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Estudio y diseño del acceso a la red en entornos aeroportuarios mediante tecnología WiMax

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2012-10
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2012-10-22
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En este proyecto final de carrera se aborda la creación y validación de diversos módulos en C++ de un prototipo de sistema de comunicaciones basado en el estándar WiMAX móvil 802.16e. Este prototipo será utilizado para realizar pruebas sobre la tecnología que deberá soportar el nuevo enlace de comunicaciones AeroMACS, descrito dentro del proyecto europeo SESAR para la unificación en la gestión del tráfico aéreo europeo. Este enlace será el encargado de prestar, en un futuro, las comunicaciones entre las aeronaves y las torres de control cuando dichas aeronaves se encuentren ubicadas en superficies aeroportuarias dentro del territorio europeo. Para ello, AeroMACS hará uso del canal radio y de la tecnología WiMAX, adaptándola a las peculiaridades que requieren las comunicaciones aeronáuticas, relacionadas con la seguridad y el uso de bandas de frecuencia específicas. A lo largo del capítulo 1º expondremos las líneas maestras del proyecto europeo SESAR y el encuadre del prototipo dentro de él. En el capítulo 2º expondremos las características principales de la tecnología WiMAX móvil que emplearemos para desarrollar los módulos del prototipo. También serán explicados los escenarios virtuales que emplearemos para validar el desarrollo del prototipo. El prototipo emplea como base la implementación boc-WiMAX, proporcionada de forma gratuita por la empresa Bollaré Telecom en su página web. Esta implementación proporciona un ASN-GW (equipos encargados de interconectar la red WiMAX con la red IP y gestionar los recursos de dicha red), una estación base y una estación móvil basadas en la tecnología WiMAX, con unas funcionalidades muy básicas. Partiendo de esta implementación inicial, comenzaremos un estudio pormenorizado de todas las funcionalidades que contiene. Este estudio se desarrolla y explica con detalle a lo largo del capítulo 3º. Una vez analizadas las capacidades de las que dispone boc-WiMAX pasaremos a iniciar el desarrollo de los módulos QoS y Handover en los distintos elementos de la red que deben componer la arquitectura de comunicaciones. Estos módulos resultan imprescindibles para conseguir un prototipo de sistema de comunicaciones capaz de atender aeronaves, caracterizadas, entre otras muchas cosas, por su movilidad, la seguridad de sus transmisiones y por la necesidad de transmitir y recibir flujos de tráfico de datos con distintas calidades de servicio. A lo largo del capítulo 4º se detalla el procedimiento seguido para elaborar el módulo QoS, siguiendo fielmente las directrices del estándar 802.16e. Se procede a realizar, de igual manera, la validación de dicho módulo creando un caso de uso en un entorno simulado. Finalmente, a lo largo del capítulo 5º se procederá a indicar la metodología que fue empleada para desarrollar el módulo de Handover de acuerdo a las directrices del estándar WiMAX móvil 802.16e y las recomendaciones del Network WiMAX Forum (NWF). Una vez explicado el desarrollo de dicho módulo se procede a validarlo mediante un caso de uso simulado. _____________________________________________________________________________________________________________________
This Master’s Thesis copes with the implementation and validation of a mock-up platform of a brand new mobile communications System based on the IEEE 802.16e standard. Furthermore, it deals with the development of the particular software modules required. The language used was C++. European funded SESAR project, aims to deliver and standardize a brand new data link for surface communications within the airports. This data link is not only for communications between the control tower and the aircrafts but also for ones related to air carriers and their fleet. As previously stated, the work carried out here encompasses the development of a prototype to verify and validate the technology. This document is divided in several sections. The first chapter gives the global framework of SESAR project (Single European Sky ATM Research) and where the mock-up fits in it. Chapter two gathers the main characteristics of mobile WiMAX technology that were considered for the developments. Besides, all the scenarios simulated to validate the developments carried out are explained. The implementation of the mock-up started off with an available implementation of the WiMAX standard called ‘boc-WiMAX’ released by the French company ‘Bollaré Telecom’. This implementation provides elements of the architecture such as the ASN-GW, a Base Station and a Mobile one. It’s important to highlight that the functionality implemented by Bollaré of these three elements is very basic and limited according to the standard. As a previous step, a traceability analysis of all the features supported by the standard and the ones included in the Bollaré implementation was performed. Further information on this is detailed in chapter three. Two major gaps were identified after the analysis. There was no QoS (Quality of Service), neither HO (Hand Over) implemented. These are mandatory procedures because of the mobility of the aircrafts and the need to have means to guarantee service provisioning in ATC (Air Traffic Communications) and traffic differentiation. Besides, these procedures affect different elements of the architecture. Chapter four gathers all the work done in order to implement the QoS module according to the profile documentation issued by the WiMAX Forum. Moreover, it presents a scenario simulated to assess and validate the development of the module. Finally, across chapter five, the methodology followed to develop the handover module compliant to WiMAX Forum profile and the recommendations coming from the Network WiMAX Forum (NWF) is explained. Once ended up with the development part, a specific scenario was settled to validate the implemented module.
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Keywords
Redes de comunicación, Comunicaciones inalámbricas, WiMAX, Aeropuertos
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