Un equipo de rescate se adentra en una zona sin cobertura celular. Varios miembros del equipo llevan radios portátiles, un vehículo permanece cerca del puesto de mando temporal y una aeronave no tripulada sobrevuela el lugar transmitiendo vídeo en directo. No hay una estación base celular ni un controlador inalámbrico fijo entre ellos, pero la voz, la información de ubicación y el vídeo pueden seguir circulando entre los miembros del equipo a medida que cambian de posición.
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Este es el tipo de problema que una radio MANET está diseñada para resolver.
MANET significa Mobile Ad Hoc Network, o red móvil ad hoc. En lugar de exigir que cada dispositivo se comunique a través de una estación base fija, las radios MANET pueden descubrir nodos cercanos, establecer enlaces inalámbricos y reenviar tráfico entre sí. Por tanto, una radio desempeña dos funciones al mismo tiempo: es un punto final utilizado por su propio operador y, cuando es necesario, también puede formar parte de la ruta de red que transporta tráfico para otros usuarios.
Esta segunda función es lo que diferencia a MANET de las comunicaciones de radio convencionales punto a punto. Si la Radio A no puede alcanzar directamente a la Radio D, la red puede seguir entregando el tráfico a través de la Radio B y la Radio C. A medida que se desplazan las personas, los vehículos o los nodos aéreos, esas rutas pueden recalcularse según los enlaces que continúen disponibles.
Arquitectura de una Red de Radio MANET
La radio tradicional, las redes inalámbricas basadas en infraestructura y MANET utilizan enlaces de radiofrecuencia, pero sus estructuras de red son fundamentalmente diferentes.
En un sistema de radio directo convencional, dos usuarios se comunican cuando sus radios se encuentran dentro de un alcance de RF utilizable:
Radio A → Radio B
Si el terreno, la distancia o un obstáculo impiden que las dos radios se escuchen entre sí, la ruta directa se pierde, a menos que se haya instalado un repetidor u otra infraestructura.
Una red basada en infraestructura funciona de otra manera. Las redes celulares y muchos sistemas inalámbricos convencionales se construyen alrededor de elementos de red fijos:
Dispositivo → Estación Base → Infraestructura de Red → Dispositivo
Normalmente, el terminal no reenvía tráfico para otro terminal. La comunicación depende del acceso a la infraestructura.
Una MANET distribuye una mayor parte de esa función de red entre las propias radios:
Nodo A → Nodo B → Nodo C → Nodo D
Los Nodos B y C no tienen que ser necesariamente repetidores dedicados. Pueden ser radios portátiles, instaladas en vehículos, de mochila o aéreas que se utilizan para sus propias comunicaciones y, al mismo tiempo, retransmiten paquetes para otros nodos.
| Tipo de Red | Ruta del Tráfico | Dependencia de Infraestructura |
|---|---|---|
| Radio Directa | De radio a radio | Baja, pero normalmente limitada al alcance directo de RF |
| Red Basada en Infraestructura | Terminal a través de una estación base o punto de acceso | Depende de infraestructura fija |
| MANET | Directa o multisalto a través de otros nodos | Puede formarse sin una estación base central fija |
La expresión "independiente de la infraestructura" no significa que una MANET nunca pueda utilizar nodos fijos, vehículos de mando o gateways. Un relé situado en un punto elevado, una radio instalada en un vehículo o un gateway fijo pueden seguir mejorando la cobertura y conectando la red de campo con otros sistemas. La diferencia es que estos dispositivos no tienen que ser el único punto central por el que se comunican todos los nodos locales.
Malla Autoformable y Descubrimiento de Vecinos
Una MANET empieza a resultar útil antes de que se cree cualquier ruta multisalto. Primero, las radios deben determinar qué otros nodos pueden alcanzarse realmente por radio.
Cuando los nodos se activan, intercambian información que permite a la red identificar las radios cercanas y los enlaces inalámbricos disponibles. La señalización exacta depende de la implementación de MANET, pero el proceso suele incluir varias funciones.
Descubrimiento de Vecinos
Cada nodo identifica las radios que puede alcanzar en ese momento. Una radio portátil que se desplaza con un miembro del equipo de respuesta puede detectar simultáneamente otra radio portátil, un nodo instalado en un vehículo y un relé aéreo.
Estas relaciones no permanecen fijas. Una radio que ahora es un nodo vecino puede dejar de estar dentro de un alcance utilizable unos minutos después a medida que las personas o los vehículos se desplazan.
Evaluación del Enlace
Descubrir otra radio no significa automáticamente que sea la mejor ruta. La MANET puede evaluar características como la calidad de la señal, la disponibilidad del enlace, las condiciones del canal y otras métricas de enrutamiento compatibles con el sistema.
En un momento determinado puede preferirse una ruta directa con buena calidad, mientras que otra ruta multisalto puede resultar más adecuada después de que uno de los nodos se desplace detrás de un edificio o una obstrucción del terreno.
Formación de Rutas
Una vez que existe suficiente información sobre la topología, el tráfico puede reenviarse a través de uno o varios nodos.
Supongamos que el Nodo A no puede alcanzar directamente al Nodo D, mientras que los siguientes enlaces siguen disponibles:
A → B → C → D
Un paquete generado por el Nodo A puede transmitirse primero a B. El Nodo B lo reenvía a C y C lo reenvía a D. Desde la perspectiva de la aplicación, A y D están conectados aunque no exista un enlace de RF directo entre ellos.
Esto conduce a una de las formas más útiles de describir una radio MANET:
Una radio MANET es tanto un punto final de comunicaciones como, cuando es necesario, una parte de la infraestructura de red utilizada para reenviar tráfico de otros nodos.
La capacidad de crear estas rutas automáticamente se describe habitualmente como autoformación. Esto reduce la necesidad de que el personal configure manualmente una nueva ruta de repetición cada vez que cambia la topología sobre el terreno.
Enrutamiento Multisalto y Topología Dinámica
La palabra "Mobile" en Mobile Ad Hoc Network es importante porque se espera que la topología cambie.
Considere una ruta operativa que inicialmente tiene este aspecto:
Nodo A → Nodo B → Nodo C → Nodo D
Si el Nodo B se aleja y sus enlaces desaparecen, la ruta original ya no puede transportar tráfico. Si otro nodo proporciona una alternativa utilizable, la red puede reorganizarse:
Nodo A → Nodo E → Nodo C → Nodo D
Dependiendo de la implementación de MANET, la gestión de rutas puede utilizar métodos de enrutamiento proactivos, reactivos, híbridos o propietarios. Algunos sistemas mantienen continuamente información de topología, mientras que otros descubren o actualizan rutas cuando se necesita establecer comunicación. El algoritmo específico varía, pero el objetivo de ingeniería es similar: el tráfico debe seguir una ruta que sea utilizable en ese momento a medida que cambia el entorno inalámbrico.
Este comportamiento suele denominarse autorrecuperación, aunque el término debe interpretarse con cuidado. La autorrecuperación no significa que una radio averiada se repare por sí sola, ni garantiza comunicaciones ininterrumpidas en cualquier topología.
Significa que, cuando un nodo o enlace deja de estar disponible, la red puede seleccionar otra ruta si existe una ruta de RF alternativa.
Por ejemplo, si el Nodo B falla pero los Nodos A y C pueden alcanzar al Nodo E, el enrutamiento puede pasar por E. Si el Nodo B era el único nodo que conectaba físicamente dos grupos separados y no existe una ruta alternativa, la red puede dividirse en dos segmentos desconectados. Esta situación suele denominarse partición de red.
Por tanto, la ubicación de los nodos sigue siendo importante. MANET reduce la dependencia de la infraestructura fija, pero no puede eludir los principios básicos de propagación de RF. El terreno, los edificios, la distancia y las interferencias siguen determinando si existen suficientes enlaces para que el enrutamiento funcione.
Voz, Vídeo y Datos a través de una MANET
Los sistemas MANET modernos no se limitan a transportar voz push-to-talk. Una vez que las radios forman una red móvil compatible con IP, diferentes tipos de aplicaciones pueden compartir el transporte inalámbrico.
Un miembro del equipo de respuesta puede transmitir voz PTT y posición GPS mientras otro usuario envía imágenes. Un nodo instalado en un vehículo puede transportar telemetría o conectar una cámara IP local. Un nodo aéreo puede transmitir vídeo en tiempo real hacia un vehículo de mando móvil.
Por ejemplo, una transmisión de vídeo puede seguir una ruta como:
Cámara / Radio MANET → Nodo de Campo → Nodo de Retransmisión → Radio MANET de Vehículo → Aplicación de Mando
El desafío es que estas aplicaciones no tienen los mismos requisitos de red.
La voz suele consumir relativamente poco ancho de banda, pero es muy sensible a la latencia, el jitter y la pérdida de paquetes. Una conversación puede resultar difícil incluso cuando el rendimiento parece suficiente si los paquetes llegan demasiado tarde o de forma irregular.
El vídeo en directo requiere bastante más ancho de banda y puede adaptar su bitrate en función de la capacidad disponible de la red. A medida que aumenta el número de saltos o empeoran las condiciones de RF, mantener vídeo de alta resolución puede resultar más difícil.
La posición GPS, la mensajería y la telemetría suelen consumir mucho menos ancho de banda, pero estos servicios pueden necesitar actualizaciones frecuentes y fiables para que una aplicación de mando mantenga una imagen operativa precisa.
Por tanto, el diseño de una MANET implica algo más que maximizar el rendimiento máximo. Una red práctica debe tener en cuenta:
Latencia para voz en tiempo real y tráfico de mando;
Jitter y pérdida de paquetes a través de enlaces de RF cambiantes;
Ancho de banda disponible para vídeo en directo;
Tratamiento QoS para diferentes clases de tráfico;
Estabilidad de los enlaces a medida que los nodos se desplazan por el área de operaciones.
Una red que puede demostrar un alto rendimiento entre dos radios estacionarias en un terreno abierto puede comportarse de forma muy diferente cuando diez o veinte nodos móviles empiezan a reenviar voz, telemetría y varias transmisiones de vídeo al mismo tiempo.
Alcance MANET, Número de Saltos y Capacidad de Red
"¿Cuál es el alcance de una radio MANET?" parece una pregunta sencilla, pero una única cifra de alcance rara vez describe cómo funciona realmente una MANET.
Existen dos conceptos diferentes: alcance RF de un solo salto y alcance de red de extremo a extremo.
El alcance de un solo salto describe hasta qué distancia pueden comunicarse directamente dos nodos bajo unas condiciones determinadas. Está influido por la frecuencia, la potencia de transmisión, la ganancia y altura de la antena, el terreno, los edificios, la vegetación, las interferencias y el rendimiento del receptor.
Un enlace directo puede tener este aspecto:
Nodo A → Nodo B
Una MANET puede ampliar las comunicaciones más allá de ese enlace individual introduciendo nodos intermedios:
Nodo A → Nodo B → Nodo C → Nodo D
Por tanto, el Nodo A puede intercambiar tráfico con el Nodo D incluso cuando ambos se encuentran muy fuera del alcance de radio directo entre sí.
Esto no significa que cada salto adicional proporcione cobertura de red sin coste. El reenvío multisalto tiene un coste.
Los nodos intermedios necesitan tiempo de transmisión para recibir y retransmitir tráfico. Dependiendo de la arquitectura de radio, el plan de canales y la implementación de la red, aumentar el número de saltos puede incrementar la latencia de extremo a extremo y reducir la capacidad disponible para flujos de datos individuales. Un relé muy ocupado cerca del centro de la topología también puede transportar tráfico de muchos usuarios al mismo tiempo.
Por tanto, un mayor número de saltos puede introducir:
Latencia adicional;
Mayor consumo del tiempo de transmisión compartido;
Menor rendimiento efectivo en algunas rutas;
Más cambios de ruta a medida que se desplazan los nodos intermedios;
Mayor exposición a interferencias y enlaces de RF débiles.
Por tanto, la ventaja de MANET no es un "alcance de radio ilimitado". Su valor reside en la capacidad de utilizar nodos distribuidos para ampliar el alcance de la red a zonas donde no sería posible establecer un único enlace directo de RF.
La densidad de nodos es importante por la misma razón. Un número insuficiente de nodos distribuidos por una gran área de operaciones puede dejar zonas sin rutas alternativas. Añadir posiciones de relé útiles puede mejorar la conectividad, pero añadir radios sin considerar las condiciones de RF y la carga de tráfico no mejora automáticamente la capacidad de la red.
Parámetros de Despliegue e Integración de Backhaul
El rendimiento de MANET depende en gran medida de cómo se despliega la red. El algoritmo de enrutamiento no puede compensar todas las decisiones deficientes relacionadas con el diseño de RF o del sistema.
Frecuencia y Ancho de Banda
La frecuencia afecta a la propagación, las características de las antenas y la forma en que las señales interactúan con edificios, terreno y vegetación. El ancho de banda del canal influye en la capacidad de datos disponible y también puede afectar al funcionamiento de la red en espectros congestionados o con muchas interferencias.
Por tanto, un despliegue optimizado para voz de largo alcance e informes de posición puede utilizar parámetros de RF muy diferentes a los de uno diseñado para transportar varias transmisiones de vídeo de alta tasa de bits.
Densidad y Movilidad
MANET necesita suficientes relaciones inalámbricas utilizables para crear rutas alternativas. Si los nodos están demasiado separados, el enrutamiento multisalto no dispone de enlaces con los que trabajar.
La movilidad también afecta a la estabilidad de las rutas. Una red de equipos terrestres que se mueven relativamente despacio suele cambiar su topología con menos frecuencia que una red que combina vehículos rápidos, aeronaves y usuarios portátiles desplazándose por estructuras urbanas densas.
Ubicación de Antenas
La posición de la antena puede ser tan importante como la potencia de transmisión. Una radio de vehículo con una antena externa correctamente instalada puede proporcionar una posición de relé mucho más eficaz que una radio portátil llevada cerca del cuerpo. En algunos casos, un nodo aéreo puede crear enlaces útiles con línea de visión entre equipos terrestres separados por el terreno o por edificios.
Por esta razón, las radios MANET portátiles, instaladas en vehículos y aéreas suelen ser complementarias en lugar de intercambiables.
Red de Campo y Backhaul
MANET aborda principalmente las comunicaciones entre nodos dentro del área de operaciones. Una organización de mando también puede necesitar trasladar información fuera de esa red local.
Una arquitectura típica podría ser:
Nodos MANET Portátiles / de Vehículo / UAV → Nodo de Mando Móvil → Backhaul 4G / 5G / Satélite / Fibra → Centro de Mando Remoto
MANET y el backhaul resuelven problemas diferentes. MANET proporciona la malla móvil local entre los usuarios sobre el terreno. Las redes celulares, satelitales, de microondas o de fibra pueden proporcionar la conexión de larga distancia entre esa red de campo y un centro de mando remoto.
Mantener estas dos capas separadas es importante al evaluar la resiliencia. Un fallo del backhaul satelital no significa necesariamente que los usuarios MANET locales pierdan la comunicación entre sí. Del mismo modo, una conexión satelital operativa no puede compensar una MANET de campo que se haya dividido en segmentos de RF aislados.
Preguntas Frecuentes
¿Es una Radio MANET lo Mismo que un Walkie-Talkie?
No necesariamente. Un walkie-talkie convencional suele comunicarse directamente con otra radio o a través de infraestructura fija de repetidores. Una radio MANET puede participar en una red de datos ad hoc en la que los nodos se descubren entre sí y pueden reenviar paquetes a través de múltiples saltos inalámbricos. Dependiendo del sistema, esa red puede transportar voz PTT, además de datos IP, vídeo, ubicación y otros servicios.
¿Necesita una Radio MANET una Estación Base?
Una MANET puede establecer comunicaciones entre los nodos participantes sin requerir una estación base central convencional. Pueden seguir añadiéndose relés fijos, nodos instalados en vehículos, radios situadas en puntos elevados o gateways para mejorar la cobertura, la capacidad o la conectividad con otras redes, pero no tienen que actuar necesariamente como el único punto de control para todas las rutas de comunicación locales.
¿Qué Ocurre Si un Nodo MANET Queda Fuera de Servicio?
Si existe otra ruta utilizable, la red puede dirigir el tráfico a través de nodos diferentes. Por ejemplo, una ruta que originalmente utilizaba A → B → C puede cambiar a A → D → C después de que desaparezca el Nodo B. Si el nodo averiado era el único puente de RF entre dos partes de la red y no existe una ruta alternativa, la MANET puede quedar dividida hasta que se restablezca la conectividad.
¿Pueden las Radios MANET Transmitir Vídeo en Directo?
Sí, los sistemas MANET con suficiente rendimiento IP pueden transportar vídeo en directo, pero el rendimiento real depende de las condiciones de RF, el ancho de banda del canal, la modulación, las interferencias, el bitrate de vídeo, el número de usuarios activos y el número de saltos inalámbricos de la ruta. El tráfico de vídeo suele exigir mucha más capacidad de red que la voz, la mensajería o los informes de posición.
¿Cuál Es la Diferencia entre una Radio Mesh y una Radio MANET?
Los términos se utilizan a veces conjuntamente porque ambos pueden implicar el reenvío inalámbrico entre múltiples nodos. MANET pone un énfasis especial en una topología móvil ad hoc en la que los nodos de red pueden desplazarse y las rutas se adaptan a los cambios de conectividad. "Mesh radio" es una descripción más amplia y también puede referirse a despliegues de malla inalámbrica fijos o principalmente estáticos.
¿Cuál Es la Diferencia entre MANET y RoIP?
Resuelven problemas de comunicación diferentes. MANET crea la red IP inalámbrica entre nodos móviles, mientras que RoIP transporta audio de radio y señales de control a través de una red IP. Un RoIP Gateway puede ampliar o integrar un canal de radio existente a través de IP, pero por sí solo no crea el tipo de malla móvil dinámica multisalto asociada con MANET.
Becke Telcom proporciona soluciones de radio MANET, RoIP Gateway, despacho de radio, comunicaciones IP y comunicaciones unificadas para equipos móviles, vehículos de mando y entornos de comunicaciones de campo, con opciones de integración de sistemas para voz, datos, vídeo y conectividad de backhaul remoto.
