP asociados. ................................. 36 Tabla 2-3 : Aeródromos controlados en Colombia.. ..................................................... 38 Tabla 2-4 : Aeródromos controlados Fuerzas Militares en Colombia.. ......................... 40 Tabla 3-1 : Posiciones adicionales para la Subred AMHS ........................................... 50 Tabla 4-1 : Caracterización del tráfico AMHS y AIDC [1]. ............................................ 61 Tabla 5-1 : Escenario 1. Bajo Tráfico. AMHS. ............................................................. 64 Tabla 5-2 : Escenario 2. Medio Tráfico. AMHS ............................................................ 64 Tabla 5-3 : Escenario 3. Alto Tráfico. AMHS ............................................................... 64 Tabla 5-4 : Tiempo de respuesta servidores modelo subred AMHS ............................ 73 Tabla 5-5 : Datos enlace punto a punto router AMHS – router BOG subred AMHS .... 76 Tabla 5-6 : Escenario 1. Medio Tráfico. AIDC ............................................................. 77 Tabla 5-7 : Escenario 2. Alto Tráfico. AIDC ................................................................. 77 Tabla 5-8 : Tiempo de respuesta servidores modelo subred AIDC .............................. 81 Tabla 5-9 : Datos enlace punto a punto router AMHS – router BOG subred AIDC ...... 84

Contenido XVI

Lista de abreviaturas Abreviaturas

Abreviatura Término Traducción al español

AAC Aeronautical administrative communications

Comunicaciones Aeronáuticas Administrativas

ABAS Aircraft Based Augmentation System Sistema de aumentación basado en la Aeronave

ACARS Aircraft Communications Addressing and reporting system

Sistema de reporte y direccionamiento de aeronaves

ACC Area Control Center Centro de Control de Área

ACP Aeronautical Communications Panel Panel de comunicaciones aeronáuticas

ADS-B Automatic Dependent Surveillance – Broadcasting

Vigilancia dependiente automática – en radiodifusión

ADS-B IN Automatic Dependent Surveillance – Broadcasting Input

Vigilancia dependiente automática – en radiodifusión de Entrada

AEROCIVIL Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil de Colombia

AMS Aeronautical mobile service Servicio Móvil Aeronáutico

AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service Servicio móvil aeronáutico por satélite

AFS Aeronautical Fixed Service Servicio Fijo Aeronáutico

AFTN Aeronautical fixed telecommunications network

Red fija de telecomunicaciones Aeronáuticas

AIDC Aeronautical interfacility data communications

Comunicaciones de datos aeronáuticos interfacilidades

AMC ATS Messaging Management Centre Centro de gestión de mensajería ATS

AMHS Aeronautical Messages handling system

Sistema de manejo de mensajería aeronáutica

ANS Air Navigation Services Servicios de navegación aérea

ANSP Air Navigation Services Provider Proveedor de servicios de navegación aérea

AOC Aeronautical Operational Control Control aeronáutico Operacional API AMHS Programming Interface Interfaz de Programación AMHS

APP Approach Control Unit Unidad de control de aproximación

ARINC Aeronautical Radio Incorporated Corporación de radio aeronáutica ARR Arrival Llegada ATC Air Traffic Control Control de tráfico Aéreo

Contenido XVII


ATN Aeronautical Telecommunications Network

Red de Telecomunicaciones Aeronáuticas

ATM Air Traffic Management Gestión de Tráfico Aéreo ATS Air Traffic Services Servicios de tráfico Aéreo

ATSC Air Traffic Services Communications Servicios de comunicaciones de tráfico aéreo

ATSMHS Air Traffic Services Messages Handling System

Sistema de manejo de mensajería para servicios de tráfico aéreo

BGP-4 Border Gateway Protocol 4 Protocolo de borde de puerta de enlace

CAA Civil Aviation authority Autoridad de aviación civil CAR/SAM Caribean and Sud American Region Región Caribe y Suramérica

CNS/ATM Communications, Navigation and Surveillance / Air Traffic Management

Comunicaciones, Navegación y Vigilancia / Gestión de tráfico aéreo

COCR Communications Operating Concept and Requirements for the Future Radio System

Concepto de comunicaciones operacionales y requerimientos para el sistema futuro de radio

COTS Commercial of the Shelf Componente fuera del estante

CPDLC Controller Pilot Data Link Communication

Comunicaciones de enlace de datos controlador piloto

CTA Control Area Área de control DCL Departure Clearance Salida autorizada DEP Departure Salida DiffServ Differentiated services Servicios diferenciados

EUROCONTROL European Organisation for the Safety of Air Navigation

Organización europea para la seguridad de la navegación aérea

FAA Federal Aviation Administration Administración federal de aviación FAC Fuerza Aérea Colombiana

FANS Future Air Navigation Services Servicios de navegación aérea del futuro

FDP Flight Data Processor Procesador de planes de vuelo FIC Flight Information Center Centro de información de vuelo

FIS Flight Information Service Servicios de información de vuelos

FIR Flight Information Region Región de información de vuelos FMU Flow Management Unit Unidad de gestión de flujo

GREPECAS Grupo de Planificación e Implementación para la región Caribe/Suramérica

HA Home Agent Agente de Hogar

HTTP Hypertext Transfer Protocol Protocolo de transferencia de hipertexto

IATA International Air Transport Association

Asociación internacional de transporte aéreo

ICD Interface Control Document Documento de control de interface

IETF Internet Engineering Task Force Equipo de trabajo de ingeniería de internet

IFR Instrument Flight Rules Reglas de vuelo por instrumentos IPAX Internet protocol for aviation Protocolo de internet para

XVIII Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la



exchange intercambio de aviación IPS Internet Protocol Suite Conjunto de protocolos de internet IPv4 Internet Protocol Version 4 Protocolo de internet Versión 4 IPv6 Internet Protocol Version 6 Protocolo de internet versión 6

ISO International Organization for Standardization

Organización internacional para la estandarización

ISOC Internet Society Sociedad de internet LAN Local Area Network Red de área local

MAC/LLC Media Access Control/Logical Link Control

Control de acceso al medio / control lógico de enlace

MS Message Store Almacenamiento de mensajes

MTA Messages Agent Transfer Agente de transferencia de mensajes

NASA National Aerospace Administration Administración nacional aeroespacial

NEMO Network Mobility Movilidad de red NEWSKY Networking the sky Creación de redes en el cielo

NextGen Next Generation Air transportation System

Sistema de transporte aéreo de la próxima generación

NOTAM Notice to AirMen Noticia a los hombres del aire NS2 Network Simulator 2 Simulador de red 2

OACI Organización de Aviación Civil Internacional

OLDI On-Line Data interchange Intercambio de datos en línea

OPMET Operational Meteorological Data Datos operacionales meteorológicos

OPNET OPtimized Network Engineering Tool Herramienta de ingeniería de redes optimizada

OSI Open System Interconnection Sistema de interconexión abierto QoS Quality of Service Calidad de servicio REDDIG Red Digital Región SAM RFC Request for comments Requerimiento para comentarios

ROHC Robust Header Compression Compresión de encabezado robusta

SESAR Single European Sky ATM Research Investigación para un cielo único europeo para el ATM

SITA Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques

Sociedad internacional de telecomunicaciones aeronáuticas

SOA Service Oriented Architecture Arquitectura orientada a los servicios

TCP Transfer Control Protocol Protocolo de control de la transferencia

TMA Terminal Area Área terminal UA User Agent Agente de usuario UAT Universal Asynchronous Transceiver Transceptor universal asincrónico

UDP User Datagram Protocol Protocolo de datagrama de usuario

Contenido XIX

Abreviatura Término Traducción al español UIR Upper Information Region Región de información superior UTA Upper Terminal Area Área terminal superior VDL VHF Data Link Enlace de datos en VHF VFR Visual Flight Rules Reglas de vuelo visual VoIP Voice over IP Voz sobre IP

1090 ES 1090 Extended Squitter 1090 señales espontáneas ampliadas

Introducción Anualmente se presenta un incremento sustancial en el flujo de tránsito aéreo en

Colombia y en general en el mundo como se evidencia en las estadísticas recopiladas

del volumen I del Plan de Navegación Aérea para Colombia editado por la Unidad

Administrativa Especial de Aeronáutica Civil de Colombia, ente encargado de la

prestación de servicios a la Navegación Aérea y la seguridad del vuelo en el país.

Este fuerte crecimiento evidenciado, que ha tenido el transporte aéreo a nivel mundial y

las proyecciones de ampliación de mercados y mejoras en la conectividad en todo el

mundo, implican la evolución de una infraestructura aeronáutica de comunicaciones,

navegación, vigilancia y meteorología, acordes para garantizar la prestación de servicios

de control de tránsito aéreo, con los criterios de seguridad, capacidad, eficiencia y

flexibilidad de los espacios aéreos bajo la jurisdicción de las autoridades aeronáuticas de

los diferentes países [1].

Nuestro país no es ajeno a este fenómeno de crecimiento del transporte aéreo,

mostrando cifras de crecimiento porcentual del orden del 10% anual. Por lo anterior es

necesario anticiparse a la congestión irremediable de los espacios aéreos y proponer

infraestructura de comunicaciones que soporte el tránsito aéreo en el país de manera

segura, confiable y eficiente.

En Colombia, la Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, quien es el único

prestador de servicio de navegación aérea, dentro de su planificación interna para el

despliegue de una red ATN para nuestro país, tiene como fecha de inicio previsto el año

2016.

La red ATN integrará todos los servicios de comunicaciones aeronáuticas y el primer

paso de esta integración es rediseñar y migrar la red nacional a una red IP total que

permita una migración suave a los servicios integrados para la navegación aérea,

2 Introducción

iniciando por los servicios AIDC y ATSMHS que ya se están implementando en Colombia

de manera preliminar como se describirá en este trabajo [2].

Es por esto que se hace necesario realizar proyectos de investigación y simulación

acerca del desempeño de estas tecnologías en el territorio colombiano de cara a la

inminente transición hacia estas, teniendo en cuenta las necesidades de servicio propias

de Colombia y las condiciones actuales de tránsito aéreo en el país, con el fin de brindar

un soporte a la autoridad de aviación civil para que realice una óptima implementación de

la tecnología o conjunto de estas, de tal forma que se satisfagan las necesidades que

requiere la prestación de los servicios de tránsito aéreo en Colombia. Adicionalmente se

hace necesario que estos proyectos de simulación tengan en consideración la

infraestructura de comunicaciones, actualmente instalada, para corroborar si es

necesario actualizarla mediante sistemas de mayor capacidad o la misma puede servir

para la implementación de tecnologías en un corto o mediano plazo.

El problema de investigación se centrará como objetivo central en el modelamiento y

simulación de una subred ATN Tierra-Tierra, enfocándose en las aplicaciones en tiempo

real AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical

Message Handling System) aplicando la normatividad y recomendaciones de OACI y las

mejoras sustanciales al diseño mediante el uso de protocolos de comunicaciones

probados y bien conocidos en la industria. Este estudio se hará aplicado al único

proveedor de servicios de tránsito aéreo en Colombia que es la Unidad Administrativa

Especial de Aeronáutica Civil, considerando los factores operacionales requeridos por

este prestador de servicios, la interoperabilidad a nivel regional y el crecimiento esperado

de la demanda.

Como objetivos específicos para lograr el objetivo central del trabajo se destacan los

siguientes:

- Determinación de los criterios operacionales de la subred tierra-tierra.

- Determinar los protocolos a utilizar para cumplir con los criterios operacionales

según reglamentación y recomendaciones de OACI.

- Elaborar el modelo de la subred a simular basado en los criterios operacionales,

protocolos de comunicaciones y normatividad vigente con el fin de utilizarlo para

la simulación propuesta.

Introducción 3

- Usar la herramienta de simulación OPNET, dado que esta cumple con los

parámetros de simulación para la subred tierra-tierra y los servicios AMHS y AIDC

de la futura Red de Telecomunicaciones Aeronáuticas ATN.

- Simular la subred modelada, mediante la construcción del modelo de subred en la

herramienta de simulación y obtener datos de la simulación.

- Analizar los datos y presentar resultados de la simulación.

El alcance del trabajo se circunscribe a la comunicación de dependencias ATS a nivel

nacional conectadas a un sistema MTA común usando la misma red LAN. Conexiones

internacionales no son tomadas en cuenta en el diseño.

Se espera que los resultados obtenidos en el proyecto y las recomendaciones que se

alcancen, proporcionen un insumo adicional al prestador de servicios de navegación

aérea que sirva como soporte para la implementación del conjunto de tecnologías que

mejor satisfagan las necesidades para la prestación de los servicios de tránsito aéreo en

Colombia en los próximos años.

1. Marco conceptual y estado del arte

1.1 Historia de la red ATN

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), consciente de la necesidad de

mejorar las facilidades y servicios utilizados para la navegación aérea, ante el

crecimiento del tráfico aéreo a nivel mundial, creó a principios de la década de 1980 los

comités FANS (Future Air Navigation Services) [3][4], los cuales después de más de una

década de estudio, introdujeron en el año 1993, un concepto para las comunicaciones

aeronáuticas del futuro basado principalmente en tecnologías de enlaces de datos

digitales y redes de telecomunicaciones abiertas, este concepto se llama CNS/ATM

(Communications, Navigation, Surveillance/Air Traffic Management) y la implementación

de estas tecnologías busca automatizar la Gestión del Tránsito Aéreo ATM con el fin de

satisfacer la creciente demanda de servicios de navegación aérea a nivel mundial

durante las próximas décadas [5][6].

Dentro de las tecnologías allí señaladas se encuentra la Red de Telecomunicaciones

Aeronáutica ATN (Aeronautical Telecommunication Network) [5][7], la cual está diseñada

para ser una red de datos robusta que permita conectividad tierra-tierra, tierra-aire y aire-

aire a sus usuarios [4][8][9][10]. Dicha tecnología deberá permitir la conexión a nivel

mundial, de autoridades de aviación civil, aeronaves, operadores de aerolíneas, y otros

usuarios de servicios de comunicaciones aeronáuticas [11].

El concepto técnico operacional de la red ATN soportado en la modelización genérica

establecida por la OACI en sus normas y métodos recomendados (SARPS) y material

guía relacionado ha venido siendo implementado por los diferentes organismos rectores

de la aviación civil y prestadores de servicios de navegación aérea a nivel mundial,

dentro de los cuales se encuentran los siguientes esfuerzos notables: OACI como

principal entidad normativa en aviación civil a nivel mundial [7], los esfuerzos europeos

6 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility

Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la normatividad y

recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia

enmarcados en el proyecto SESAR [12] [13], las actividades realizadas por la FAA

(Federal Aviation Administration) y NASA (National Aerospace Administration)

estadounidenses [13] [14] y la estrategia tomada por los estados de la región Caribe y

Suramérica, en la cual se encuentra Colombia, para la implementación de las redes ATN

[3] [15].

1.2 GENERALIDADES DE LA RED DE TELECOMUNICACIONES AERONÁUTICAS (ATN)

En el desarrollo del modelo de referencia genérico de la OACI, para definir los aspectos

técnico operacionales, la red ATN está concebida para proporcionar servicios de

comunicaciones de datos a los prestadores de servicios de navegación aérea y

compañías de operadores aéreos principalmente para transportar datos que soporten los

siguientes tipos de servicios [7] [8]:

� Comunicaciones de los servicios de tránsito aéreo (ATSC) con la aeronave;

� Comunicaciones de los servicios de tránsito aéreo entre dependencias ATS;

� Comunicaciones de control de las operaciones aeronáuticas (AOC);

� Comunicaciones aeronáuticas administrativas (AAC);

Los primeros tres servicios, señalados anteriormente, son indispensables para el

desarrollo seguro de la movilidad aérea y buscan, mediante el intercambio de mensajes

con las tripulaciones de aeronaves, explotadores de aeronaves y dependencias de

control de tránsito aéreo involucradas, prevenir colisiones entre aeronaves en vuelo y en

áreas de maniobras de aeropuertos y mantener el orden y la capacidad del flujo de

tránsito aéreo [9] [16] [17]. Este tipo de servicios están hondamente relacionados con la

seguridad operacional y exigen una alta integridad y disponibilidad [4][18]. El último

servicio no está relacionado con la seguridad operacional y se enfoca en las

comunicaciones de carácter administrativo y privado [8].

La red ATN está modelada mediante la aplicación del modelo de referencia por capas de

la OSI [4] [9], donde se logra comunicar sistemas de usuario final (comunicación

extremo-extremo), que pueden ser fijos (dependencias ATS) o móviles (aeronaves), a

Capítulo 1 7

través de sistemas intermedios y subredes de comunicación de datos basadas en

enlaces de datos digitales [6] [11].

Figura 1-1: Modelo conceptual ATN [7]

En este orden de ideas la red ATN posee varias subredes que soportarán las

aplicaciones tierra-tierra, tierra-aire y aire-aire, que intercambian información entre las

siguientes entidades de manera general [4] [7]:

� Subred tierra-tierra: intercambia información entre dependencias de control de

tránsito aéreo y entre dependencias de control de tránsito aéreo y agentes

operadores de aeronaves [16].

� Subred tierra-aire: intercambia información entre dependencias de control de tránsito

aéreo y tripulaciones de aeronaves [9].

� Subred aire-aire: intercambia información entre tripulaciones de aeronaves [19].

Las subredes definidas son soportadas por conjuntos de tecnologías, con sus respectivos

protocolos, de enlaces de datos, que proveen ciertas ventajas unas sobre otras [20]. La

OACI define algunas de estas tecnologías en su normatividad y material guía [7], sin

embargo estas tecnologías señaladas no son restrictivas, pudiendo un prestador de




servicios utilizar una o un conjunto de tecnologías, diferentes a las normalizadas por la

OACI, que le permita cumplir con los requisitos operacionales [10] [21].

Las diferentes aplicaciones que se cursarán sobre la red ATN, serán utilizadas para

proveer comunicaciones, navegación y vigilancia (CNS) indispensables para la

prestación del servicio de gestión de tránsito aéreo (ATM) [11]. Para estas aplicaciones

aplica el mismo criterio que para las subredes, es decir, las mismas dependerán de un

conjunto de tecnologías y protocolos que no están definidos de manera restrictiva [7] [21].

Figura 1-2: Entorno de comunicación de datos en una red ATN [4]

Las aplicaciones genéricas se distinguen en aplicaciones tierra-tierra (T-T), aplicaciones

tierra-aire (T-A) y aplicaciones aire-aire (A-A), donde se definen las siguientes [11] [22]:

Aplicación T-T: La comunicación de datos entre instalaciones ATS (AIDC). Aplicación

genérica orientada a la comunicación de datos entre centros de control adyacentes para

compartir mensajes de coordinación de planes de vuelo. Usualmente utiliza la antigua red

AFTN o redes X.25 dedicadas para la comunicación de datos por los proveedores del

servicio [3]. Este es el caso del OLDI, estándar europeo, basado en X.25 que permite la

Capítulo 1 9

comunicación de datos entre centros de control adyacentes [23]. Las aplicaciones AIDC

sobre la red ATN se migrarán a redes IP utilizando protocolos de mensajería X.400

directamente o a través de un Gateway AFTN/AMHS [16] [24].

Aplicación T-T: Las aplicaciones de servicio de tratamiento de mensajes ATS (ATSMHS).

Aplicación genérica orientada a la comunicación de mensajería aeronáutica como

NOTAM´s, planes de vuelo, reportes meteorológicos y en general información

relacionada con el control y seguimiento de los vuelos [16]. Se aplicará mediante

protocolos IP y de mensajería X.400 [24].

Aplicación T-A: Las aplicaciones de enlace de datos piloto controlador (CPDLC).

Aplicación genérica para comunicaciones orientada al intercambio de datos

operacionales entre controlador y piloto para hacer seguimiento a la seguridad del vuelo

y transmitir mensajes de control de tránsito aéreo [9] [25] [26].

Aplicación T-A: Las aplicaciones de vigilancia dependiente automática en modo de

radiodifusión (ADS-B). Aplicación genérica para vigilancia aeronáutica que permite que el

controlador conozca la ubicación en cuatro dimensiones de la aeronave, así como su

identificación. Permite funcionalidades mejoradas que actualmente están en construcción

[26] [27].

Aplicación T-A: Aplicaciones de servicios de información de vuelo (FIS). Aplicación

genérica que permite entregar a las tripulaciones de las aeronaves información de

advertencia y de utilidad para la conducción segura y eficiente de los vuelos [8] [26].

Aplicación A-A: Aplicaciones de vigilancia dependiente automática en modo de

radiodifusión entre aeronaves (ADS-B IN). Aplicación genérica que permite que las

tripulaciones de las aeronaves tengan información de tráfico circundante en tiempo real,

en todas las fases del vuelo, permitiendo incrementar los niveles de seguridad [27] [28].

1.2.1 AMHS

Air Traffic Services Messages Handling System (ATSMHS) o Aeronautical Message

Handling System (AMHS). Es una aplicación genérica orientada a proveer intercambio de




mensajes aeronáuticos como NOTAM's, planes de vuelo, reportes meteorológicos y en

general información relacionada al control y monitoreo de los vuelos que surcan

determinado espacio aéreo [3]. Adicionalmente es una aplicación de mensajería que no

está limitada sólo al intercambio de texto, sino también permite el intercambio de

imágenes, archivos, audio y video [29].

Las especificaciones técnicas detalladas se encuentran en los documentos OACI 9880,

9705 y 9869. Estos documentos definen diferentes niveles de servicio ATSMHS dentro

de los cuales se encuentran los básicos y los extendidos [15] [16] [17].

Los servicios ATSMHS básicos son usados para desarrollar tareas operacionales muy

similares a las realizadas por la red AFTN (Aeronautical Fixed Telecommunication

Network) mejorando en esencia un aspecto que es cambiando el uso de redes X.25

(plataforma nativa de la AFTN) por redes IP y actualizando su funcionamiento a las

nuevas plataformas de software y hardware disponibles. El formato de los mensajes es el

mismo y básicamente solamente se puede transmitir texto.

El servicio ATSMHS extendido incluye el servicio básico adicionando una serie de

capacidades adicionales como lo son la trasmisión de todo tipo de datos incluyendo

archivos de imagen y video. La inclusión del servicio básico en el servicio extendido es

muy importante debido a que los proveedores que poseen capacidades de servicios

básicos pueden interconectarse con sistemas que usan capacidades de servicios

extendidos asegurando su compatibilidad y que la red funcione apropiadamente. En este

contexto el nivel de servicio deseado es el servicio extendido luego la implementación del

servicio básico está planeada para ser usado en un plazo y con propósitos de transición

únicamente.

La OACI define una serie de sistemas finales que colectivamente conforman un sistema

AMHS. Estos elementos trabajan juntos para cumplir los requerimientos operacionales de

cada tipo de servicio. Los sistemas finales definidos son:

- ATS Message Server

- ATS Message User Agent

Capítulo 1 11

- AFTN/AMHS Gateway (Aeronautical Fixed Telecommunication Network / ATS

Message Handling System)

El entorno operacional AMHS define dos diferentes tipos de usuarios. Los usuarios

directos que se conectan a los ATS Message Servers (MS) a través de los ATS Message

User Agents (UA) con capacidades básicas o avanzadas y los usuarios indirectos que

poseen capacidades y funcionalidades básicas que corresponden a las de la antigua red

AFTN, usando las capacidades de inter-networking provistas por el Gateway

AFTN/AMHS.

Las bases de datos AMC (ATS Messaging Management Centre) proporcionan funciones

de soporte como lo son la resolución de destinatarios en una tabla de direcciones para

habilitar a un originador de un mensaje la capacidad de determinar si un usuario AMHS

(UA) está en capacidad de recibir un mensaje antes de iniciar un intercambio de

información. El uso de estas bases de datos implica un paso adicional en la

comunicación que consiste básicamente en una acción de polling (encuesta) con el fin de

listar los usuarios capaces de recibir un mensaje [30].

El sistema AMHS es una aplicación nativa IP por lo tanto utiliza un set de protocolos IP y

también se puede implementar bajo recomendaciones X.400 [31].

1.2.2 AIDC

ATS Interfacility Data Communications (AIDC). En una aplicación genérica orientada a

proveer comunicaciones de datos entre centros de control de área adyacentes con el fin

de compartir mensajes de coordinación de vuelos modificando planes de vuelo

existentes. Los vuelos que son gestionados bajo el control de una unidad de control de

tráfico aéreo pueden ser transferidos a otra unidad de control de tráfico aéreo de una

manera segura manteniendo la integridad del vuelo de tal manera que deben definirse

por las dos partes procedimientos para lograr este objetivo. Usualmente este trabajo se

realiza mediante comunicaciones de voz entre controladores lo cual aumenta la carga de

trabajo de dicho personal y limita el número de vuelos que pueden ser coordinados al

mismo tiempo [32].




Este requerimiento se ha hecho más exigente debido al incremento de los flujos de

tráfico que cruzan las fronteras de una FIR y TMA hacia otras y por lo tanto se requiere

mejorar la eficiencia y precisión de estos procesos por parte de los proveedores de

servicios a la navegación aérea. Un proceso armonizado, incluyendo procedimientos y

protocolos para intercambiar datos entre múltiples dependencias de control de tránsito

aéreo dentro y a través de regiones de información de vuelo es crítico para cumplir con

este requerimiento. Cada proveedor de servicio de navegación aérea desarrolla su propio

sistema de automatización e implementa su proceso AIDC para intercambiar datos entre

sus centros de control de área (ACCs) y cualquier otra dependencia aplicable.

En general, cada par de proveedores de ATC planean para implementar AIDC deben

seleccionar un conjunto de mensajes aplicables para cumplir con sus requerimientos

operacionales.

Usualmente para la provisión de este servicio se utiliza la Antigua red AFTN o redes

dedicadas X.25 [30] [32]. Este por ejemplo es el caso del OLDI, este es un estándar

europeo que permite establecer comunicación de datos habilitando por una red X.25 la

conexión de centros de control adyacentes. Las aplicaciones AIDC sobre la ATN

migrarán a redes IP usando protocolos X.400 o HTTP directamente o a través de un

Gateway AFTN/AMHS [3] [33].

1.3 ACTIVIDADES DE IMPLEMENTACIÓN Y ESTANDARIZACIÓN

Cada prestador de servicios de navegación aérea u organismo rector de aviación civil,

implementará su propia red ATN teniendo en consideración los siguientes aspectos de

funcionamiento para el modelamiento de la arquitectura y diseño de la red, con el fin de

lograr las suficientes capacidades para el cumplimiento de los requerimientos

operacionales [3] [11] [34]:

� Tecnologías de transporte y enlace de datos

� Movilidad

Capítulo 1 13

� Acceso

� Seguridad

� Calidad de Servicio (QoS)

� Interoperabilidad con otras redes ATN

� Compatibilidad con los servicios actuales de comunicaciones (servicios de voz)

� Migración gradual hacia los nuevos servicios de comunicaciones

� Capacidad de crecimiento y actualización

Para lograr este cometido, se requiere que la arquitectura de las redes ATN permitan el

manejo transparente de diversas tecnologías para el enlace de datos, ya sean estos

enlaces terrestres o satelitales [34]. Por otra parte como generalidad el objetivo principal

trazado para la implementación y estandarización se basa en que los requisitos

operacionales para los diversos espacios aéreos sean homogéneos, permitiendo que la

misma aviónica pueda interactuar con diferentes equipos en tierra, cuando se pasa de un

dominio de red a otro [11] [35][36].

Figura 1-3: Esquema evolutivo de los desarrollos y estándares de la red ATN [32]

En la siguiente sección se hará una descripción analítica del estado de las actividades de

implementación y estandarización de los diferentes organismos rectores de la aviación

civil y de prestadores de servicios de navegación aérea. Se tomará como contexto y

alcance del análisis los esfuerzos realizados por la OACI como principal entidad

normativa en aviación civil a nivel mundial [32], los esfuerzos europeos enmarcados en el

proyecto SESAR [12] [13], las actividades realizadas por la FAA (Federal Aviation




Administration) y NASA (National Aerospace Administration) estadounidenses [12] [14] y

la estrategia tomada por los estados de la región Caribe y Suramérica, en la cual se

encuentra Colombia, para la implementación de las redes ATN [3] [15], tal como se

muestra en el esquema evolutivo de la figura 1-3.

1.3.1 OACI

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), órgano rector a nivel mundial,

establece en sus normas y métodos recomendados [7], así como en el material guía

disponible los requisitos mínimos que debe cumplir la red ATN por parte de cualquier

prestador de servicios de navegación aérea a nivel mundial [4] [8].

Figura 1-4: Arquitectura de una ATN/IPS [11]

El objetivo principal de la OACI a través de su grupo de trabajo ACP (Aeronautical

Communications Panel) fue el de acoger las mejores prácticas de ingeniería y

operacionales de la industria para plasmarlas en un documento de detalle específico,

donde la arquitectura de red, aplicaciones y servicios prestados por la ATN fuesen

definidos. Este documento, denominado DOC 9880, se culminó en el año 2006

publicándose en el 2010 su versión final [9]. En este documento de estandarización la

Capítulo 1 15

OACI se inclina por la utilización de protocolos OSI en un ambiente de comunicación de

datos basado en el modelo genérico de referencia de siete capas de la ISO [7] [16] [17].

De manera paralela, la OACI, siguió desarrollando una manera alternativa de

implementación de la red ATN basada en una suite de protocolos IP (ATN/IPS),

utilizando una arquitectura de red simplificada de cuatro capas según establece la

Internet Society (ISOC) Internet standard STD003. Asimismo, la utilización de protocolos

de red comerciales definidos por el IETF en sus documentos RFC, en especial el uso de

IPv6 y TCP, es la estandarizada por la OACI en el DOC 9896, publicado en el 2010 [11]

[37]. Esta arquitectura de red presenta ventajas sustanciales para su implementación con

respecto a la descripción basada en el modelo ISO/OSI entre las que se cuentan las

siguientes [38]:

El desarrollo de protocolos OSI está estancado por falta de interés comercial y el

desarrollo de productos comerciales de ATN utilizando este concepto será costoso y

demorado.

Las comunicaciones aeronáuticas necesitan lo mejor del estado del arte, por lo anterior,

el protocolo IPv6 es el protocolo mejorado para redes que puede cumplir con los

requerimientos operacionales definidos.

El interés comercial por el desarrollo de aplicaciones para el protocolo IPv6 es mucho

mayor y hay bastantes esfuerzos en la industria por mejorar este producto de manera

importante.

Como se observa en la figura 1-4, el modelo de arquitectura de la red se basa

principalmente en protocolos del IETF. Analizando los factores de implementación vistos

con anterioridad se tiene que, para la capa física y de enlace de datos no se define

ningún protocolo o medio de transmisión en particular, tan sólo se evidencia que puede

ser una combinación de tecnologías que cumplan con los criterios operacionales o que

estén ya regladas en los SARPS [7] [11].

Para la capa de red se basa principalmente en el protocolo IPv6 definido en la RFC 2460.

La utilización de IPv6 permite en este caso garantizar movilidad (RFC3775), capacidad




de enrutamiento dinámico entre redes (BGP-4 RFC2858) y calidad de servicio (Diffserv

RFC2475) [11].

Para lograr el aspecto de interoperabilidad con las redes existentes se implementa el

protocolo de compatibilidad entre IPv4 e IPv6 definido en RFC4213 y para la

compatibilidad con servicios de voz utiliza el protocolo VoIP RFC 3246 [11].

Si bien el aspecto de seguridad en la parte móvil y fija de la red no es tratada como

obligatoria sino como opcional, si se recomienda la utilización de protocolos IPSec e

IKEv2, tanto en los enlaces tierra-tierra y tierra-aire [11].

En la capa de transporte se utilizan los protocolos TCP y UDP, pero no se establece una

diferenciación para que servicios y aplicaciones debe utilizarse uno y otro. Para lograr

compatibilidad y eficiencia en la utilización del ancho de banda en los enlaces satelitales

se utilizan algoritmos ROHC (Robust Header Compression) [11].

1.3.2 EUROCONTROL

La estrategia de EUROCONTROL (European Organisation for the Safety of Air

Navigation) se basa en el concepto operacional COCR (Communications Operating

Concept and Requirements for the Future Radio System), realizado en conjunto con la

FAA donde se enfatiza la necesidad de incrementar las capacidades de infraestructura

de comunicaciones con la proyección de que las operaciones aéreas se duplicarán en los

espacios aéreos europeos y norteamericanos en el año 2020 [12].

El concepto COCR enfatiza el hecho de que el grueso de las comunicaciones

aeronáuticas, serán datos que se intercambiar mediante enlaces digitales, lo que implica

una modificación de la infraestructura de comunicaciones actual, migrando hacia una red

uniforme y homogénea que permita comunicaciones “sin costuras” en todo el espacio

aéreo controlado [23] [34].

Capítulo 1 17

Es así como operacional y técnicamente se trata de definir un cielo único europeo en el

marco del proyecto SESAR y dentro de estos esfuerzos resaltan el proyecto IPAX y el

proyecto NEWSKY [13] [19].

Figura 1-5: Arquitectura de integración de red según el proyecto NEWSKY [39]

El primero de ellos IPAX es una iniciativa de EUROCONTROL con el fin de migrar la red

que se tenía en el momento para comunicaciones tierra-tierra, basada en X.25, a una red

basada en protocolos TCP/IP, donde convergerían los servicios ATSMHS y AIDC, para

comunicar de manera uniforme las dependencias ATS en todo el continente europeo y

realizar la coordinación civil militar [40]. Los resultados finales son compatibles con la

estructura de red definida por la OACI en su DOC 9896 y logró migrar todo el tráfico

basado con anterioridad en X.25 a IP [13].

El proyecto Newsky logró la homogeneidad de las comunicaciones en el espacio aéreo

europeo teniendo como base el concepto COCR y sirviendo a su vez como referencia

para la construcción de espacio aéreo único europeo planteado en el proyecto SESAR,

haciendo converger todas las aplicaciones aeronáuticas en una sola red mediante una




arquitectura de red orientada a los servicios (SOA) e independiente de las capas de

acceso al medio y de enlace de datos [13] [20] [39].

Con la solución de red planteada por Newsky se logró superar los obstáculos relativos a

la movilidad, seguridad, calidad de servicio y acceso al medio consiguiendo con esto una

arquitectura de red integrada compatible con todos los servicios aeronáuticos móviles y

fijos [10] [21] [41] [42].

1.3.3 FAA y NASA

En los Estados Unidos se ha tomado el concepto operacional COCR desarrollado en

conjunto con EUROCONTROL, para dar paso a un concepto de cielo único

norteamericano conocido como NEXTGEN, homólogo del proyecto SESAR europeo [12]

[13].

Desde el punto de vista de la red fija aeronáutica la FAA ha venido implementando un

proyecto de transición de redes fijas basadas en X.25 a redes basadas en IP, similar la

desarrollada en IPAX y orientada principalmente al remplazo de la antigua red AFTN por

AMHS [36]. Este proyecto se ha venido desarrollando desde el 2007 y ha sido bastante

gradual ya que debido a la interacción de los espacios aéreos norteamericanos con las

regiones Asia/Pacífico, Caribe/Sudamérica, Norteamérica y Europa, la planificación debe

ser concertada en su totalidad para evitar problemas operacionales derivados de la

migración paulatina de servicios. Los principales esfuerzos del proyecto están enfocados

a la migración de redes X.25 a IP, el establecimiento de una red para aplicaciones tierra-

tierra basada una suite de protocolos IPS de acuerdo a lo señalado por OACI y la

integración de esta red tierra-tierra a las subredes tierra-aire [43].

Para la migración de la red que soporta los servicios móviles aeronáuticos la FAA ha

venido teniendo el apoyo de NASA, con el fin de establecer una infraestructura futura de

comunicaciones basada en una arquitectura orientada a los servicios (SOA) e integrada a

la red ATN fija, además que cumpla con los requerimientos operacionales de los

conceptos COCR y NEXTGEN [36].

Capítulo 1 19

La primera fase del plan está orientada al año 2020 [12] [36] y se está implementando

mediante el despliegue extensivo de infraestructura en tierra [14] [44], destinada a

proveer tecnologías de enlace de datos como VDL modo 2 y 3 [6] [25] [41], radares en

modo S y redes de estaciones ADS-B, con tecnologías 1090 ES y UAT, para prestar

servicios de vigilancia e información de tránsito en tiempo real a las aeronaves [44].

Con la solución de red planteada por NASA y FAA, se considera que al 2020 se

superarán los obstáculos relativos a la movilidad, seguridad, calidad de servicio y acceso

al medio consiguiendo con esto una arquitectura de red integrada compatible con todos

los servicios aeronáuticos móviles y fijos [5] [14] [45].

1.3.4 Región CAR/SAM (Caribe y Suramérica)

La región CAR/SAM debido a su bajo volumen de tráfico aéreo comparado con los

espacios aéreos de Europa y Estados Unidos, no está en la actualidad cambiando el

concepto operacional de comunicaciones o iniciando un proceso de establecimiento de

cielo único en esta región. La planificación de los estados conformantes de la región, con

respecto a las comunicaciones aeronáuticas, ha sido bastante disímil en los últimos años

y las mismas obedecen a la diversidad de condiciones imperantes en la región,

principalmente lo relacionado con factores como: tamaños de los espacios aéreos,

seguridad nacional, condiciones económicas, factores políticos asociados a la

cooperación internacional, volumen de tráfico, modernización de la flota y condiciones

cambiantes del mercado de la aviación en cada estado [3].

Sin embargo, los estados miembros de la OACI, a través de los proyectos regionales de

planificación e implementación de las comunicaciones aeronáuticas, en la región, hacen

esfuerzos por integrar sus redes nacionales a una red planificada ATN para la región

SAM [15]. La conveniencia de la implementación de estas redes nacionales, basadas en

suites de protocolos IP [11], en contraposición a los protocolos OSI como se explicó en la

sección 1.3.1, se sustenta para los diferentes estados conformantes de la región en lo

siguiente [3]:

� Modelo de negocios: desde el punto de vista financiero hay mayor competencia

de proveedores de dispositivos y software IP lo que favorece la tasación que se




haga de los sistemas y permitirá que los estados obtengan mejores precios de

implementación y desarrollo.

� Soporte Industrial: hay un mayor conocimiento de los protocolos IP que permitirá

conseguir un mejor soporte a precios bajos.

� Seguridad: los protocolos IP poseen características más elaboradas de seguridad

que permiten incrementar estas funcionalidades en la red nacional a bajos costos.

También es importante resaltar que los costos de implantación y capacitación se reducen

escogiendo la posibilidad de protocolos IP sobre los protocolos OSI [3] [15].

Figura 1-6: ESQUEMA ATN/REDDIG II/SERVICIOS [15]

Desde el punto de vista de la implantación de servicios aeronáuticos convergentes en

posibles las redes nacionales ATN de la región CAR/SAM hay que indicar que al

momento el establecimiento de comunicaciones en enlace de datos, tanto para

aplicaciones tierra-tierra y tierra-aire son bastante pocas. Es así como para el caso de los

servicios AIDC, su utilización operacional es prácticamente nula a nivel internacional y

tan solo un estado la tiene reglamentada y operativa a nivel nacional dentro de su propio

espacio aéreo. Luego las coordinaciones entre dependencias ATS se dan principalmente

mediante circuitos telefónicos de voz a nivel nacional y a nivel internacional a través de la

REDDIG [3] [15].

Capítulo 1 21

Desde el punto de vista de los servicios ATSMHS se ha venido realizando de manera

gradual pero incentivada en los últimos años un proceso de migración de las antiguas

redes AFTN a redes modernas AMHS. La OACI ha impulsado este proceso y cada

estado en particular posee su propia planificación al respecto. Los procesos de

interconexión entre estados con este servicio se vienen dando de manera acelerada y

permitirá en un futuro la minimización de las comunicaciones de voz entre dependencias

ATS internacionales adyacentes [15] [31].

El establecimiento de la REDDIG II permitirá que este sea el primer servicio en migrar

debido principalmente a que es nativo IP y no requiere de infraestructura adicional que es

costosa y demorada en implementar [3] [15].

Actualmente los avances de establecimiento de enlaces de datos para comunicaciones

tierra-aire, están bastante atrasados principalmente por los siguientes factores: subredes

de comunicaciones tierra-aire en construcción (VDL y Modo S), falta de equipamiento en

la flota que retrasa las decisiones políticas al respecto y no claridad en las cifras de

retorno de las inversiones realizadas [1] [3] [46].

Los países que tienen enlace de datos, en la región, son para comunicaciones

administrativas de las aerolíneas que no tienen que ver con la seguridad del vuelo. Estas

comunicaciones se dan principalmente vía ACARS por proveedores de servicios privados

como ARINC o SITA y no están integradas a las redes nacionales que sirven a las

comunicaciones aeronáuticas [3] [29] [46].

Por otra parte en la actualidad la OACI en el marco del proyecto REDDIG II está

desarrollando las bases de lo que será la arquitectura de la red ATN para la región

CAR/SAM [47].

1.3.5 El caso Colombiano

La posición geográfica de Colombia es privilegiada debido a que, por su área de

jurisdicción para el control de tráfico aéreo, por allí pasa una gran cantidad de rutas que

comunican Suramérica con Norteamérica además de una gran porción de rutas que

comunican con Europa. El flujo de tráfico aéreo en Colombia ha venido creciendo de




manera constante a un promedio de 7% en los últimos 6 a 7 años como se observa en la

Figura 1-7 y Figura 1-8. Este crecimiento se da principalmente para el tráfico nacional e

internacional y en una menor medida para los sobrevuelos [1] [2]. Este sustancial

aumento del flujo de tráfico aéreo y sus proyecciones para los próximos años requieren

que el proveedor de servicios de navegación aérea incremente el nivel de automatización

con el fin de satisfacer la demanda y asimismo disminuir la carga de trabajo de los

controladores de tránsito aéreo.

Figura 1-7: Operaciones aéreas tráfico nacional [55]

Como estrategia de planificación en Colombia se ha tomado en cuenta las conclusiones

del Grupo de Planificación e Implementación para la región Caribe/Suramérica

(GREPECAS), formado en 1989 el cual establece la implementación regional y los planes

de acción para las aplicaciones ATN tierra-tierra así como los requerimientos técnicos

para incrementar la seguridad operacional y la eficiencia en la provisión de servicios de

tráfico aéreo en la región CAR/SAM [13] [46]

Desde el punto de vista de la implementación de servicios de comunicaciones

aeronáuticas basadas en enlaces de datos digitales, en una ATN nacional debería

Capítulo 1 23

tomarse en cuenta que el establecimiento de estos servicios para aplicaciones tierra-

tierra debe ser gradual [14] [31]. Una de las razones más importantes para esta

gradualidad en la implementación tiene que ver con las capacidades de transporte de

datos que tienen las redes actualmente utilizadas por los prestadores de servicios de

navegación aérea. Estas redes en la mayoría de los casos no son homogéneas y no

pueden implementar de manera transparente estos servicios [33].

Figura 1-8: Operaciones aéreas tráfico internacional [55]

El control nacional del espacio aéreo en Colombia se realiza desde dos centros de

control de área (ACC´S) y seis unidades de control de aproximación (APP´s).

Estos centros de control y unidades de control poseen capacidad de visualización de

datos de vigilancia aeronáutica y un nivel de automatización tal que les permite el uso

operacional de datos aeronáuticos para la implementación de servicios como AIDC y

AFTN/AMHS. Adicionalmente en los últimos años se han venido implementando

unidades de control de aproximación adicionales que actualmente poseen capacidades

de visualización de datos de vigilancia aeronáutica y datos de información aeronáutica

como ayuda básica y en proceso de implementación de su uso operacional.




Entre estas unidades de control de tráfico aéreo y varios aeropuertos en el país están

siendo implementadas de manera reciente aplicaciones para el intercambio automático

de información aeronáutica de manera efectiva.

AIDC

En la región CAR/SAM el uso operacional del servicio AIDC a nivel internacional no está

siendo implementado de manera importante y únicamente un estado tiene regulado y en

operación este servicio de manera nacional dentro de su propio espacio aéreo [29].

En Colombia, el medio principal de coordinación entre dependencias ATS es la voz

comunicada mediante circuitos telefónicos a nivel nacional e internacional. Por varios

años los prestadores de servicios de navegación aérea en la región han venido

trabajando al amparo de GREPECAS para implementar el servicio AIDC por medio de un

documento de interface de control (ICD) que permitirá la interoperabilidad de centros de

control adyacentes en la región CAR/SAM [13].

Incompatibilidades entre las tecnologías utilizadas por los diferentes estados y

organizaciones en la región CAR/SAM e incluso dentro de los mismos estados,

incluyendo a Colombia ha hecho que esta implementación sufra retrasos.

Tomando esto en consideración Colombia inició un proceso de conectividad entre sus

centros automatizados de control de tráfico aéreo adyacentes a través de líneas OLDI

basadas en el estándar EUROCONTROL, aprovechando que es un protocolo común a

varios de los sistemas automatizados de control de tráfico aéreo actualmente en

operación en el país. Esta iniciativa es parte de un proyecto piloto para evidenciar las

ventajas y riesgos operacionales en su implementación además de mostrar al personal

operativo de controladores de tráfico aéreo para que observen el potencial y desempeño

operacional de estas aplicaciones.

En 2011 se logró la primera conexión entre los centros control de Cali y Bogotá y

Villavicencio y Bogotá como es mostrado en la Figura 1-9. Esta conexión ha sido

operacionalmente probada y los resultados fueron exitosos. Las conexiones OLDI con

otros centros de control están en proceso de implementación y puesta en servicio a la par

Capítulo 1 25

de la modernización de los centros de control del país tarea que se espera ser

completada en el año 2015 [29].

Figura 1-9: ACC´s en Colombia y sus conexiones OLDI [29]

Actualmente los centros de control de tráfico aéreo están siendo renovados y se espera

con esto que su tecnología sea migrada de servicios basados en redes X.25 a redes IP

en el futuro cercano. Sin embargo las líneas OLDI permanecerán como un medio de

comunicación estándar para servicios AIDC. Internacionalmente Colombia aplica las




conclusiones de GREPECAS en el proceso de armonización para intercambio de datos

entre FIR adyacentes, por medio de la firma de los memorandos de entendimiento

necesarios entre estados para la coordinación automática entre centros de control de

tráfico aéreo adyacentes [1] [2] [29].

AMHS

En la decimocuarta reunión del grupo (GREPECAS) que tuvo lugar en Abril del 2007 en

Costa Rica, se monitoreo los programas de implementación para el desarrollo de la

ATN/AMHS por parte de los diferentes estados y organizaciones internacionales.

Argentina, Estados Unidos, Trinidad y Tobago y COCESNA reportaron el estado de sus

respectivas implementaciones para el servicio AMHS. De manera análoga Paraguay

reportó el desarrollo actual de la implementación en su país [29].

Mientras tanto Colombia, estableció en esta reunión que en sus planes de transición

CNS/ATM implementaría la transición a sistemas AMHS a parir del año 2009. La

implementación de este sistema se convirtió en un compromiso internacional del país

como miembro de la región CAR/SAM. Este requerimiento adquirió una importancia

mayor debido a las limitaciones técnicas relativas a las redes convencionales AFTN

además de su obsolescencia tecnológica.

La arquitectura del sistema AMHS en Colombia, mostrado en la Figura 1-10, cumple con

las recomendaciones de la OACI para un sistema AMHS extendido (ATSMHS) y contiene

los siguientes elementos:

- Servidor de mensajes ATS redundante

- Gateway de comunicaciones entre redes AFTN/AMHS (Aeronautical Fixed

Telecommunication Network/ATS Message Handling System) redundante y

noventa y uno (91) agentes de usuario ATS

Inicialmente en 2009 se procedió con la conexión a través del sistema AMHS de treinta y

cuatro (34) aeropuertos a nivel nacional por medio de la instalación de sesenta y tres (63)

terminales de usuarios. Luego en 2012 se amplió la red a catorce (14) aeropuertos más

par a un total de noventa y un (91) terminales de usuario [29].

Capítulo 1 27

De una manera paralela se realizó la interconexión de sistemas externos a la red a través

del Gateway AFTN/AMHS como procesadores de planes de vuelo (FDP's) de los

sistemas de control de tráfico aéreo, sistemas ATIS, sistemas de departure cleareance,

base de datos NOTAM/OPMET, terminales de usuario AFTN, impresoras y algunas

terminales de usuario AFTN y AMHS de la Fuerza Aérea Colombiana y de los

operadores de aeronaves [29].

Figura 1-10: AMHS Colombia. Arquitectura del sistema

Con respecto a las conexiones internacionales con centros de comunicaciones

adyacentes de los diferentes estados/organizaciones y Colombia se ha continuado

usando las antiguas conexiones AFTN existentes por medio del Gateway AFTN/AMHS

implementado (ver Tabla 1-1). Para la conexión con el Perú después de establecer los

protocolos de operación y la firma de un memorando de entendimiento entre los dos

estados en Noviembre del 2010 entró en operación el intercambio de mensajería

aeronáutica entre los MTA's (por medio de protocolos P1 - AMHS), convirtiéndose en la

primera conexión entre redes AMHS de la región SAM [48].




Tabla 1-1: Tipo de conexiones entre Colombia y centros de comunicaciones

adyacentes [29]

En Diciembre de 2012 la UAEAC publicó el documento AIC A17/10, C17/10 "IN

OPERATION THE COLOMBIAN ATS MESSAGE HANDLING SYSTEM - AMHS-CO". En

este documento se notifica a los usuarios de la aviación en Colombia y a nivel

internacional que la operación del sistema AMHS ha sido establecida [48].

Colombia en el año 2014 y 2015 está actualizando el sistema con el fin de cumplir con la

actualización del plan de vuelo de la OACI como quedó establecido en la enmienda No 1

a la 15 edición del documento PANS-ATM (Doc 4444), con el fin de cumplir con las

necesidades de la aviónica y las nuevas capacidades de los diferentes centros de control

automatizados de tránsito aéreo.

1.4 Tendencias Futuras

Las tendencias futuras en el establecimiento de redes ATN a nivel mundial seguirá

siendo la integración de red uniforme, permitiendo comunicaciones de manera

homogénea (“sin costuras”) a nivel mundial [12], acogiéndose a los conceptos

operacionales basados en espacios aéreos únicos [32].

Desde el punto de vista técnico se seguirán desarrollando arquitecturas de red (IPS) y

protocolos (IETF) que potencialicen los siguientes aspectos, tanto en las redes fijas como

móviles [10] [12] [32] [41] [45]:

Capítulo 1 29

La arquitectura de red, para poder brindar la seguridad propuesta, segrega el tráfico

operacional del no operacional de manera física, esto se logra mediante la utilización de

dos routers uno para cada tipo de tráfico. Adicionalmente mediante la utilización de

túneles entre los routers móviles de las aeronaves y los home agents (HA) en tierra, que

estarán ubicados en gateways de los prestadores de servicios, que proveerán acceso

seguro [49].

Para lograr la movilidad necesaria la arquitectura de red propuesta utiliza protocolo

Mobile IPv6 y sus extensiones, como Network Mobility (NEMO) y optimización del

enrutamiento (RO).

Para brindar calidad de servicio (QoS) esta se basa en DiffServ, segregando tráfico

operacional y no operacional y etiquetando tráfico en los túneles establecidos para

optimizar el transporte de los datos según la criticidad del servicio (Navegación,

Comunicaciones o Vigilancia), para los enlaces inalámbricos móviles.

Para los enlaces terrestres fijos se utilizarán protocolos orientados a la conexión como el

caso de TCP (Transfer Control Protocol) [50].

En general la tendencia futura es la amplía utilización de protocolos abiertos COTS

(Commercial of the Shelf), principalmente por la gran cantidad de productos comerciales

y la investigación y desarrollo destinados a su optimización, en contraposición a la

utilización de protocolos propietarios ISO/OSI.

Figura 1-11: Plan de implementación de tecnologías y aplicaciones ATN [29].

A nivel nacional y regional en el desarrollo de redes ATN se tomará como objetivo la

integración de aspectos uniformes que permitirá la comunicación en un ambiente “sin

costuras” a nivel nacional en cada estado y entre los estados de la región [19] [21] [30]

[32], usando las conclusiones y los conceptos operacionales basados en un único




espacio aéreo establecidos por GREPECAS. El plan de transición para estos servicios se

muestra en la figura 1-11.

Desde el punto de vista técnico la tendencia es la implementación de una red ATN/IPS

basada en una arquitectura de red IP usando una suite de protocolos IETF como esta

sugerido en las SARP´s de la OACI correspondientes. Este tipo de implementación

atiende a factores económico, de soporte de la industria, políticas de seguridad y

ventajas en la capacitación del personal de soporte y mantenimiento [10] [28] [29] [32]

[42] [44]. Adicionalmente esta red ATN debe ser exclusivamente implementada para ser

una red privada para el transporte de datos aeronáuticos separando los datos

corporativos.

Para el transporte de la información se contempla el uso de la red de transporte de

información existente por parte del prestador de servicios de navegación aérea. Para los

sitios donde por razones económicas o técnicas no sea beneficioso la extensión de la red

propia se puede utilizar un tercero como para que preste el servicio portador

considerando aspectos de seguridad previamente [8] [11] [14].

Como tendencia se tiene planeado la implementación de los servicios fijos aeronáuticos

migrándolos de redes X.25 a redes IP [31].

A nivel nacional los servicios AMHS serán completamente migrados a servicios AMHS

extendidos, actualizando completamente los actuales sistemas externos que aún utilizan

interfaces AFTN como procesadores de planes de vuelo (FDP's) de los sistemas de

control de tráfico aéreo, sistemas ATIS, sistemas de departure cleareance, base de datos

NOTAM/OPMET, terminales de usuario AFTN, impresoras y algunas terminales de

usuario AFTN de la Fuerza Aérea Colombiana y de los operadores de aeronaves aún en

uso.

Esto con el fin de eliminar la necesidad de un gateway AFTN/AMHS. La gradual

realización de esto depende de en cuanto avance la modernización de estos sistemas en

uso ahora.

Capítulo 1 31

Para la interconexión de las redes AMHS a nivel de la región CAR/SAM se seguirá

trabajando en la implementación de conexiones AMHS directas entre centros de

comunicaciones adyacentes a Colombia mediante la modernización de estos centros y el

establecimiento de los memorandos de entendimiento necesarios con los estados y

organizaciones [51].

Para la implementación de los servicios AIDC a nivel nacional estos deben ser

implementados directamente en la red AMHS una vez se realice la actualización de los

diferentes procesadores de planes de vuelo (FDP's) de los sistemas de control de tráfico

aéreo. Sin embargo las conexiones OLDI seguirán siendo usadas como soporte mientras

las conexiones IP estén totalmente realizadas. A nivel internacional Colombia aplicará el

ICD aprobado por los estados conformantes de GREPECAS [8].

Como contribuciones de la red de telecomunicaciones aeronáuticas para mejorar la

seguridad operacional pueden ser mencionados al menos tres aspectos que la

influencian de manera directa y considerable:

Confiabilidad incrementada del sistema de comunicaciones incluyendo el hardware y el

software. La comunicación por ser del tipo digital permite la implementación de métodos

de corrección de errores y validación de mensajes estándar, estableciendo chequeos

preliminares de texto antes de presentarlos al personal responsable de las operaciones

aéreas, minimizando la posibilidad de utilización operativa de mensajes incorrectos,

como puede ocurrir de manera frecuente en las comunicaciones de voz tradicionales,

dejando en un Segundo nivel en este caso las habilidades del operador con respecto al

uso del lenguaje y la fraseología respectiva, que es uno de los aspectos donde se debe

invertir en el entrenamiento del personal y si constante validación.

Integridad incrementada del sistema frente a fallas e interferencia externa. La

arquitectura de red usada permite la separación física de datos aeronáuticos de datos

administrativos o no operacionales, además la inclusión de protocolos de validación y

encriptación aseguran que el acceso a la plataforma de red es segura [32].

Reduce la carga de trabajo del personal operacional y por consiguiente aumenta la

capacidad de realizar tareas de manera automatizadas con el fin de elevar el rendimiento




del uso del espacio aéreo. El uso de redes digitales y su integración con sistemas de

procesamiento de información, permite una reducción significativa de la carga de trabajo

de los operadores de control de tráfico aéreo y tripulaciones de aeronaves, al incluir un

nivel de automatización tal que permite la eliminación de tareas repetitivas que se

realizan de manera manual y requieren de tiempo y concentración en el personal. La

automatización de estas actividades de rutina incrementan el número total de

operaciones aéreas que pueden ser controladas manteniendo el mismo número de

personas asignadas contribuyendo a reducir el déficit de personal operacional que es

ahora evidente en los proveedores de servicios de navegación aérea. Adicionalmente

esta reducción de tareas permite una reducción en los errores asociados a la dificultad de

controlar factores humanos como fatiga o pérdida de concentración [11] [32].

Capítulo 2 33

2. DETERMINACIÓN DE LOS CRITERIOS OPERACIONALES DE LA SUBRED TIERRA-TIERRA

En este capítulo se realizará la determinación de los criterios operacionales a ser tenidos

en cuenta para el diseño del modelo de la red a simular. Se iniciará dando una

descripción del espacio aéreo Colombiano para los niveles superiores e inferiores, se

mencionarán las áreas de tráfico homogéneas y se identificarán los sectores de control

involucrados. En la segunda parte del capítulo se identificarán las dependencias ATS

involucradas tanto por parte de la Aviación Civil como de la aviación de estado. Por

último se realizará la descripción del dimensionamiento de la red por cada servicio que se

quiere simular.

2.1 DEFINICIÓN DE LAS NECESIDADES DE COMUNICACIONES PARA EL SERVICIO DE CONTROL DE TRÁNSITO AÉREO A SUPLIR POR LA SUBRED TIERRA-TIERRA

2.1.1 EL ESPACIO AÉREO COLOMBIANO

El espacio aéreo Colombiano está dividido en espacios aéreos de nivel superior donde

se hallan las áreas terminales de nivel superior (UTA), iniciando en 24500 pies hacía

arriba y espacios aéreos de nivel inferior, iniciando desde tierra a 24500 pies, donde se

encuentran las áreas terminales (TMA), las áreas de control (CTA) y los centros de

información de vuelo (FIC). Estas áreas de control, que conforman en realidad

volúmenes de espacio aéreo, a su vez se subdividen en sectores de control los cuales




manejan una porción de estos espacios aéreos que se hallan sobre territorio continental

del país y sobre sus jurisdicciones marítimas.

Figura 2-1: Espacios aéreos de nivel superior Colombia [2]

- Espacios aéreos de nivel Superior

Colombia posee dos UTA que son la FIR Bogotá y la FIR Barranquilla. La primera de

ellas comprende aproximadamente el 80% del total del espacio aéreo y la segunda

comprende el 20% restante. Los sectores de control de nivel superior de cada FIR se

muestran en la Figura 2-1.

Estos son espacios aéreos controlados clase A que inician a una altitud desde 24500

pies hacía arriba. Dada la clase de estos espacios aéreo hace que solamente se

permitan vuelos IFR que estén sujetos en todo momento al control de tránsito aéreo. En

este espacio aéreo se prestan servicios radar proveyendo separación e información de

tráfico en todo momento a las aeronaves que se encuentran bajo jurisdicción del mismo.

La FIR Bogotá se controla desde el Centro Nacional de Aeronavegación cercano al

Aeropuerto El Dorado y la FIR de Barranquilla se controla desde el centro de

Aeronavegación del Caribe ubicado en el Aeropuerto Ernesto Cortizzos de Barranquilla.

Capítulo 2 35

Por estos espacios aéreos surca casi el 100% de los sobrevuelos sobre Colombia,

siguiendo las rutas mostradas en la Figura 2-2, y en ellos se desarrolla un gran

porcentaje de los vuelos nacionales e internacionales que se controlan desde el país.

Estos espacios aéreos de nivel superior limitan entre con espacios aéreos de otras

naciones y entre sí como se observa en la tabla 2-1.

Tabla 2-1: Regiones de Información de vuelo (FIR) en Colombia y sus límites

ITEM Regiones de Información de Vuelo (FIR) Colombia Limites con otras FIR´s

1 FIR BOGOTA

FIR BARRANQUILLA

FIR MANAOS

FIR CENAMER

FIR PANAMA

FIR LIMA

FIR GUAYAQUIL

FIR MAIQUETIA

2 FIR BARRANQUILLA

FIR BOGOTA

FIR PANAMA

FIR KINGSTON

FIR CURACAO

FIR MAIQUETIA

Existen patrones de flujo de tránsito aéreo que se refleja en las llamadas áreas

homogéneas de tráfico aéreo. En Colombia se han identificado al menos 4 de estas

áreas que se observan en la figura 2-3.

Un área homogénea de flujo permite realizar proyecciones de crecimiento a nivel

porcentual de cómo se comportará el flujo de tráfico aéreo dentro de uno o varios

espacios aéreos o sectores de control involucrados.

- Espacios aéreos de nivel inferior

Los espacios aéreos de nivel inferior son espacios aéreos controlados clase A y clase D.

Esto último implica que permiten la convivencia de vuelos IFR y VFR prestando servicios

de información de vuelo y separación para los casos de los vuelos IFR.




Figura 2-2: Principales rutas para sobrevuelos sobre Colombia [1]

Estos espacios aéreos de nivel inferior van desde tierra hasta altitudes de 24500 pies.

Asimismo existen diversos tipos de áreas de control como TMA, CTA y FIC.

Actualmente existen trece TMA´s, cuatro CTA´s y dos FIC. En la tabla 2-2 se muestran

los diferentes sectores de control y los respectivos centros de control desde donde se

explotan, además de si tienen o no tienen capacidad de conexión con un sistema FDP

para intercambiar mensajes AIDC.

Tabla 2-2: Espacios aéreos nivel inferior y sus FDP asociados

ITEM Espacios aéreos nivel inferior Lugar de explotación FDP asociado

1 TMA BOG Bogotá_ACC BOG_FDP

2 TMA BARRANQUILLA Barranquilla_ACC BAQ_FDP

3 TMA ANDES Cali_ACC CLO_FDP

4 TMA AMAZONIA Leticia_APP no tiene

5 TMA BUCARAMANGA Bucaramanga_APP BOG_FDP

6 TMA CALI Cali_ACC CLO_FDP

Capítulo 2 37

7 TMA CUCUTA Bogotá_ACC BOG_FDP

8 TMA EL YOPAL Villavicencio_ACC VVC_FDP

9 TMA MEDELLIN Rionegro_ACC RNG_FDP

10 TMA NEIVA Bogotá_ACC BOG_FDP

11 TMA PEREIRA Cali_ACC CLO_FDP

12 TMA SAN ANDRES San Andres_ACC ADZ_FDP

13 TMA VILLAVICENCIO Villavicencio_ACC VVC_FDP

14 CTA BARRANQUILLA NORTE Barranquilla_ACC BAQ_FDP

15 CTA BARRANQUILLA SUR Barranquilla_ACC BAQ_FDP

16 CTA CALI Cali_ACC CLO_FDP

17 CTA MEDELLIN Rionegro_ACC RNG_FDP

18 FIC VILLAVICENCIO NORTE Villavicencio_ACC VVC_FDP

19 FIC VILLAVICENCIO SUR Villavicencio_ACC VVC_FDP

Figura 2-3: Áreas homogéneas de tráfico aéreo en Colombia [1]




2.1.2 DEPENDENCIAS ATS INVOLUCRADAS

El control del espacio aéreo Colombiano se realiza desde dos centros de control de área

(ACC´S) y seis unidades de control ATS de aproximación (APP´s). Adicionalmente

existen cuarenta y seis aeródromos controlados en los cuales se efectúan labores de

control de tránsito aéreo de aeródromo. En la tabla 2-3 se resumen los aeródromos

controlados del país.

Tabla 2-3: Aeródromos controlados en Colombia

ITEM Aeródromos Controlados Código OACI Código IATA

1 Arauca SKUC AUC

2 Armenía SKAR AXM

3 Bahia Solano SKBS BSC

4 Barrancabermeja SKEJ EJA

5 Barranquilla SKBQ BAQ

6 Bogotá SKBO BOG

7 Bucaramanga SKBG BGA

8 Buenaventura SKBU BUN

9 Cali SKCL CLO

10 Carepa SKLC APO

11 Cartagena SKCG CTG

12 Cartago SKGO CRC

13 Corozal SKCZ CZU

14 Cúcuta SKCC CUC

15 Guaymaral SKGY GYM

16 El Yopal SKYP EYP

17 Florencia SKFL FLA

18 Girardot SKGI GIR

19 Guapi SKGP GPI

20 Ibagué SKIB IBE

21 Leticia SKLT LET

22 Manizales SKMZ MZL

23 Mariquita SKQU MQU

24 Medellín SKMD EOH

25 Mitú SKMU MVP

26 Monteria SKMR MTR

27 Neiva SKNV NVA

28 Pasto SKPS PSO

Capítulo 2 39

29 Pereira SKPE PEI

30 Popayán SKPP PPN

31 Providencia SKPV PVA

32 Puerto Asís SKAS PUU

33 Puerto Carreño SKPC PCR

34 Quibdo SKUI UIB

35 Riohacha SKRH RCH

36 Rionegro SKRG MDE

37 San Andrés SKSP ADZ

38 San José del Guaviare SKSJ SJE

39 Santa Marta SKSM SMR

40 San Vicente del Cagúan SKSV SVI

41 Saravena SKSA RVE

42 Tame SKTM TME

43 Tolú SKTL TLU

44 Tumaco SKCO TCO

45 Valledupar SKVP VUP

46 Villavicencio SKVV VVC

Del estudio preliminar se observa que hay dos fuentes de tráfico altamente diferenciadas:

los aeropuertos a través de las oficinas de información aeronáutica, esto incluye

aeropuertos de alto, medio y bajo tráfico, y los centros de control donde se maneja gran

cantidad de información desde los FDP´s hacia la red AMHS ya sea para la el tráfico

AMHS como tal o para el intercambio de información AIDC entre estos sistemas FDP.

Otra fuente de tráfico existente es la proveniente de usuarios externos al sistema

principal, como lo pueden ser las estaciones AMHS de las Fuerzas Militares, la unidad de

gestión de flujo (FMU), las conexiones internacionales y de las compañías operadoras de

Aeronaves.

Para el caso de la simulación se tomarán en cuenta como principal fuente de tráfico,

debido a su peso en el total de las operaciones aéreas a los aeródromos de la Fuerzas

Militares en Colombia adicionalmente también se incluirá la unidad de gestión de flujo

que por su naturaleza, si bien no genera tráfico operacional de planes de vuelo o

información meteorológica, si debe mantener actualizadas sus bases de datos con el fin

de recibir mensajes de despegues (DEP) y llegadas (ARR), con el fin de realizar los




cálculos predictivos necesarios para implementar las gestiones correspondientes a la

gestión de de la capacidad operacional del espacio aéreo.

Tabla 2-4: Aeródromos controlados Fuerzas Militares en Colombia

ITEM Aeródromos FFMM Código OACI Código IATA

1 Base aérea Madrid SKMA ----

2 Base aérea Marandua SKUA MQZ

3 Base aérea Tolemaida SKTI TOL

4 Base aérea Palanquero SKPQ ----

5 Base aérea Tres Esquinas SKTQ TQS

6 Base aérea Marco Fidel Suarez SKGB ----

7 Aeropuerto Juanchaco SKJC ----

2.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA RED

Para el dimensionamiento de la red se tomarán en consideración dos subredes dependientes del sistema que tendrán las siguientes características:

- Red AMHS (mensajería): esta red se utilizará para el tráfico de mensajería

aeronáutica genérica para los diferentes actores del sistema y su modelo se

muestra en la Figura 2-4. En esencia esta subred suplirá las necesidades de

comunicaciones de las diferentes oficinas de información aeronáuticas incluyendo

los siguientes sistemas:

54 terminales de usuario 2 servidores de comunicaciones (ATSMHS servers) 2 servidores para banco de NOTAMS/OPMET 6 sistemas FDP

Capítulo 2 41

Figura 2-4: Modelo de Subred AMHS

- Red AIDC: Esta red se utilizará para el tráfico de mensajería aeronáutica AIDC

entre los diferentes centros del control del sistema nacional de espacio aéreo y su

modelo se muestra en la Figura 2-5. Las características de estos mensajes

incluyendo su tamaño y la frecuencia con la cual se transmiten implica la

utilización de una sub red adicional. Esta red suplirá las necesidades de

comunicaciones de los siguientes subsistemas:

2 servidores de comunicaciones (ATSMHS servers) 6 sistemas FDP redundantes




Figura 2-5: Modelo de Subred AIDC

Capítulo 3 43

3. ELABORACIÓN DEL MODELO DE SUBRED TIERRA-TIERRA PARA LA SIMULACIÓN

Este capítulo describirá en detalle el modelo de subred diseñado para la simulación. La

primera parte se dedicará a explicar la pila de protocolos a utilizar en el modelo y la

arquitectura propuesta para la red. Especial énfasis se dará a la discusión sobre la

importancia de usar los protocolos HTTP con respecto a P3 y P7.

Adicionalmente se realizará una descripción del software de simulación OPNET y una

justificación de las razones por las cuales se utilizará para realizar las simulaciones. Las

últimas partes del capítulo describirán en detalle el modelo de red a simular en el

software de simulación escogido.

3.1 DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS A UTILIZAR Y ARQUITECTURA PROPUESTA

Esta pila de protocolos resume las prácticas recomendadas por la OACI en sus SARPS

para una ATN usando estándares y protocolos IP.

La pila de protocolos propuesta se resume en la figura 3-1, la cual contiene las

principales mejoras al enfoque de diseño tradicional. Adicionalmente aquí se resume las

prácticas recomendadas de las SARPS de la OACI sobre la ATN usando estándares y

protocolos IP.




Figura 3-1: Pila de protocolos ATN/IPS

Modelo de referencia

OSI Modelo usando ATN IPS

Aplicación

ATSMHS (HTTP/P1) Presentación

Sesión

Transporte TCP (RFC 1006)

Red IPv4

Enlace de Datos MAC/LLC

Físico IEEE 802.3ad

• Capa física. Para el transporte de la información se usara la red propietaria actual

del prestador de servicios a la navegación aérea, basada en enlaces de

microondas terrestres con posibilidad de transporte de tráfico IP. Esta planeado

usar enlaces de 2.048 Mbps por cada centro de control de tránsito aéreo y el core

del sistema AMHS con una capacidad variable de 2.048 Mbps hasta un máximo

de 34 Mbps de ser necesario [3] [30] [31]. Estos enlaces aplicarían para ambos

servicios de comunicaciones tierra a tierra alcance del diseño. La red es capaz de

transportar datos IP nativos en una interfaz Ethernet (802.3ad).

• Capa enlace de datos. En la capa de enlace de datos el modelo utiliza protocolos

de control de enlace de datos MAC/LLC como está definido en los estándares

IEEE 802.

• Capa de red. En la capa de red es usado el protocolo IPv4 y protocolos de

enrutamiento estático, esto en contraposición a protocolos de enrutamiento

dinámicos como BGP4 esto debido a que en este caso en particular los

enrutadores son previamente definidos y el modelo usa únicamente una red. Sin

embargo el modelo puede hacerse extensivo a protocolos de enrutamiento

dinámicos como BGP y OSPF, con el fin de duplicar diferentes caminos o rutas

para conectar diferentes sistemas de manera autónoma. A su vez el modelo

contempla el concepto de dual stacking definido por la OACI [3] [11] [31].

• Capa de transporte. La capa de transporte usa protocolo TCP como está definido

en la RFC 1006 [3] [15] [31].

Capítulo 3 45

• Capa de aplicación. Para la capa de aplicación el modelo usa el protocolo HTTP.

Es de notar que en la capa de aplicación el modelo puede usar una sub capa de

convergencia OSI/IPS

Debe hacerse una discusión adicional sobre el uso del protocolo HTTP en la capa de

aplicación, esto principalmente por las diferencias que existen con respecto al concepto

tradicional de diseño.

Figura 3-2: Concepto de red AMHS tradicional

Una diferencia entre el concepto tradicional de comunicaciones, como se ve en la Figura

3-2, entre los terminales User Agents (UA) y los Messages Agent Transfer (MTA) es el

uso del protocolo HTTP en vez del protocolo P7 [8].

La conveniencia de usar los protocolos P7 y P3 extensivamente, usados en el pasado

para la conexión entre los MTA, los UA y los Messages Store (MS) respectivamente,

actualmente no tiene mucha importancia, principalmente debido a que los anchos de

banda disponibles en las conexiones físicas y la potencia de procesamiento de los

equipos de computo, donde se corren estas aplicaciones de software, son mucho

mayores que cuando se inició a normalizar y utilizar este tipo de protocolos. Esto último

implica que la arquitectura de la red haya sido simplificada con la eliminación del uso de

estos protocolos dentro de la red AMHS, aplicando soluciones como la mostrada en la

Figura 3-3, donde se elimina el protocolo P7 por el uso de protocolo HTTP para la

comunicación entre los Users Agents de la aplicación AMHS y la aplicación Message

Store.




Como complemento de lo anterior, las aplicaciones están migrando hacía soluciones que

no requieren un MS para intercambiar la información [30]. Es así como la nueva

arquitectura propuesta para el diseño de la red contempla el uso de protocolos P1/P3

únicamente para la conexión entre diferentes MTA´s de otros CAA´s, y la eliminación de

las aplicaciones de Message Store, mientras los MTA deben comunicarse en protocolo

P1/P3 entre ellos para el resto del mundo AMHS, la comunicación entre los User Agent y

los MTA es completamente interna a la solución AMHS como un intento por ser tan

simple, claro y rápido como sea posible en el diseño del modelo. Este concepto de AMHS

que se utilizará para la construcción del modelo de red se observa en la Figura 3-4.

Figura 3-3: Concepto de red AMHS Mejorado

Algunas razones adicionales para escoger el uso de protocolos HTTP en lugar de los

protocolos P3/P7 dentro de la red AMHS propuesta son los siguientes:

- P7 es un protocolo bastante complejo que requiere una configuración en el MTA en la

cual los campos del mensaje deben ser distribuidos a los User Agent, cada cierto periodo

de tiempo sin importar si se manda un mensaje o no. Con una solución HTTP los

encabezados se envían con el mensaje siendo estos simplemente texto. El MTA envía el

mensaje completo a los User Agent, permitiendo que estos extraigan lo que consideren

necesario del mensaje para visualizarlo a los usuarios. Toda configuración compleja de

los campos es completamente removida y estos eliminan también uso adicional de la

CPU de las máquinas al no realizar traducción de mensajes MTA/MS a los diferentes

User Agent, acción que no es posible con el uso de protocolos P7.

Capítulo 3 47

- La comunicación se realiza directamente entre los User Agent y el MTA para el

intercambio de la información usando el protocolo HTTP permitiendo la actualización de

estos con el servidor sin necesidad de pasar por un MS usando el protocolo P7.

Adicionalmente se con este método se obvia la revisión de las tablas AMC como requisito

previo al envío de la información.

- P7 es un protocolo que usa polling, donde los User Agent necesitan continuamente de

especificar un conjunto de campos para especificar en el poll (listar/recuperar) con el fin

de chequear nuevos mensajes, mientras que con el protocolo HTTP existe una trama de

datos en tiempo real que es fácilmente solicitada a los servidores por los User Agent.

Siempre que un Nuevo mensaje ingresa al sistema destinado para un determinado buzón

de correo, este es entregado al User Agent inmediatamente incluyendo la información

relacionada al mensaje como es: Date Received, Message number Internal MTSID

Message, Message Priority. Esto último elimina muchas interrupciones en el tráfico de la

red únicamente utilizadas para chequear por nuevos mensajes.

- P7 es un protocolo limitado a un solo usuario en la acción poll/list/fetch hacia los MS

mientras que HTTP es multiusuario. De tal manera que esto permite a los User Agent

realizar las funciones del MS directamente y pueden soportar buzones de correo

compartidos y enviar y recibir contenidos no X.400 de por ejemplo otras redes basadas

en protocolo IPS.

Figura 3-4: Concepto de red AMHS a utilizar




3.2 Software de simulación escogido

OPNET es una herramienta de modelamiento y simulación de redes en software. OPNET

fue creado por la compañía OPNET Technologies en 1987. Este software permite realizar

la simulación de diferentes redes heterogéneas, incluyendo una gran variedad de

protocolos y dispositivos, que ayuda a la comprensión y diseño para su implementación

en el mundo real.

Se compone de un conjunto de protocolos que permite modelar diferentes tipos y

tecnologías de red como TCP, IPv4, IPv6, HTTP, OSPF y muchas otras más. A su vez

permite analizar redes para comparar el impacto de los diferentes diseños de

tecnologías, en el comportamiento de extremo a extremo, incluyendo una serie de

diversos modelos para enlaces de comunicaciones inalámbricos y cableados. Permite

probar y demostrar diseños de red antes de la producción, aumentar la productividad de

la red, desarrollar protocolos y tecnologías inalámbricas propietarias y evaluar las

mejoras a los protocolos basados en estándares [52] [53].

OPNET es una herramienta de software para simulación con un completo conjunto de

librerías para modelamiento, configuración y simulación de redes de comunicaciones

heterogéneas. El modelo de una red en OPNET se configura y simula para analizar

cargas de tráfico, retardos, flujo de datos, características de las redes LAN y WAN,

reportes ping y eficiencia de la red. Los resultados permiten seleccionar la configuración

más acertada para una red, predecir costos, comportamiento del tráfico y parámetros

como el throughput [54]. Asimismo permite la comparación de diversos escenarios de

simulación para verificar los resultados ante cambios en la configuración de la red a

simular [53].

El nombre corresponde a las siglas de OPtimized Network Engineering Tool. Está basado

en la teoría de redes de colas e incorpora diversas librerías para facilitar el modelado de

las topologías de red. Utiliza distintos niveles de modelamiento para representar los

diferentes elementos de una red. Cada nivel está asociado a un dominio y a un editor.

Los editores se organizan jerárquicamente, de forma que los modelos desarrollados en el

Editor de Proyectos dependen de elementos desarrollados en el Editor de Nodos y este a

Capítulo 3 49

su vez usa modelos definidos en el Editor de Procesos. Estos son los tres principales

editores del OPNET, pero existen también otros complementarios como el Editor de

Modelos de Enlaces, el Editor de Formatos de Paquetes y el Editor de Estadísticas [53]

[53].

OPNET presenta las siguientes ventajas que suponen una razón de peso para escoger

este software de simulación para realizar el modelamiento y simulación de la red:

- Es un simulador con un completo conjunto de librerías para modelamiento,

configuración y simulación de redes de comunicaciones heterogéneas. Está

basado en la teoría de redes de colas e incorpora diversas librerías para facilitar

el modelado de las topologías de red.

- Interfaz gráfica completa y amigable. Tiene interfaces para la visualización de los

modelos.

- Las librerías de modelos de red estándar incluyen dispositivos de red comerciales

y genéricos

- Permite mostrar el tráfico de la red por medio de animaciones, durante y después

de la simulación. Los resultados se exhiben mediante gráficos estadísticos y

permite exportar los resultados en tablas en formato HTML.

- Proporciona un entorno virtual de red que modela el comportamiento de una red

por completo, incluyendo sus routers, switches, protocolos, servidores y

aplicaciones en red.

- Diseñado para simular casos prácticos o diseño específicos incluyendo una gran

cantidad de enlaces de red con diversas capacidades.

- Amplio uso y validación académica a nivel mundial.

- Es multiplataforma así que funciona tanto sobre Linux como sobre Windows

Una de las razones más importantes para elegir este software es que las librerías del

mismo ya incorporan los protocolos establecidos dentro de la pila de protocolos que

utilizará el modelo. Estos protocolos están implementados y el software permite una fácil

configuración de los parámetros de cada uno de ellos haciendo la labor de

implementación de la red más aproximada a la realidad.




Por lo anterior se elige este software como el indicado para realizar las simulaciones de

la subred propuesta. Se utiliza la versión estudiantil de OPNET Riverbed Modeler

Academic Edition 17.5, la cual es de distribución libre previa inscripción en el sitio web

del fabricante del software. Esta edición posee ciertas limitantes en cuanto al número de

conexiones, nodos, elementos de red y cantidad de simulaciones, sin embargo, el

modelo de red introducido tenía unas características tales que fue posible simularlo en el

software mencionado sin limitantes.

3.3 Descripción del modelo para la subred AMHS

La red está conformada por ocho subredes, siete de ellas por cada regional aeronáutica

a nivel nacional y una subred dedicada a las terminales de usuario de las fuerzas

militares. Adicionalmente a los terminales de usuario de las tablas 2-3 y 2-4 se incluyen

los terminales de la tabla 3-1, que son posiciones adicionales de usuario utilizadas por

los diferentes FDP de los ACC´s en el país y una de la unidad de gestión de flujo para un

total de 60 terminales de usuario.

Tabla 3-1: Posiciones adicionales para la Subred AMHS

ITEM Posiciones adicionales

1 BAQ_FDP

2 BOG_FDP

3 ADZ_FDP

4 CLO_FDP

5 RNG_FDP

6 VVC_FDP

7 BOG_FMU

Los servidores del sistema se ubican en una subred adicional y en ellos se configuran las

diferentes aplicaciones para las aplicaciones de mensajería ATSMHS basada en

protocolo HTTP y las aplicaciones de base de datos para el banco de datos

NOTAM_OPMET.

Capítulo 3

Figura 3-5: Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes

Las subredes son propuestas de esta manera debido principalmente al entorno

operacional en el cual están inmersos estos aeropuertos donde se ubic

terminales de usuario. La administración del espacio aéreo se realiza de manera regional

teniendo en cuenta las cabeceras de cada una de ellas ubicadas en los principales

aeropuertos del país (Bogotá, Barranquilla, Rionegro, Cali, Cúcuta,

Andrés) así como a la gestión operacional de los diferentes planes de vuelo, información

meteorológica y diferentes mensajes de tipo aeronáutico que se deben hace conocer a la

comunidad de usuarios.

Por otra parte haciendo un análisis

acuerdo a la Figura 3

internacional se realizan desde o hacía estos aeropuertos

del tráfico del país. Estas cifr

experimentación a realizarse sobre el modelo.

Las subredes definidas por cada uno de los sitios de alta concentración de tráfico se

observan en las figuras 3

BARRANQUILLA

RIONEGRO -

CUCUTA

Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes


operacional en el cual están inmersos estos aeropuertos donde se ubic



aeropuertos del país (Bogotá, Barranquilla, Rionegro, Cali, Cúcuta,



comunidad de usuarios.

Por otra parte haciendo un análisis de las estadísticas de tránsito aéreo, se observa

acuerdo a la Figura 3-4 que los principales flujos de tráfico a nivel nacional

se realizan desde o hacía estos aeropuertos, concentrando un 45% del total

Estas cifras ayudarán a definir la caracterización del tráfico para la

experimentación a realizarse sobre el modelo.


observan en las figuras 3-6 a 3-12.

4%

25%

5%

5%

1%3%2%

55%

TRÁFICO AÉREO AÑO 2014

BARRANQUILLA BOGOTA CALI

- ANTIOQUIA SAN ANDRES - ISLA VILLAVICENCIO

RESTO DEL PAIS

51

Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes [55]


operacional en el cual están inmersos estos aeropuertos donde se ubican los diferentes



aeropuertos del país (Bogotá, Barranquilla, Rionegro, Cali, Cúcuta, Villavicencio y San



de las estadísticas de tránsito aéreo, se observa de

que los principales flujos de tráfico a nivel nacional e

, concentrando un 45% del total

as ayudarán a definir la caracterización del tráfico para la


VILLAVICENCIO




Figura 3-6: Subred AMHS regional Bogotá

Cada una de las subredes está interconectada con los servidores del sistema a través de

enrutadores CISCO.

Figura 3-7: Subred AMHS regional Atlántico

Capítulo 3 53

Figura 3-8: Subred AMHS regional Antioquia

Figura 3-9: Subred AMHS regional Valle




Figura 3-10: Subred AMHS regional Meta

Figura 3-11: Subred AMHS regional Santander

Capítulo 3 55

Figura 3-12: Subred AMHS Fuerza Aérea Colombiana

3.4 Descripción del modelo para la subred AIDC

La red está conformada por seis subredes, cada una de ellas para ubicar los sistemas FDP de los diferentes ACC´s del país como se muestra en la figura 3-13.

Figura 3-13: Subred AIDC regional Atlántico




La razón de esta conformación se debe a que los diferentes sectores de control del

espacio aéreo Colombiano donde existen facilidades de control de tránsito aéreo

automatizadas están distribuidos según la figura 1-9. Esta conformación indica que el

100% del espacio aéreo nacional está bajo la jurisdicción de estas unidades ATS que

poseerán interconexión de tipo AIDC. Si a esto se le suma que el 95% del espacio aéreo

está bajo cobertura de radar se tendría que para la red AIDC se sumaría todo el tráfico

nacional que se cursa en el espacio aéreo.

Asimismo hay que tener en cuenta las áreas homogéneas de flujo de tránsito aéreo a

nivel nacional como se observan en la figura 2-3. Estas áreas homogéneas marcan los

flujos principales de flujo de tráfico aéreo y permiten realizar una aproximación de las

rutas que tendrán mayor crecimiento e impacto en el comportamiento de la red simulada,

además de ayuda en el proceso de delimitación de la experimentación.

Las estadísticas de flujo de tráfico aéreo nos muestran que para el año 2014 se

realizaron un total de 1.353.665 operaciones aéreas a nivel nacional en el país. Esto

implica una media diaria de 3709 operaciones aéreas en el espacio aéreo Colombiano.

Estas cifras se tomarán en cuenta en el desarrollo de la experimentación para la

construcción del perfil de tráfico de los diferentes escenarios.

Capítulo 4 57

4. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DE SUBRED EN LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN

En este capítulo se describirá en detalle la metodología de simulación utilizada, además

se describirán los escenarios de simulación que se definieron así como la caracterización

del tráfico que se utilizarán para simular y experimentar con el modelo de red introducido.

4.1 Metodología de simulación

Para la construcción de un modelo y la realización de una simulación es necesario usar

un proceso metodológico bien conocido y probado para conducir de manera apropiada el

análisis de simulación propuesto. Con el fin de alcanzar un buen nivel de credibilidad del

modelo se usó el proceso metodológico descrito en la figura 4-1 adaptado de las

referencias [56] [57] [58]. En la metodología mencionada, la credibilidad y validez del

modelo se alcanzará mediante el apego a la normatividad OACI ya indicada en el

capítulo 1, a su vez al tener una red implementada y sobre la cual existe experiencia por

parte del personal de la Aeronáutica Civil, el modelo se puede presentar a los expertos

involucrados con el fin de llevar paso a paso este modelo planteado a un nivel de detalle

tal que se considere creíble [56] [57]. Una explicación resumida de esta metodología se

describe a continuación:

Formulación del problema y plan de estudio: La formulación del problema generalmente

debe ser determinado en conjunto con el responsable del proyecto en el prestador de

servicios a la navegación aérea con el fin de definir el alcance y relevancia que va a tener

el estudio de simulación. Esto último definirá cual será la contribución de las conclusiones

de la simulación al conocimiento de la red y la ayuda que prestará al proceso de diseño.




Por lo tanto es claro que la definición de objetivos del estudio de simulación deben

definirse en esta etapa y las preguntas que debe responder el estudio se deben formular

concisamente.

Figura 4-1: Proceso metodológico para la simulación [30]

Recopilación de datos y construcción del modelo: Es necesario recolectar todos los datos

posibles por parte del proveedor de servicios de navegación aérea para la creación de

los modelos, tomando en cuenta los factores operacionales requeridos, como son el

tamaño del tráfico aéreo movilizado, la cantidad de usuarios, los mínimos niveles de

Capítulo 4 59

servicio aceptables, la caracterización del tráfico de la red, los protocolos a utilizar, la

interoperabilidad regional y el crecimiento de la demanda.

Validación de los modelos: Los modelos construidos deben ser validados para

asegurarse que estos se ajustan en la mayor manera posible a los sistemas reales a ser

simulados. El desarrollo del modelo deberá ser validado por un grupo de expertos en el

desarrollo de redes ATN. En caso de existir alguna inconsistencia o error en el modelo

usado este debe ser revisado, actualizado y revalidado con el fin de corregirlo.

Construcción de los algoritmos de simulación: Una vez el modelo está definido, se deben

construir (programar) los algoritmos de simulación en el software de simulación

establecido para este propósito tomando en consideración los criterios operacionales ya

señalados para la subred a simular. La consistencia de la construcción de estos

algoritmos debe ser sometido a prueba y verificados.

Pruebas iniciales (Validación del modelo implementado): Sobre los algoritmos

construidos anteriormente se deben correr pruebas iniciales con el fin de comprobar que

los mismos cumplen con las funcionalidades predichas y se ajustan a los requerimientos

operacionales. En esta etapa es muy útil contar con la opinión de expertos en el

desarrollo de redes ATN con el fin de validar la consistencia de los resultados obtenidos.

Reformulación del problema: De los resultados obtenidos en las pruebas iniciales y el

proceso de validación, se debe verificar si el modelo o los algoritmos de simulación

implementados muestran algún tipo de error. De tal manera que se hace indispensable

corregirlos en esta etapa y reformular el problema de ser necesario.

Diseñar, conducir y analizar diferentes escenarios de simulación: Una vez se haya

determinado que tanto el modelo como los algoritmos son pertinentes se procederá a la

simulación de diferentes escenarios (experimentos) donde las simulaciones realizadas

tomarán diferentes configuraciones de interés con el fin de responder preguntas

específicas dentro de un rango de confianza que establecerán los datos de simulación

obtenidos. Los resultados de simulación serán analizados y posibles nuevos escenarios

de simulación pueden ser implementados de ser necesario.




Correr las simulaciones para producir resultados y realizar el análisis de los mismos. Las

preguntas a ser resueltas con las simulaciones implican la construcción de una serie de

Escenarios que permitirán ayudar a entender el comportamiento general y el desempeño

de la subred en diferentes estados de utilización. Los resultados finales y su

correspondiente análisis serán útiles para realizar algunas recomendaciones para el

diseño y despliegue de la red.

4.2 Creación de escenarios El proceso de simulación implica la construcción de diferentes escenarios. Para esta

simulación fue necesario construir tres escenarios que dependen de la cantidad de tráfico

o análogamente de la cantidad de mensajes que se cursan por la red. El primero de ellos

es un escenario de bajo tráfico, escenario que se corresponde con horas de bajo tráfico

tomando en cuenta todas las dependencias ATS a nivel nacional. Este escenario se

simulará únicamente con la red AMHS.

El segundo escenario corresponde a una condición de tráfico medio. Este escenario

resume una condición de tráfico medio que se da durante las horas en que las

condiciones de tráfico aéreo implican un nivel de intercambio de mensajes ATS con un

cierto nivel de importancia en el sistema completo. En este escenario para la simulación

se tendrán cuenta mensajes AMHS y AIDC y se realizará sobre las dos redes en

cuestión.

El último de estos escenarios es una condición de alto tráfico. En este escenario se

tomarán las condiciones de tráfico de mensajes en las horas de más alto tráfico para

todos los aeropuertos y dependencias involucradas. Se tomarán en cuenta ambas

fuentes de tráfico para AIDC y AMHS y se realizará sobre las dos redes en cuestión.

La construcción de estos escenarios en la herramienta de simulación, responderán

algunas preguntas con respecto al comportamiento general de la red, el desempeño del

modelo, el impacto de las fallas en los enlaces principales o algunos dispositivos, la

capacidad general del manejo de tráfico en la red y el impacto de cambios en los

tamaños y tipo de los mensajes.

Capítulo 4 61

Tabla 4-1: Caracterización del tráfico AMHS y AIDC [11]

Aplicación ATN

Longitud de mensaje promedio

Integridad expresada

Jitter Ancho de Banda típico

(punto a punto)

Retardo de la red (en una dirección)

OLDI/FMTP (AIDC Regional)

150 bytes 1 mensaje de usuario corrupto en 200 enviados

N/A 10 Kbps <1 segundo

ATSMHS/ Base de Datos

3 Kbytes 10-6 (en términos de bloques de mensajes de 1000 bytes)

N/A 20 Kbps <5 segundos

Para la caracterización del tráfico de cada escenario se tomaron en cuenta las

recomendaciones de la OACI para cada servicio, ya sea este AMHS o AIDC, modelando

tamaños de mensajes de al menos 150 bytes para el tráfico AIDC y 3 Kbytes para el

tráfico ATSAMHS. Las características de delay, ancho de banda y jitter también fueron

incluidos.

Por otra parte como criterio de diseño se tomó una máxima utilización de canal aceptable

de 70% y una utilización promedio máxima aceptable de 50%, esto con el fin de proveer

una ventana de tolerancia aceptable para evitar un sobre uso en el canal de

comunicaciones.




5. EXPERIMENTACIÓN, PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DE DATOS

En este capítulo se describirán en detalle los experimentos de simulación, acordes a los

escenarios definidos, que se realizarán sobre el modelo de red diseñado para las

subredes AMHS y AIDC. Se presentarán los resultados obtenidos de manera gráfica y

tabulada, y concluirá con un análisis de los datos obtenidos de las respectivas

simulaciones.

5.1 Subred AMHS

5.1.1 Configuración de aplicaciones y perfiles para experimentación

En el editor para configuración de aplicaciones se caracteriza el tráfico para las diferentes

aplicaciones que se van a utilizar en la red en los diversos escenarios. Para la simulación

se establece el uso de dos aplicaciones que son acceso a base de datos y navegación

HTTP. Para configurar estas aplicaciones se utiliza el editor que se muestra en la figura

5-1, adicionalmente se usa el editor de perfiles que se muestra en la figura 5-2.

OPNET modela el tráfico generado para cada aplicación con un modelo probabilístico.

Los detalles de cada modelo de tráfico para cada aplicación está en el menú applications

definitions. Se pueden usar una variedad de aplicaciones predefinidas por OPNET en

Capítulo 5 63

este campo o también se pueden editar para caracterizar el tráfico conforme a las

necesidades del usuario para la aplicación o escenario de simulación específico.

Para la caracterización del tráfico se tuvo en cuenta las características del tráfico

tomadas de la tabla 4-1 señalado en la documentación guía de la OACI y las estadísticas

discutidas en los apartados 1.3.5 y 3.3.

Para el tráfico HTTP se incluyó el uso de imágenes ya que actualmente el sistema AMHS

tiene previsto para compartir imágenes sobre los diferentes factores que influyen en la

información de NOTAM, Información aeronáutica y meteorológica. No se tiene

contemplado el transporte de datos de audio y video ya que el requerimiento operacional

no lo contempla inclusive a largo plazo.

Figura 5-1: Editor de aplicaciones en OPNET

Se realizaron las simulaciones del comportamiento de la red durante espacios de 30

minutos con el fin de evaluar las variables globales y de los objetos de la red identificados

así:

- Variables globales. Describen el comportamiento de las aplicaciones HTTP y

consulta de bases de datos.

- Variables de los objetos servidores. Describen el comportamiento de los

servidores donde se alojan las aplicaciones señaladas.




- Variables de los objetos enlaces. Describen el comportamiento de los enlaces

troncales que intercomunican los enrutadores de cada cabecera regional con el

enrutador de la subred AMHS donde se encuentran los servidores.

De tal manera que para los diferentes escenarios se tiene la siguiente configuración en las aplicaciones:

Tabla 5-1: Escenario 1. Bajo Tráfico. AMHS

Aplicación Distribución de probabilidad

Media (segundos)

Tamaño del Objeto

Cantidad Objetos

Imágenes cantidad

Tamaño

HTTP 1.1 Exponencial 720 Fijo. 3 Kbytes

1 No No

Base de Datos

Exponencial 30 Fijo. 16 bytes

1 No No

Tabla 5-2: Escenario 2. Medio Tráfico. AMHS


Media (segundos)

Tamaño del Objeto

Cantidad Objetos

Imágenes cantidad

Tamaño


1 5 Aleatorio. Uniformemente distribuido en (500,2000) bytes

Base de Datos

Exponencial 12 Fijo. 512 bytes

1 No No

Tabla 5-3: Escenario 3. Alto Tráfico. AMHS


Media (segundos)

Tamaño del Objeto

Cantidad Objetos

Imágenes cantidad

Tamaño


1 5 Aleatorio. Uniformemente distribuido en (2000, 10000) bytes

Base de Datos

Exponencial 12 Fijo. 32 Kbytes

1 No No

Capítulo 5 65

Figura 5-2: Editor de perfiles en OPNET

5.1.2 Presentación de resultados y análisis de datos

En esta sección se resumen los resultados para los diferentes escenarios de simulación y

experimentación descritos en este capítulo y resumidos en las tablas 5-1 a 5-3. Para

cada uno de estos escenarios se condensan los resultados en las gráficas a

continuación.

En cada gráfica se muestran los datos obtenidos con las simulaciones, de manera

comparativa, para cada escenario incluyendo los resultados para las aplicaciones de

bases de datos y HTTP.

Las figuras 5-3 a la 5-8 muestran las estadísticas globales de cada aplicación en

promedio. Estas estadísticas son las de tiempo de respuesta en segundos y paquetes

enviados y recibidos, para cada uno de los escenarios.




Figura 5-3: Tiempo de respuesta promedio para consulta de bases de datos

Figura 5-4: Tráfico recibido promedio en consulta de base de datos

Capítulo 5 67

Figura 5-5: Tráfico enviado promedio en consulta de base de datos

Figura 5-6: Tiempo de respuesta promedio para pagina HTTP




Figura 5-7: Tráfico recibido promedio en pagina HTTP

Figura 5-8: Tráfico enviado promedio en pagina HTTP

Capítulo 5 69

De las figuras y las tablas de resultados del programa se destaca que para cada una de las aplicaciones involucradas en la subred AMHS los tiempos de respuesta, promedio y pico, de las mismas cumplen con las características de tráfico que para estas aplicaciones requiere la OACI en su documentación guía de acuerdo a lo consignado en la tabla 4-1.

Esto indica que el modelo de red cumple con las especificaciones mínimas de la aplicación en los diferentes escenarios de simulación propuestos.

Las figuras 5-9 a 5-14 muestran el comportamiento de los servidores en la simulación. Se diferencian los servidores de la aplicación de consulta de bases de datos y los de la aplicación HTTP.

Como se observa en la figura 5-9 el tiempo promedio de procesamiento de las tareas asociadas a la consulta de bases de datos, desde que la solicitud de consulta llega al servidor, hasta que esta es procesada por completo. Los tiempos promedio asociados a estas tareas son del orden de 0,035 segundos lo cual es un valor aceptable para la caracterización del tráfico de la tabla 4-1.

Figura 5-9: Tiempo de procesamiento de tareas en consulta de base de datos




Figura 5-10: Tráfico promedio recibido en servidor de base de datos

Figura 5-11: Tráfico promedio enviado en servidor de base de datos

Capítulo 5 71

Figura 5-12: Carga promedio en servidor HTTP

Figura 5-13: Tráfico promedio recibido en servidor HTTP




Figura 5-14: Tráfico promedio enviado en servidor HTTP

Las figuras 5-12 a 5-14 muestran el comportamiento de los servidores a la aplicación HTTP, donde se observa que la carga del servidor y la formación de las colas para las peticiones por segundo realizadas en las diferentes sesiones establecidas por los usuarios y el servidor están como se espera dentro del rango de los paquetes por segundo recibidos y enviados, indicando con esto que la capacidad de los servidores es la adecuada para soportar la aplicación.

La tabla 5-4 muestra los resultados para los tiempos de respuesta de las aplicaciones que están utilizándose en los servidores utilizados en el modelo simulado.

Tabla 5-4: Tiempo de respuesta de servidores modelo subred AMHS

Parámetro Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Máximo Permitido

Tiempo respuesta promedio HTTP

0.08 segundos

0.2 segundos

0.36 segundos

<5 segundos

Tiempo respuesta promedio Base de Datos

0.01 segundos

0.015 segundos

0.25 segundos

<5 segundos

Capítulo 5 73

Figura 5-15: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG

Figura 5-16: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS




Para el análisis de los enlaces, y teniendo en consideración que todos son de la misma capacidad (2,048 Mbps) se toma como referencia el enlace que conecta el router de la cabecera de regional de Bogotá con el router del sistema AMHS, dado que esta cabecera regional es la que tiene mayor número de usuarios.

En las figuras 5-15 a 5-16 se observan los retardos asociados a la formación de colas en el canal de comunicación punto a punto. Estos retardos en promedio no superan los 0,045 segundos con un valor pico de 0,08 segundos. Se observa a su vez que el retardo de las colas es bastante manejable para esta capacidad de canal cumpliendo con los requisitos de la tabla 4-1, por lo anterior se deduce que la capacidad utilizada en suficiente para soportar la aplicación simulada.

Las figuras 5-17 a 5-20 muestran el troughput y la utilización del canal de comunicaciones para este enlace. Se advierte allí que la utilización de los canales en promedio nunca supera el 30% de la capacidad del mismo. La utilización pico de este canal tampoco está por encima del 42%.

El troughput del canal es de un promedio de 500 kbps que es una cuarta parte del valor máximo de capacidad del canal. Asimismo el valor pico del troughput no supera los 840 kbps.

Esto último infiere que desde el punto de vista de la utilización del enlace se puede afirmar que la capacidad del mismo es suficiente para soportar la aplicación simulada.

Figura 5-17: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG

Capítulo 5 75

Figura 5-18: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS

Figura 5-19: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG




Figura 5-20: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS

La tabla 5-5 muestra un resumen de los datos obtenidos en la simulación para el enlace punto a punto en la dirección router AMHS - router BOG que es el de mayor tráfico en la red.

Tabla 5-5: Datos enlace punto a punto router AMHS – Router BOG subred AMHS

Parámetro Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Máximo Permitido

Uso del Enlace promedio 0.2 % 2% 24.5% 50% Uso del Enlace Pico 0.75% 3.68 % 40.56% 70% Throughput promedio 10 Kbps 30 Kbps 500 Kbps 1024 Kbps Throughput pico 15 Kbps 75 Kbps 831 Kbps 2048 Kbps Delay de colas promedio 0.001

segundos 0.005

segundos 0.045

segundos <1

Segundo

Capítulo 5 77

5.2 Subred AIDC

5.2.1 Configuración de aplicaciones y perfiles para experimentación

Al igual que en el apartado anterior se definen las aplicaciones en el editor de

aplicaciones. En este caso solamente se utilizará una aplicación HTTP utilizando texto

únicamente sin la adición de imágenes.

El tráfico se caracteriza al igual por medio de funciones probabilísticas, de tal manera que

para los diferentes escenarios se tiene la siguiente configuración en las aplicaciones:

Tabla 5-6: Escenario 1. Medio Tráfico. AIDC


Media (segundos)

Tamaño del Objeto

Cantidad Objetos

Imágenes cantidad

Tamaño

HTTP 1.1 Exponencial 5 Fijo. 500 bytes

1 No No

Tabla 5-7: Escenario 2. Alto Tráfico. AIDC


Media (segundos)

Tamaño del Objeto

Cantidad Objetos

Imágenes cantidad

Tamaño

HTTP 1.1 Exponencial 1 Fijo. 1000 bytes

1 No No

Al igual que en el capítulo anterior se realizaron las simulaciones del comportamiento de

la red durante espacios de 30 minutos con el fin de evaluar las variables globales y de los

objetos de la red identificados así:

- Variables globales. Describen el comportamiento de las aplicaciones HTTP.

- Variables de los objetos servidores. Describen el comportamiento de los

servidores donde se alojan las aplicaciones señaladas.

- Variables de los objetos enlaces. Describen el comportamiento de los enlaces

troncales que intercomunican los enrutadores de cada cabecera regional con el

enrutador de la subred AMHS donde se encuentran los servidores.




5.2.2 Presentación de resultados y Análisis de dato s

Las figuras 5-21 a 5-26 muestran los resultados para los dos diferentes escenarios

simulados, como están descritos en las tablas 5-6 y 5-7, para la subred AIDC con

respecto a la respuestas de la aplicación en los servidores HTTP.

Figura 5-21: Respuesta promedio de página HTTP

Figura 5-22: Tráfico recibido promedio para página HTTP

Capítulo 5 79

Figura 5-23: Tráfico enviado promedio para página HTTP

Figura 5-24: Carga promedio en servidor HTTP




Figura 5-25: Tráfico recibido promedio para servidor HTTP

Figura 5-26: Tráfico enviado promedio para servidor HTTP

Capítulo 5 81

La tabla 5-8 muestra los resultados para los tiempos de respuesta de la aplicación HTTP que reside en los servidores utilizados en el modelo simulado.

Tabla 5-8: Tiempo de respuesta de servidores modelo subred AIDC

Parámetro Escenario 1 Escenario 2 Máximo Permitido

Tiempo respuesta promedio HTTP 0.015 Segundos 0.016 Segundos <1 segundos

Se observa que los parámetros de tiempo de respuesta promedio no superan el máximo permitido de un segundo para las aplicaciones AIDC, acorde con lo establecido por OACI y resumido en la tabla 4-1.

Esto se debe principalmente a que si bien la cantidad de mensajes para un determinado período de tiempo, es mayor que en la aplicación AMHS, el tamaño de los mensajes y el hecho de no contener imágenes hace que los tiempos de procesamiento sean mucho menores.

Figura 5-27: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG




Figura 5-28: Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG – Router

AMHS

Figura 5-29: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG -

Router AMHS

Capítulo 5 83

Figura 5-30: Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS -

Router BOG

Figura 5-31: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG




Figura 5-32: Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS

De los resultados obtenidos que se muestran comparativamente en cada una de las

figuras de este apartado (figuras 5-27 a 5-32), se observa que para los dos escenarios el

desempeño de la red es aceptable para la provisión de estos servicios si se comparan

con los criterios mínimos de caracterización del tráfico de la tabla 4-1.

La tabla 5-9 muestra un resumen de los datos obtenidos en la simulación para el enlace

punto a punto en la dirección router AMHS - router BOG que es el de mayor tráfico en la

red.

Tabla 5-9: Datos enlace punto a punto router AMHS – Router BOG subred AIDC

Parámetro Escenario 1 Escenario 2 Máximo Permitido

Uso del Enlace promedio 0.1 % 0.8% 50% Uso del Enlace Pico 0.14% 1.08 % 70% Throughput promedio 1 Kbps 4 Kbps 1024 Kbps Throughput pico 3 Kbps 22 Kbps 2048 Kbps Delay de colas promedio 0.017

segundos 0.038

segundos <1

Segundo

Capítulo 5 85

Como se observa el tipo de tráfico que se maneja en la red AIDC no requiere de grandes

anchos de banda y la utilización de los canales fue mucho menor que en la simulación

para la red AMHS.

Los tiempos de respuestas y los retardos de colas a su vez se mostraron mucho más

bajos en la simulación de esta red alcanzando valores de pico de 0,004 segundos lo cual

es un valor mucho mejor que lo que exige la aplicación.

6. Conclusiones y recomendaciones

En este capítulo se muestran las conclusiones y resultados alcanzados en el trabajo con

respecto a los objetivos propuestos. A su vez se realizan las recomendaciones

pertinentes que ayuden a solucionar la problemática de la implementación de una subred

ATN para servicios fijos aeronáuticos en Colombia, también se establecen trabajos de

profundización sobre la investigación inicial para llevar a cabo a futuro.

6.1 Conclusiones Se realizó el modelamiento y simulación de una subred ATN, para la provisión de

servicios fijos aeronáuticos AMHS y AIDC, en el software de simulación OPNET.

El modelo que se logró se realizó con base en el estudio de las diferentes características

técnicas de implementación de los servicios a modelar, de la normatividad de la OACI y

estándares aceptados actualmente en la industria, de los requerimientos operacionales

plasmados por el prestador de servicios de navegación aérea en Colombia (Aerocivil)

sobre el particular, de las cifras de tránsito aéreo en el país y tomando en cuenta también

las tendencias futuras que sobre las redes ATN se encontraron en la revisión bibliográfica

realizada y las entrevistas con expertos.

Se hizo un análisis histórico de la evolución de la red ATN en el mundo. Adicionalmente

se describieron las generalidades de la red ATN y se realizó una descripción de los

servicios a proveer AMHS y AIDC. Se identificó en este análisis el marco técnico y

normativo de la OACI para el diseño de la subred ATN a modelar y la provisión de los

servicios involucrados.

88 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical

Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la

normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en

Colombia

Posteriormente se realizó una descripción del entorno evolutivo de la red ATN para la

provisión de servicios de comunicaciones aeronáuticas en el mundo a través del estudio

de las actividades de estandarización e implementación de diferentes órganos

normativos y prestadores de servicios de navegación aérea a nivel internacional. Como

marco para este análisis se delimitó a las siguientes organizaciones: OACI,

EUROCONTROL, FAA-NASA y GREPECAS (Región Caribe y Sudámerica).

Capítulo aparte recibió el análisis del caso colombiano, donde se desarrolló un

argumento más detallado de la pertinencia del trabajo y la explicación de la problemática.

Asimismo el estudio del caso colombiano, en detalle, permitió una delimitación más

adecuada del problema estableciendo el marco general del modelo y coadyuvando en la

definición de los requerimientos operacionales de la red. Se estableció también las

tendencias futuras que marcan el desarrollo de implementación y estandarización para

las redes ATN a nivel mundial.

Con este análisis realizado se procedió al establecimiento de los requerimientos

operacionales para el modelamiento de la subred. Estos requerimientos operacionales

surgen principalmente de un análisis descriptivo del espacio aéreo en Colombia, las

dependencias ATS involucradas y las estadísticas de operaciones aéreas en Colombia.

De esta manera se procedió a realizar un dimensionamiento de la subred con el fin de

elaborar el modelo y construirlo en el software de simulación escogido.

Se realizó la construcción del modelo escogiendo los protocolos a utilizar basados en una

suite de protocolos de Internet. Del análisis realizado se encontró que estos protocolos

son los que mejor se ajustan al modelo a simular, además de que actualmente son los

más utilizados y las tendencias futuras de implementación se orientan hacía estos

principalmente por las razones expuestas que son:

� Cumplimiento de la normatividad y reglamentación de la OACI.

� Modelo de negocios: desde el punto de vista financiero hay mayor competencia

de proveedores de dispositivos y software IP lo que favorece la tasación que se

Conclusiones 89

haga de los sistemas y permitirá que los estados obtengan mejores precios de

implementación y desarrollo.

� Soporte Industrial: hay un mayor conocimiento de los protocolos IP que permitirá

conseguir un mejor soporte a precios bajos.

� Seguridad: los protocolos IP poseen características más elaboradas de seguridad

que permiten incrementar estas funcionalidades en la red nacional a bajos costos.

Especial atención se prestó a la utilización del protocolo HTTP en el modelo de la subred

y el análisis de la conveniencia de uso del mismo que se realizó detalladamente en la

primera sección del capítulo 3.

También se definió el software de simulación para la simulación del modelo teniendo en

consideración el análisis efectuado en el apartado 3.2. Este software es OPNET y se

escogió por las prestaciones que implican su utilización y la pertinencia del mismo para

este estudio en particular.

Para la construcción y simulación del modelo, se definió una metodología tomada de la

literatura de Law y Kelton referenciada en la bibliografía [56] [57] [58]. Adicionalmente se

establecieron los diferentes escenarios de simulación de acuerdo al dimensionamiento de

la red y el análisis de las cifras operacionales de tráfico, tanto para la red AMHS como

para la red AIDC. Estos escenarios se resumen en las tablas 5-1 a 5-5.

De los resultados obtenidos se concluye que el modelo realizado cumple en los

diferentes escenarios con los requerimientos mínimos establecidos por la OACI para la

provisión de los servicios AMHS y AIDC, adicionalmente que la red de transporte

actualmente en uso por la Aeronáutica Civil en Colombia podrías soportar estos

servicios.

En las tablas 5-4 y 5-8 se observa el consolidado de los resultados para los tiempos de

respuesta para las aplicaciones HTTP y de bases de datos, para los servicios AMHS y

AIDC respectivamente, siendo estos inferiores a 5 segundos, en el caso de AMHS y de 1

segundo en el caso de AIDC, para todos los escenarios simulados, concluyendo con esto

que el modelo utilizado cumple con lo estipulado por la OACI como criterio operacional

para el tiempo de respuesta de estos dos servicios.

90 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical

Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling System) aplicando la

normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en

Colombia

Con respecto a la utilización de los canales de comunicaciones modelados y simulados,

atendiendo los criterios de utilización e infraestructura existente en la Aerocivil, de

acuerdo a los diálogos con los expertos que revisaron el modelo, se observa que la

misma no supera en ningún caso de acuerdo a los escenarios simulados los máximos

establecidos, de acuerdo a reglamentaciones OACI y el criterio de diseño usado en el

modelo.

Se concluye que por razones prácticas es recomendable el uso de estos enlaces de

2.048 Mbps mientras la Aerocivil realiza una migración total a enlaces con capacidades

de transporte de servicios nativos IP que permitirían una gestión más eficiente de la

capacidad de los canales para la implementación de los servicios.

Los supuestos establecidos en el estudio de los requerimientos operacionales se podrían

cumplir con una red modelada de esta manera. Adicionalmente el modelo da una guía

aproximada de lo que podría ser una implementación completa para una red ATN que

cumpla con los requisitos mencionados.

Se espera que los resultados alcanzados en este trabajo sirvan como una guía para la

implementación de la red ATN en el país de acuerdo a la planificación futura que tiene el

prestador de servicios de navegación aérea en el país. Se puede considerar este trabajo

como un insumo más para el desarrollo del diseño final de implementación.

6.2 Recomendaciones

Para fortalecer el trabajo realizado se recomienda la ampliación de las simulaciones a

conexiones internacionales con los diferentes países vecinos con los que Colombia

intercambia mensajes aeronáuticos. Esto último podría ayudar a dimensionar los medios

de comunicación necesarios y con base en esto proponer un modelo de red común al

interior de GREPECAS con el fin de armonizar su funcionamiento y garantizar su

compatibilidad.

Conclusiones 91

En las simulaciones no se consideró la redundancia de los dispositivos enrutadores

además que tampoco se consideró los medios de comunicación como redundantes. Se

sugiere que en un trabajo futuro se tomen en cuenta estas variables además del uso de

reducción de ancho de banda de ser necesario con el fin de establecer los impactos y

posibles soluciones ante tiempos de fuera de servicio de estos recursos. Estos resultados

se pueden sopesar con las consideraciones económicas de establecer medios alternos

como contingencia para decidir sobre su pertinencia y viabilidad técnico económica.

Una recomendación adicional, es la de realizar simulaciones de las subredes fijas en

conjunto con redes móviles para compartir la información del servicio fijo aeronáutico a

aeronaves en movimiento en tierra ya sea en la plataforma de aeropuertos, en pista, o en

el aire en cercanía a aeropuertos, mediante diversas tecnologías como VDL modo 2,

WiMAX (AeroMACS) y L-DACS.

A. Anexo: Entrevistas con expertos

ENTREVISTA 1. John Fort. CEO Frequentis California. Frequentis es una empresa con

base en Viena, Austria, dedicada al desarrollo de productos de hardware y software para

la aviación, defensa, comunicaciones y seguridad ciudadana. La sucursal en California es

dedicada exclusivamente al desarrollo de software para redes de comunicaciones ATN y

en especial a los productos AMHS y relacionados. Se presenta un compilado de notas de

varias conversaciones realizadas en Noviembre y Diciembre de 2013 acerca del tema

AMHS. Las referencias a la entrevista realizada fueron tomadas en cuenta para la

elaboración de la arquitectura del modelo de red y la pila de protocolos a utilizar.

Pregunta 1: En cuanto al desarrollo de los nuevos productos AMHS cuál es la

tendencia?.

Respuesta 1: La tendencia de los diferentes desarrolladores de software es hacía la

utilización de protocolos IP y en especial del protocolo HTTP en la capa de aplicación.

Los clientes con mayor frecuencia solicitan este tipo de arquitectura debido a las

facilidades de desarrollo y de conseguir hardware compatible en el mercado. Por

supuesto, si algún cliente en particular exige una arquitectura basada en protocolos ISO

se puede suministrar el software.

Pregunta 2: Y los sistemas operativos a usar?.

Respuesta 2: Esto es transparente para el usuario en el diseño. Existen las aplicaciones

diseñadas para correr en Linux o bajo Windows. En realidad esto no suele ser un

problema. Qué sistema operativo usar depende más de los requerimientos del cliente.

Pregunta 3: Con respecto a los protocolos usados en la arquitectura, se siguen usando

los protocolos P7 y P3?.

Respuesta 3: Si, se siguen usando en las versiones comerciales del software. Sin

embargo hay una innovación interesante en cuanto al uso de estos protocolos y es la

94 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility Data Communications) y AMHS (Aeronautical Message Handling

System) aplicando la normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia

eliminación de los MS (Message Store) en la arquitectura de la aplicación. Antiguamente

se normalizó el uso de los MS como un punto intermedio de comunicación entre el Switch

AMHS y la aplicación del usuario. Este punto intermedio presentaba uso adicional de

hardware y software y se justificaba principalmente por la poca disponibilidad de canales

de comunicaciones con una buena capacidad. Esto último al final se traducía en más

costos. Con el tiempo este problema desapareció así que el uso de P7 y P3 se ha venido

volviendo cada vez menor.

Pregunta 4: Pero en cuanto a la normatividad de la OACI se conservan estos protocolos.

Existe alguna implicación desde el punto de cumplimiento de la norma no utilizarlos?

Respuesta 4: Si. Efectivamente en la documentación guía se establece el uso de estos

protocolos, pero también existe documentación guía basada en protocolos IP, luego la

línea de desarrollo comercial de productos se ha venido desplazando hacía el IP. De esta

forma no existen problemas en absoluto sobre el cumplimiento de la norma. Un producto

basado en protocolos ISO o en protocolos IP, sin el uso de P3 y P7, son totalmente

conformes a la normatividad OACI al respecto.

Pregunta 5: La arquitectura propuesta ya se encuentra en sistemas comerciales?.

Respuesta 5: Si, esta arquitectura y variaciones sobre la misma se encuentran en

sistema en uso operacional en el mundo.

Pregunta 6: En cuanto al uso del Gateway AMHS - AFTN se sigue usando en sistemas

comerciales y en operación?.

Respuesta 6: Si se usa pero cada vez está perdiendo importancia. Actualmente pueden

existir unos 90 sistemas AMHS operativos en todo el mundo con capacidades extendidas

donde la interconexión se hace directamente a través de protocolos P1 entre los módulos

MTA de cada uno de estos sistemas. El Gateway puede ya no ser necesario para

muchos usuarios.

Anexo A 95

ENTREVISTA 2. Victor Manuel Pachón, Jefe de grupo sistemas de comunicaciones

Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. Es la Entidad encargada en el país

de prestar los servicios de navegación aérea y a su vez es la autoridad aeronáutica en

Colombia. Desde el grupo de sistemas de comunicaciones se realiza la planificación y

ejecución de los diferentes planes, programas y proyectos enfocados al desarrollo de las

comunicaciones aeronáuticas del país. El Ingeniero Pachón, con más de veinte años de

trabajo en el tema, como experto hizo una revisión del modelo a utilizar y emitió

conceptos y consideraciones tendientes a mejorar el mismo de acuerdo a los resultados

de las simulaciones iniciales. Esto es un compilado de las notas de varias

conversaciones sostenidas durante Noviembre del año 2014 y Octubre del año 2015. El

Ingeniero Pachón se refirió particularmente a tres aspectos: el primero a una generalidad

sobre la red ATN y su implementación en Colombia; segundo al modelo de la subred

presentado en el documento y tercero a los resultados obtenidos en la simulación.

Pregunta 1: Las iniciativas para el establecimiento de una ATN en Colombia cuando se

tiene planteado iniciarlas?

Respuesta 1: Actualmente se está agotando la etapa de planificación. Se considera que

para el año 2016 ya debemos contar con una red ATN que cubra todo o parte del país y

sus dependencias ATS. Iniciativas por el momento se pueden considerar la

implementación de la REDDIG II que es un proyecto regional de la OACI y comunica a

Colombia con varios países de la región CAR-SAM. A nivel local se está trabajando

principalmente para mejorar los medios de comunicación con los aeropuertos

principalmente mediante la renovación de la red de microondas y la red satelital, así

como los dispositivos de acceso. Adicionalmente se está trabajando por dotar de

comunicaciones en protocolo IP tanto a los radares, centros y control y consolas de

comunicaciones de los aeropuertos. Durante el año 2015 se realizarán varios proyectos

para esto.

Pregunta 2: Pero esta conectividad mejorada contempla el establecimiento de una ATN?.



Respuesta 2: Es un paso previo. Mejorar toda la infraestructura de transporte de

información, sin embargo, fuera de conectividad no se está implementando una red que

cumpla con la documentación guía OACI al respecto, esto se tiene planificado para el

2016.

Pregunta 3: Para esa futura ATN se tienen definidos los protocolos a utilizar?.

Respuesta 3: La etapa de diseño no se ha iniciado. Existen, sin embargo, algunas guías

de OACI a nivel regional que nos pueden dar algunas luces de cómo diseñar esta red.

Por ejemplo a nivel de si utilizar protocolos OSI o IP, existen algunas ventajas relativas al

protocolo IP que debemos tomar en cuenta. Otro punto de partida pueden ser las

experiencias de otros países a nivel regional. El caso de Brasil es uno de los más

avanzados y hasta donde tengo entendido según las notas de estudio presentadas a

OACI su proyecto ya involucra gran parte del país en cuanto a conectividad y

aplicaciones.

Pregunta 4: Como sería ese implementación, de forma gradual o total?.

Respuesta 4: Sería de forma gradual. Una de las principales propuestas es actualizar

primero la red satelital y migrar todo esto a una red IP cumpliendo con la documentación

guía OACI al respecto.

Pregunta 5: Por qué la red satelital primero?.

Respuesta 5: Porque los grandes centros de tráfico no están conectados a través de ella

sino como un backup y además se puede validar en el entorno operativo el uso de VoIP

para comunicaciones aeronáuticas.

Pregunta 6: Y para los datos AMHS y AIDC?.

Respuesta 6: Por supuesto que también se contemplaría. Hoy el problema de la

interconexión AIDC por ejemplo supone integrarlos a una red independiente basada en

X.25 en varias ocasiones no es tan confiable esta conexión. La tendencia es migrar a IP

y establecer estos datos por la red AMHS.

Anexo A 97

Pregunta 7: Y esta red AMHS?.

Respuesta 7: La actual falta completarla. Aún existen muchas terminales que usan AFTN

para su conexión al core de la red AMHS, tanto a nivel nacional e internacional. Un

verdadero problema son las conexiones con los centros de control y comprobar la

integridad de los planes de vuelo. Esto consume demasiadas horas hombre en revisiones

y coordinaciones telefónicas para chequear esta información que al momento hace

imposible unas condiciones de automatización confiables que permita incrementar la

cantidad de vuelos atendidos. La implementación de todos estos servicios en una ATN,

que vendría a ser como una red convergente de servicios aeronáuticos urge hacerla para

bien de la conectividad aérea del país.

Pregunta 8: Volviendo a la etapa de planificación, cual sería un buena manera de abordar

el problema del diseño?.

Respuesta 8: Considerando el tráfico y la regionalización que hoy tiene la Aerocivil. Las

cifras están allí, hay que conocer un poco la infraestructura instalada y comenzar a

levantar hipótesis sobre las conveniencias. Hay varios frentes de trabajo para esto. Uno

de ellos es las simulaciones y otro sería implementar trials operativos para ver el

comportamiento, lo segundo es más costoso que lo primero por supuesto.

Pregunta 9: La separación del tráfico entre administrativo y operativo es necesario?.

Respuesta 9: Si. Tanto las recomendaciones OACI en su material guía así como las

recomendaciones de expertos internacionales en gran parte de literatura recomiendan

esta separación de tráfico entre administrativo y operativo. También se debe

independizar el manejo de la red.

Pregunta 10: Actualmente la Aeronáutica Civil aplica este concepto de separación de

tráfico?.

Respuesta 10: No. Actualmente la Aeronáutica Civil no realiza una separación de tráfico

administrativo de operativo. Tanto los canales de comunicaciones, como la

infraestructura de red se comparten principalmente por consideraciones económicas.

Esta arquitectura de red es especialmente problemática cuando se ha intentado incluir

nuevos servicios, el caso del AMHS es un ejemplo claro de los problemas que se derivan

de compartir este tráfico, desde la manipulación de las redes por varias áreas dentro de



la organización hasta la inadecuada configuración de los recursos de red o la saturación

de los canales con tráfico no operacional.

Pregunta 11: Con respecto al modelo de red construido considera válida la utilización de

la pila de protocolos propuesta en la figura 3-1?.

Respuesta 11: La utilización de protocolos IP, como TCP/IP y HTTP, para las

aplicaciones AMHS y AIDC ya vienen siendo ofrecidas en el mercado como una solución

alterna a los antiguos sistemas X.400. Hay que tomar nota que de todas formas la OACI

continua teniendo dentro de su normativa el uso de protocolos x.400. Sin embargo

refiriéndose al modelo en particular considero que la escogencia de estos protocolos es

válida y acertada ya que la tendencia es migrar hacía este tipo de protocolos en la

implementación de sistemas reales. Anticipo que muy seguramente esta pila de

protocolos será la utilizada para la implementación futura del modelo de la red.

Pregunta 12: De acuerdo al modelo de red descrito en el capítulo 3 y específicamente en

la figura 3-4, es válido el no uso de P3 y P7?.

Respuesta 12: Considero que si es válido. P3 y P7 es usado para conectar una

aplicación hardware adicional llamada Message Store (MS) con los usuarios directos del

sistema y el servidor de conmutación de mensajes. Esto tiene sentido cuando los anchos

de banda a utilizar son muy pequeños, no hay mucha confiabilidad en los enlaces o

incluso cuando la capacidad de las máquinas es limitada. En la actualidad estas tres

razones ya no son un problema y el uso de estos dos protocolos pueden complicar la red

innecesariamente.

Pregunta 13: En el capítulo 2.2 se muestra el dimensionamiento de la red. Considera

este dimensionamiento válido de acuerdo a los requerimientos operacionales?.

Respuesta 13: Con respecto al dimensionamiento considero que es acorde a los

requerimientos operacionales mínimos a un mediano plazo y en este sentido es válido.

Sin embargo considero que para una ampliación de este trabajo a futuro sería

conveniente incluir dentro de las simulaciones una mayor cantidad de usuarios finales

principalmente los futuros usuarios de las aerolíneas que se interconectarán con esta

Anexo A 99

red. En mi consideración pienso que una previsión acertada estaría en un 15% de

crecimiento de la red para el año 2019.

Pregunta 14: Con respecto a los escenarios de simulación descritos en las tablas 5-1, 5-

2, 5-3, 5-6 y 5-7, que podría indicar con respecto a la validez de los mismos?

Respuesta 14: Me parece valida la inclusión de imágenes en el tráfico simulado en el

modelo. Es una realidad que sobre la red se transportarán mensajes que incluyen

imágenes, esto de acuerdo a las iniciativas operativas que actualmente se incluyen en la

implementación futura del concepto AIM en la región CAR-SAM. Por otra parte observo

en el trabajo que los escenarios se derivaron de un estudio del tráfico actual por tanto los

considero válidos.

Pregunta 15: Los resultados para la red AMHS se muestran en las gráficas 5-3 a 5-20 y

para la red AIDC en graficas de la 5-21 a 5-32. Sobre esos resultados que se podría

decir?.

Respuesta 15: Sobre el punto de los resultados en general resalto lo siguiente que es

importante para analizar: parece que según los resultados los enlaces de 2 Mbps

utilizados son suficientes para transportar la información de la red lo cual es bueno

debido a que es la tecnología actualmente utilizada por Aerocivil. Otro resultado que

llama la atención es el tiempo de respuesta para el procesamiento de los mensajes que

aparece bastante bajo, sin embargo al no existir experiencia práctica detallada con la red

actual en cuanto a la medición de estos tiempos yo los consideraría válidos aunque en la

implementación pensaría que serian un poco mayores pero sin alcanzar los máximos

estipulados por la OACI. Pienso que para un futuro se podría reformar el modelo e incluir

condiciones de tráfico aún más exigentes para poder saber el punto de quiebre de la red

en cuanto a este parámetro. Por lo demás considero que los resultados son consistentes

con el modelo y los escenarios utilizados.



B. Anexo: Datos completo en OPNET

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Oscar Fernando Pico Ortiz - bdigital.unal.edu.co · Resumen y Abstract IX Resumen Este trabajo presenta los resultados finales de una simulación para una subred para servicios fijos