Ingeniería Electrónica
Diseño e implementación de una red de radioenlaces integrada a redes comunitarias mediante la metodología PPDIOO para el acceso a internet a estudiantes rurales y la aplicación de agricultura inteligente en La Calera
The Buenos Aires Rural School, in the municipality of La Calera (Cundinamarca, Colombia), had no Internet service: field inspection verified that no commercial provider offers coverage in the village and that no usable mobile signal is available for data. Its 40 students and 2 teachers had no means of connection whatsoever. This work documents the design, construction and validation of the radio link network that carried the service from the town centre to the school, separated by a mountain that blocks line of sight between the two points. The solution was resolved as two chained hops of 2.91 km and 8.10 km in the 5.7 GHz license-exempt band, in compliance with Resolution 105 of 2020 of the Colombian National Spectrum Agency, joined by a repeater node installed at 3,151 m above sea level, where no power grid reaches. That node runs on a standalone photovoltaic system sized for 80 W against the 23.5 W drawn by the equipment, a reserve intended to extend the network towards other villages in the municipality. Development followed the PPDIOO methodology, with a link budget computed analytically, verified through simulation over the real terrain profile, and subsequently contrasted with on-site measurements. The school went from having no connection to receiving a steady 22.3 Mbps downstream and 6.9 Mbps upstream, with peaks of 40.04 Mbps, against the 15 Mbps set as the minimum in the needs assessment; thirty days of operation yielded 99.99 % availability. The network operates under a community scheme formalised in Memorandum of Understanding No. 475-2025 between Universidad Distrital Francisco José de Caldas and the Municipality of La Calera, at no cost to the school and on license-exempt spectrum. The same link provides transport for the gateway of the sensor network that a parallel project deployed across the village's potato fields, a channel without which frost alerts would never reach their server. The results were externally reviewed through an article approved for publication in an indexed journal.
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Contenido
- Resumenp. 16
- Palabras clavep. 17
- Abstractp. 18
- Keywordsp. 19
- Introducciónp. 20
- Problema de investigaciónp. 21
- Planteamiento del problemap. 21
- Formulación del problemap. 22
- Objetivosp. 24
- Objetivo generalp. 24
- Objetivos específicosp. 24
- Justificacionp. 25
- Marco teóricop. 27
- Grupo de investigación LIDER y semillero SCISENp. 27
- Fundamentos de radioenlacesp. 30
- Presupuesto de enlacep. 37
- Modulación y capacidadp. 41
- Arquitectura de red y gestiónp. 44
- Regulación del espectro radioeléctricop. 46
- Sistemas de alimentación fotovoltaica autónomap. 48
- Conectividad rural y agricultura inteligentep. 54
- Metodología PPDIOOp. 56
- Estado del artep. 59
- Departamento del Caucap. 59
- meteorológicas en la Isla San Cristóbal-Galápagosp. 60
- del Distrito de Chupacap. 60
- Cundinamarca hasta la Unidad Agroambiental El Vergel en Facatativáp. 61
- en instituciones educativas rurales de Torata (Moquegua)p. 62
- Cauca, Cartago (Valle del Cauca)p. 62
- altoandinas: caso Ecuadorp. 62
- energía para la alimentación de estaciones base en redes celularesp. 63
- preliminarp. 64
- 5.12 Síntesis comparativa de los antecedentesp. 65
- 5.13 Análisis bibliométrico del estado del artep. 66
- Metodologíap. 71
- Marco metodológicop. 71
- Metodología de desarrollo: PPDIOO adaptadap. 73
- desarrollo del proyectop. 80
- Fase de preparaciónp. 81
- Fase de planificaciónp. 96
- Fase de diseñop. 118
- Fase de implementaciónp. 159
- Fase de operaciónp. 180
- Ajustar y evaluarp. 201
- Documentar y socializarp. 207
- Alcances y limitacionesp. 215
- Alcancesp. 215
- Limitacionesp. 216
- Recursos y presupuestosp. 217
- Cronogramap. 219
- Impacto y recomendacionesp. 220
- 11.1 Impacto del proyectop. 220
- 11.2 Trabajos futurosp. 222
- Conclusionesp. 224
- 12.1 Identificación de la necesidad y línea base de conectividadp. 224
- 12.2 Diseño y simulación validados por tres métodos convergentesp. 224
- 12.3 Arquitectura en cascada y autonomía energética del nodo repetidorp. 225
- 12.4 Implementación y desempeño verificados en operaciónp. 226
- 12.5 Documentación, articulación institucional y difusiónp. 227
- Bibliografíap. 229
- Anexosp. 240
- 14.1 Anexo A: Carta radicada - Rector del Colegio Departamentalp. 240
- 14.2 Anexo B: Carta radicada - Despacho del Alcaldep. 241
- 14.3 Anexo C: Carta radicada - Secretaría de Gobiernop. 242
- 14.4 Anexo D: Carta radicada - Secretaría de Educaciónp. 244
- 14.5 Anexo E: Respuesta y aval institucional de la Secretaría de Educaciónp. 246
- Caldas – Alcaldía del municipio de La Calerap. 247
- 14.7 Anexo G: Cronograma de ejecución del Proyectop. 249
- Ilustración 1. Sistema y partes de los radioenlacesp. 30
- Ilustración 2. Diagrama de bloques del transmisor y receptor de una radio digitalp. 31
- Ilustración 3 Propagación en la troposferap. 33
- Ilustración 4. Primera zona de Fresnel entre las antenas transmisoras y receptorasp. 34
- de filo únicop. 35
- secundariosp. 36
- (modulación adaptativa)p. 43
- de la SNRp. 44
- Ilustración 10. Topologías de radioenlacep. 45
- Ilustración 12. Topología del convertidor CD/CD elevador (boost)p. 52
- Ilustración 13. Diagrama de bloques de un sistema fotovoltaico autónomop. 53
- Ilustración 14. Organización por capas de un sistema de agricultura inteligentep. 56
- Ilustración 15. Fases de la metodología PPDIOO de Ciscop. 57
- Ilustración 16. Mapa de co-ocurrencia de términos del corpus bibliográficop. 68
- Ilustración 17. Superposición temporal del mapa de co-ocurrenciap. 69
- Ilustración 18. Diseño metodológico del proyectop. 74
- Ilustración 19. Fases de la metodología PPDIOO de Ciscop. 80
- Ilustración 20 Vista aérea de la escuela rural de Buenos Airesp. 82
- Ilustración 22 Evaluación de visibilidad desde la Escuela Rural de Buenos Airesp. 89
- Ilustración 23 Perfil de relieve topográfico de la trayectoria directap. 90
- Ilustración 24 Inventario consolidado de hardware facilitado por el grupo LIDERp. 95
- Ilustración 25 Antena ubicada en la emisora radio Teusacá. Elaboración propiap. 109
- Ilustración 26 Antena ubicada emisora Teusacá y UPS disponible. Elaboración propiap. 110
- Ilustración 27 Línea de vista emisora al cerro de la Pita. Elaboración propiap. 111
- disponible. Elaboración propiap. 112
- propiap. 101
- Ilustración 31 Análisis de atenuación por precipitación. Elaboración propiap. 125
- Ilustración 32 Componentes del presupuesto de enlace por tramo. Elaboración propiap. 127
- Ilustración 34 Perfil de terreno y Primera Zona de Fresnel. Elaboración propiap. 129
- Ilustración 35 . Perfil de terreno y Primera Zona de Fresnel. Elaboración propiap. 130
- Elaboración propiap. 132
- Ilustración 38 Capacidad teórica de canal vs. SNR. Elaboración propiap. 134
- Ilustración 39 Análisis de línea de vista en Google Earth. Elaboración propiap. 137
- Ilustración 41 Arquitectura de red y ubicación de nodos. Elaboración propiap. 139
- con zona de Fresnel despejada. Elaboración propiap. 140
- zona de Fresnel despejada. Elaboración propiap. 141
- Ilustración 44 Patrón de radiación horizontal P2P (HSU)p. 145
- Ilustración 45 Patrón de radiación vertical P2P (HSU)p. 146
- Ilustración 46 Patrones horizontal y vertical superpuestos (HSU). Elaboración propiap. 146
- Ilustración 47 Patrón de radiación cargado en HTZ (izquierda). Elaboración propiap. 147
- Ilustración 48 Patrón de radiación cargado en HTZ (derecha). Elaboración propiap. 147
- Ilustración 49 Vista superior del radioenlace simulado en HTZ. Elaboración propiap. 148
- Pita con zona de Fresnel y LOS. Elaboración propiap. 149
- con zona de Fresnel y LOS. Elaboración propiap. 150
- y HTZ. La línea roja indica la sensibilidad de 64-QAM 5/6. Elaboración propiap. 152
- propiap. 101
- Ilustración 55 Margen de desvanecimiento por método. Elaboración propiap. 154
- Ilustración 56 Línea de tiempo de la fase de implementación en dos etapasp. 160
- actualizaciónp. 161
- topología en cascadap. 163
- Ilustración 59 Vista del software de gestión RADWIN con los tres puntos enlazadosp. 164
- Ilustración 61 Consumo del nodo repetidor: medido frente al valor de diseñop. 166
- de señalp. 167
- proyecto. Fotografía propiap. 170
- propiap. 101
- Fotografía propiap. 173
- Fotografía propiap. 173
- Fotografía propiap. 173
- Point). Fotografía propiap. 176
- Ilustración 73 Esquema de la topología en cascada. Elaboración propiap. 177
- umbral. Elaboración propiap. 178
- Fotografía propiap. 173
- Fotografía propiap. 173
- Ilustración 78 Verificación de la arquitectura completa desde la Estación Base (HBS)p. 182
- 192.168.1.200)p. 183
- Pita (IP 192.168.1.201)p. 184
- 192.168.1.202)p. 184
- (elaboración propia)p. 185
- Ilustración 83 Monitoreo del nivel de señal recibida (RSL) durante 24 horasp. 186
- Ilustración 84 Monitoreo de la potencia de transmisión (TSL) durante 24 horasp. 186
- ms)p. 187
- 192.168.1.201 (media 12 ms)p. 188
- 21 ms)p. 187
- 192.168.1.199 (media 39 ms)p. 189
- los casos)p. 189
- del canalp. 191
- y 6,9 Mbps de subidap. 192
- 14,86 Mbpsp. 193
- de la jornadap. 194
- Ilustración 95 Monitoreo de tráfico cursado por enlace (intervalos de 15 minutos)p. 196
- Ilustración 96 Monitoreo de la tasa de errores (segundos con error) en el enlacep. 196
- Ilustración 98 Vista de la ubicación de la red desde el servidor de gestiónp. 198
- propiap. 101
- (Costa Rica)p. 208
- Congreso Internacional #LoHacemosxTIC (Santa Marta)p. 209
- Internacional #LoHacemosxTICp. 210
- Internacional #LoHacemosxTICp. 210
- San José, Costa Rica)p. 212
- Ingeniería Solidaria (UCC)p. 213
- Tabla 1. Síntesis comparativa del estado del artep. 65
- Tabla 2 Parámetros de operación en la banda 5.8 GHz según la ANEp. 93
- Tabla 3 Velocidades de conexión recomendadas para Youtubep. 99
- Tabla 4 Velocidad mínima de descarga para actividad según la FCCp. 100
- propiap. 101
- Tabla 6 Matriz comparativa de equipos de radioenlace evaluados. Elaboración propiap. 106
- propiap. 101
- Tabla 8 Descripción de nodos y equipos del sistema. Elaboración propiap. 121
- Tabla 9 Parámetros de radiofrecuenciap. 121
- Tabla 10 Fade Margin por modo de modulación y por tramo. Elaboración propiap. 126
- propiap. 101
- propiap. 101
- (R0.01 = 95 mm/h). Elaboración propiap. 135
- propiap. 101
- propiap. 101
- propiap. 101
- propiap. 101