Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra
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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 normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia 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 Aeronautical interfacilities data messages handling system communications (AMHS), (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 AMHS ................................................................................................... 9 1.2.1 1.2.2 AIDC ................................................................................................... 11 1.3 Actividades de implementación y estandarización ......................................... 12 1.3.1 OACI ................................................................................................... 14 EUROCONTROL ................................................................................ 16 1.3.2 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 normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia 5. Experimentación, Presentación de resultados y análisis 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 Presentación de resultados y análisis de datos....................................78 5.2.2 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 Figura 1-1: Figura 1-2: Figura 1-3: Figura 1-4: Figura 1-5: Figura 1-6: Figura 1-7: Figura 1-8: Figura 1-9: Figura 1-10: Figura 1-11: Figura 2-1: Figura 2-2: Figura 2-3: Figura 2-4: Figura 2-5: Figura 3-1: Figura 3-2: Figura 3-3: Figura 3-4: Figura 3-5: Figura 3-6: Figura 3-7: Figura 3-8: Figura 3-9: Figura 3-10: Figura 3-11: Figura 3-12: Figura 3-13: Figura 4-1: Figura 5-1: Figura 5-2: Figura 5-3: Figura 5-4: Figura 5-5: Pág. Modelo conceptual ATN [6]...................................................................... 7 Entorno de comunicación de datos en una red ATN [10]. ........................ 8 Esquema evolutivo de los desarrollos y estándares de la red ATN. ....... 13 Arquitectura de una ATN/IPS [1]. ........................................................... 14 Arquitectura de integración de red según el proyecto NEWSKY [21]. .... 17 ESQUEMA ATN/REDDIG II/SERVICIOS [7]. ......................................... 20 Operaciones aéreas tráfico nacional. ..................................................... 22 Operaciones aéreas tráfico internacional. .............................................. 23 ACC´s en Colombia y sus conexiones OLDI. ......................................... 25 AMHS Colombia. Arquitectura del sistema. ........................................... 27 Plan de implementación de tecnologías y aplicaciones ATN [17]........... 29 Espacios aéreos de nivel superior Colombia ......................................... 34 Principales rutas para sobrevuelos sobre Colombia .............................. 36 Áreas homogéneas de tráfico aéreo en Colombia ................................. 37 Modelo de Subred AMHS…………………… ......................................... 41 Modelo de Subred AIDC ........................................................................ 42 Pila de protocolos ATN/IPS ................................................................... 44 Concepto de red AMHS tradicional ........................................................ 45 Concepto de red AMHS Mejorado ......................................................... 46 Concepto de red AMHS a utilizar ........................................................... 47 Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes ........................... 51 Subred AMHS regional Bogotá .............................................................. 52 Subred AMHS regional Atlántico............................................................ 52 Subred AMHS regional Antioquia .......................................................... 53 Subred AMHS regional Valle ................................................................. 53 Subred AMHS regional Meta ................................................................ 54 Subred AMHS regional Santander ......................................................... 54 Subred AMHS Fuerza Aérea Colombiana ............................................. 55 Subred AIDC regional Atlántico ............................................................. 55 Proceso metodológico para la simulación [30] ....................................... 58 Editor de aplicaciones en OPNET .......................................................... 63 Editor de perfiles en OPNET .................................................................. 65 Tiempo de respuesta promedio para consulta de bases de datos ......... 66 Tráfico recibido promedio en consulta de base de datos ....................... 66 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 normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia Figura 5-6: Figura 5-7: Figura 5-8: Figura 5-9: Figura 5-10: Figura 5-11: Figura 5-12: Figura 5-13: Figura 5-14: Figura 5-15: Figura 5-16: Figura 5-17: Figura 5-18: Figura 5-19: Figura 5-20: Figura 5-21: Figura 5-22: Figura 5-23: Figura 5-24: Figura 5-25: Figura 5-26: Figura 5-27: Figura 5-28: Figura 5-29: Figura 5-30: Figura 5-31: Figura 5-32: Tiempo de respuesta promedio para pagina HTTP ................................ 67 Tráfico recibido promedio en pagina HTTP ............................................ 68 Tráfico enviado promedio en pagina HTTP ............................................ 68 Tiempo de procesamiento de tareas en consulta de base de datos ....... 69 Tráfico promedio recibido en servidor de base de datos......................... 70 Tráfico promedio enviado en servidor de base de datos......................... 70 Carga promedio en servidor HTTP ......................................................... 71 Tráfico promedio recibido en servidor HTTP .......................................... 71 Tráfico promedio enviado en servidor HTTP .......................................... 72 Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG ............. 73 Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ............. 73 Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG ... 74 Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ... 75 Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG .......... 75 Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ........ 76 Respuesta promedio de página HTTP.................................................... 78 Tráfico recibido promedio para página HTTP ......................................... 78 Tráfico enviado promedio para página HTTP ......................................... 79 Carga promedio en servidor HTTP ......................................................... 79 Tráfico recibido promedio para servidor HTTP ....................................... 80 Tráfico enviado promedio para servidor HTTP ....................................... 80 Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router AMHS – Router BOG .......... 81 Delay de colas en enlace punto a punto dirección Router BOG – Router AMHS ............. 82 Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ... 82 Throughput promedio en enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG ... 83 Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router AMHS - Router BOG .......... 83 Utilización promedio enlace punto a punto dirección Router BOG - Router AMHS ........ 84 Contenido XV Lista de tablas Tabla 1-1: Tabla 2-1: Tabla 2-2: Tabla 2-3: Tabla 2-4: Tabla 3-1: Tabla 4-1: Tabla 5-1: Tabla 5-2: Tabla 5-3: Tabla 5-4: Tabla 5-5: Tabla 5-6: Tabla 5-7: Tabla 5-8: Tabla 5-9: Pág. 28 Regiones de Información de vuelo (FIR) en Colombia y sus límites .......... 35 Espacios aéreos nivel inferior y sus FDP asociados.................................. 36 Aeródromos controlados en Colombia.. ..................................................... 38 Aeródromos controlados Fuerzas Militares en Colombia.. ......................... 40 Posiciones adicionales para la Subred AMHS ........................................... 50 Caracterización del tráfico AMHS y AIDC [1]. ............................................ 61 Escenario 1. Bajo Tráfico. AMHS. ............................................................. 64 Escenario 2. Medio Tráfico. AMHS............................................................ 64 Escenario 3. Alto Tráfico. AMHS ............................................................... 64 Tiempo de respuesta servidores modelo subred AMHS ............................ 73 Datos enlace punto a punto router AMHS – router BOG subred AMHS .... 76 Escenario 1. Medio Tráfico. AIDC ............................................................. 77 Escenario 2. Alto Tráfico. AIDC ................................................................. 77 Tiempo de respuesta servidores modelo subred AIDC.............................. 81 Datos enlace punto a punto router AMHS – router BOG subred AIDC ...... 84 Tipo de conexiones entre Colombia y centros de comunicaciones adyacentes.. ............. Contenido XVI Lista de abreviaturas Abreviaturas Abreviatura AAC ABAS ACARS ACC ACP ADS-B ADS-B IN AEROCIVIL AMS AMSS AFS AFTN AIDC AMC AMHS ANS ANSP AOC API APP ARINC ARR ATC Término Aeronautical administrative communications Traducción al español Comunicaciones Aeronáuticas Administrativas Sistema de aumentación basado Aircraft Based Augmentation System en la Aeronave Aircraft Communications Addressing Sistema de reporte y and reporting system direccionamiento de aeronaves Area Control Center Centro de Control de Área Panel de comunicaciones Aeronautical Communications Panel aeronáuticas Automatic Dependent Surveillance – Vigilancia dependiente automática Broadcasting – en radiodifusión Automatic Dependent Surveillance – Vigilancia dependiente automática Broadcasting Input – en radiodifusión de Entrada Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil de Colombia Aeronautical mobile service Servicio Móvil Aeronáutico Servicio móvil aeronáutico por Aeronautical Mobile Satellite Service satélite Aeronautical Fixed Service Servicio Fijo Aeronáutico Aeronautical fixed Red fija de telecomunicaciones telecommunications network Aeronáuticas Aeronautical interfacility data Comunicaciones de datos communications aeronáuticos interfacilidades Centro de gestión de mensajería ATS Messaging Management Centre ATS Aeronautical Messages handling Sistema de manejo de mensajería system aeronáutica Air Navigation Services Servicios de navegación aérea Proveedor de servicios de Air Navigation Services Provider navegación aérea Aeronautical Operational Control Control aeronáutico Operacional AMHS Programming Interface Interfaz de Programación AMHS Unidad de control de Approach Control Unit aproximación Aeronautical Radio Incorporated Corporación de radio aeronáutica Arrival Llegada Air Traffic Control Control de tráfico Aéreo Contenido Abreviatura XVII Término Aeronautical Telecommunications Network Air Traffic Management Air Traffic Services Traducción al español Red de Telecomunicaciones ATN Aeronáuticas ATM Gestión de Tráfico Aéreo ATS Servicios de tráfico Aéreo Servicios de comunicaciones de ATSC Air Traffic Services Communications tráfico aéreo Air Traffic Services Messages Sistema de manejo de mensajería ATSMHS Handling System para servicios de tráfico aéreo Protocolo de borde de puerta de BGP-4 Border Gateway Protocol 4 enlace CAA Autoridad de aviación civil Civil Aviation authority CAR/SAM Caribean and Sud American Region Región Caribe y Suramérica Comunicaciones, Navegación y Communications, Navigation and CNS/ATM Vigilancia / Gestión de tráfico Surveillance / Air Traffic Management aéreo Communications Operating Concept Concepto de comunicaciones COCR and Requirements for the Future operacionales y requerimientos Radio System para el sistema futuro de radio COTS Commercial of the Shelf Componente fuera del estante Controller Pilot Data Link Comunicaciones de enlace de CPDLC Communication datos controlador piloto CTA Control Area Área de control DCL Departure Clearance Salida autorizada DEP Departure Salida DiffServ Differentiated services Servicios diferenciados European Organisation for the Safety Organización europea para la EUROCONTROL of Air Navigation seguridad de la navegación aérea FAA Federal Aviation Administration Administración federal de aviación FAC Fuerza Aérea Colombiana Servicios de navegación aérea del FANS Future Air Navigation Services futuro FDP Flight Data Processor Procesador de planes de vuelo FIC Flight Information Center Centro de información de vuelo Servicios de información de FIS Flight Information Service vuelos FIR Flight Information Region Región de información de vuelos FMU Flow Management Unit Unidad de gestión de flujo Grupo de Planificación e GREPECAS Implementación para la región Caribe/Suramérica HA Home Agent Agente de Hogar Protocolo de transferencia de HTTP Hypertext Transfer Protocol hipertexto International Air Transport Asociación internacional de IATA Association transporte aéreo ICD Interface Control Document Documento de control de interface Equipo de trabajo de ingeniería de IETF Internet Engineering Task Force 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 normatividad y recomendaciones de OACI, para el soporte de servicios de tránsito aéreo en Colombia Abreviatura MS Término exchange Internet Protocol Suite Internet Protocol Version 4 Internet Protocol Version 6 International Organization for Standardization Internet Society Local Area Network Media Access Control/Logical Link Control Message Store MTA Messages Agent Transfer NASA National Aerospace Administration NEMO NEWSKY Network Mobility Networking the sky Next Generation Air transportation System Notice to AirMen Network Simulator 2 IPS IPv4 IPv6 ISO ISOC LAN MAC/LLC NextGen NOTAM NS2 OACI OLDI On-Line Data interchange OPMET Operational Meteorological Data OPNET OPtimized Network Engineering Tool OSI QoS REDDIG RFC Open System Interconnection Quality of Service Request for comments ROHC Robust Header Compression SESAR Single European Sky ATM Research SITA Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques SOA Service Oriented Architecture TCP Transfer Control Protocol TMA UA UAT Terminal Area User Agent Universal Asynchronous Transceiver UDP User Datagram Protocol Traducción al español intercambio de aviación Conjunto de protocolos de internet Protocolo de internet Versión 4 Protocolo de internet versión 6 Organización internacional para la estandarización Sociedad de internet Red de área local Control de acceso al medio / control lógico de enlace Almacenamiento de mensajes Agente de transferencia de mensajes Administración nacional aeroespacial Movilidad de red Creación de redes en el cielo Sistema de transporte aéreo de la próxima generación Noticia a los hombres del aire Simulador de red 2 Organización de Aviación Civil Internacional Intercambio de datos en línea Datos operacionales meteorológicos Herramienta de ingeniería de redes optimizada Sistema de interconexión abierto Calidad de servicio Red Digital Región SAM Requerimiento para comentarios Compresión de encabezado robusta Investigación para un cielo único europeo para el ATM Sociedad internacional de telecomunicaciones aeronáuticas Arquitectura orientada a los servicios Protocolo de control de la transferencia Área terminal Agente de usuario Transceptor universal asincrónico Protocolo de datagrama de usuario Contenido XIX Abreviatura UIR UTA VDL VFR VoIP Término Upper Information Region Upper Terminal Area VHF Data Link Visual Flight Rules Voice over IP 1090 ES 1090 Extended Squitter Traducción al español Región de información superior Área terminal superior Enlace de datos en VHF Reglas de vuelo visual Voz sobre IP 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 aireaire 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 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 6 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 8 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 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 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 10 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 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]. 12 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 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 ESTANDARIZACIÓN IMPLEMENTACIÓN Y 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 14 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 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 16 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 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 18 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 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 tierratierra 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 20 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 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 22 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 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 tierratierra 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. 24 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 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 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 26 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 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]. 28 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 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 30 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 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 32 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 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 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 34 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 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 1 2 FIR BOGOTA FIR BARRANQUILLA Limites con otras FIR´s FIR BARRANQUILLA FIR MANAOS FIR CENAMER FIR PANAMA FIR LIMA FIR GUAYAQUIL FIR MAIQUETIA 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. 36 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 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: ITEM 1 2 3 4 5 6 Espacios aéreos nivel inferior y sus FDP asociados Espacios aéreos nivel inferior TMA BOG TMA BARRANQUILLA TMA ANDES TMA AMAZONIA TMA BUCARAMANGA TMA CALI Lugar de explotación Bogotá_ACC Barranquilla_ACC Cali_ACC Leticia_APP Bucaramanga_APP Cali_ACC FDP asociado BOG_FDP BAQ_FDP CLO_FDP no tiene BOG_FDP CLO_FDP Capítulo 2 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 37 TMA CUCUTA TMA EL YOPAL TMA MEDELLIN TMA NEIVA TMA PEREIRA TMA SAN ANDRES TMA VILLAVICENCIO CTA BARRANQUILLA NORTE CTA BARRANQUILLA SUR CTA CALI CTA MEDELLIN FIC VILLAVICENCIO NORTE FIC VILLAVICENCIO SUR Figura 2-3: Bogotá_ACC Villavicencio_ACC Rionegro_ACC Bogotá_ACC Cali_ACC San Andres_ACC Villavicencio_ACC Barranquilla_ACC Barranquilla_ACC Cali_ACC Rionegro_ACC Villavicencio_ACC Villavicencio_ACC BOG_FDP VVC_FDP RNG_FDP BOG_FDP CLO_FDP ADZ_FDP VVC_FDP BAQ_FDP BAQ_FDP CLO_FDP RNG_FDP VVC_FDP VVC_FDP Áreas homogéneas de tráfico aéreo en Colombia [1] 38 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 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Aeródromos Controlados Arauca Armenía Bahia Solano Barrancabermeja Barranquilla Bogotá Bucaramanga Buenaventura Cali Carepa Cartagena Cartago Corozal Cúcuta Guaymaral El Yopal Florencia Girardot Guapi Ibagué Leticia Manizales Mariquita Medellín Mitú Monteria Neiva Pasto Código OACI SKUC SKAR SKBS SKEJ SKBQ SKBO SKBG SKBU SKCL SKLC SKCG SKGO SKCZ SKCC SKGY SKYP SKFL SKGI SKGP SKIB SKLT SKMZ SKQU SKMD SKMU SKMR SKNV SKPS Código IATA AUC AXM BSC EJA BAQ BOG BGA BUN CLO APO CTG CRC CZU CUC GYM EYP FLA GIR GPI IBE LET MZL MQU EOH MVP MTR NVA PSO Capítulo 2 39 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Pereira Popayán Providencia Puerto Asís Puerto Carreño Quibdo Riohacha Rionegro San Andrés San José del Guaviare Santa Marta San Vicente del Cagúan Saravena Tame Tolú Tumaco Valledupar Villavicencio SKPE SKPP SKPV SKAS SKPC SKUI SKRH SKRG SKSP SKSJ SKSM SKSV SKSA SKTM SKTL SKCO SKVP SKVV PEI PPN PVA PUU PCR UIB RCH MDE ADZ SJE SMR SVI RVE TME TLU TCO VUP 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 Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 40 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 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 1 2 3 4 5 6 7 Aeródromos FFMM Base aérea Madrid Base aérea Marandua Base aérea Tolemaida Base aérea Palanquero Base aérea Tres Esquinas Base aérea Marco Fidel Suarez Aeropuerto Juanchaco Código OACI SKMA SKUA SKTI SKPQ SKTQ SKGB SKJC Código IATA ---MQZ TOL ---TQS ------- 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 Figura 2-4: - 41 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 42 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 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. Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 44 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 Figura 3-1: Pila de protocolos ATN/IPS Modelo de referencia OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de Datos Físico • Modelo usando ATN IPS ATSMHS (HTTP/P1) TCP (RFC 1006) IPv4 MAC/LLC 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. 46 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 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 48 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 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. 50 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 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 1 2 3 4 5 6 7 Posiciones adicionales BAQ_FDP BOG_FDP ADZ_FDP CLO_FDP RNG_FDP VVC_FDP 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: 51 Estadísticas de tráfico 2014 y sus principales fuentes [55] TRÁFICO AÉREO AÑO 2014 BARRANQUILLA BOGOTA CALI RIONEGRO - ANTIOQUIA SAN ANDRES - ISLA VILLAVICENCIO CUCUTA RESTO DEL PAIS 4% 25% 55% 5% 5% 1% 2% 3% Las subredes son propuestas de esta manera debido principalmente al entorno operacional en el cual están inmersos estos aeropuertos donde se ubican ubic los diferentes 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, Villavicencio y San 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 de las estadísticas de tránsito aéreo, se observa de acuerdo a la Figura 3 3-4 que los principales flujos de tráfico a nivel nacional e internacional se realizan desde o hacía estos aeropuertos, aeropuertos, concentrando un 45% del total del tráfico del país. Estas cifras cifras ayudarán a definir la caracterización del tráfico para la 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 3-6 3 a 3-12. 52 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 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 54 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 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 56 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 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. 58 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 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. 60 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 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 OLDI/FMTP 150 bytes (AIDC Regional) ATSMHS/ Base de Datos 3 Kbytes Integridad expresada 1 mensaje de usuario corrupto en 200 enviados 10-6 (en términos de bloques de mensajes de 1000 bytes) Jitter N/A Ancho de Banda típico (punto a punto) 10 Kbps Retardo de la red (en una dirección) <1 segundo 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. 62 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 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 5.1.1 Subred AMHS 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. Modelamiento y simulación de una subred ATN tierra-tierra, para aplicaciones AIDC (Aeronautical Interfacility 64 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 - 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 Exponencial Media (segundos) Base de Datos Exponencial 30 Tabla 5-2: Escenario 2. Medio Tráfico. AMHS HTTP 1.1 720 Aplicación Distribución Media de (segundos) probabilidad HTTP 1.1 Exponencial 60 Base de Datos Tabla 5-3: Exponencial 12 Cantidad Objetos Imágenes cantidad Tamaño 1 No No 1 No No Tamaño Cantidad Imágenes Tamaño del Objetos cantidad Objeto Fijo. 4 1 5 Aleatorio. Kbytes Uniformemente distribuido en (500,2000) bytes Fijo. 1 No No 512 bytes Escenario 3. Alto Tráfico. AMHS Aplicación Distribución Media de (segundos) probabilidad HTTP 1.1 Exponencial 15 Base de Datos Tamaño del Objeto Fijo. 3 Kbytes Fijo. 16 bytes Exponencial 12 Tamaño Cantidad Imágenes Tamaño del Objetos cantidad Objeto Fijo. 10 1 5 Aleatorio. Kbytes Uniformemente distribuido en (2000, 10000) bytes Fijo. 32 1 No No Kbytes Capítulo 5 Figura 5-2: 65 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. 66 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 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 68 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 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 70 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 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 Figura 5-12: Carga promedio en servidor HTTP Figura 5-13: Tráfico promedio recibido en servidor HTTP 71 72 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 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 Tiempo respuesta HTTP Tiempo respuesta Base de Datos promedio promedio Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 0.08 segundos 0.01 segundos 0.2 segundos 0.015 segundos 0.36 segundos 0.25 segundos Máximo Permitido <5 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 74 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 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 76 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 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 Uso del Enlace promedio Uso del Enlace Pico Throughput promedio Throughput pico Delay de colas promedio Escenario 1 Escenario 2 0.2 % 0.75% 10 Kbps 15 Kbps 0.001 segundos 2% 3.68 % 30 Kbps 75 Kbps 0.005 segundos Escenario 3 24.5% 40.56% 500 Kbps 831 Kbps 0.045 segundos Máximo Permitido 50% 70% 1024 Kbps 2048 Kbps <1 Segundo Capítulo 5 77 5.2 5.2.1 Subred AIDC 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 Aplicación HTTP 1.1 Distribución de probabilidad Exponencial Tabla 5-7: Escenario 2. Alto Tráfico. AIDC Media (segundos) 5 Aplicación Distribución Media de (segundos) probabilidad HTTP 1.1 Exponencial 1 Tamaño del Objeto Fijo. 500 bytes Cantidad Objetos Imágenes cantidad Tamaño 1 No No Tamaño Cantidad Imágenes Tamaño del Objetos cantidad Objeto Fijo. 1 No No 1000 bytes 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. 78 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 5.2.2 Presentación de resultados y Análisis de datos 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 Figura 5-23: Tráfico enviado promedio para página HTTP Figura 5-24: Carga promedio en servidor HTTP 79 80 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 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 82 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 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 84 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 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 Uso del Enlace promedio Uso del Enlace Pico Throughput promedio Throughput pico Delay de colas promedio Escenario 1 Escenario 2 0.1 % 0.14% 1 Kbps 3 Kbps 0.017 segundos 0.8% 1.08 % 4 Kbps 22 Kbps 0.038 segundos Máximo Permitido 50% 70% 1024 Kbps 2048 Kbps <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?. 96 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 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 98 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 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, 52, 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. 100 B. 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 Anexo: Datos completo en OPNET Bibliografía 101 Bibliografía [1] Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil U.A.E.A.C. 2010. Plan de Navegación Aérea para Colombia Volumen I: Requerimientos Operacionales, Bogotá. [2] Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil U.A.E.A.C. 2010. Plan de Navegación Aérea para Colombia Volumen II: Instalaciones y Servicios. Bogotá. [3] OACI. 2010. 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