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1SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Efectos del terreno en la propagación electromagnética
en entornos urbanos sobre la región andina,
usando el modelo COST 231-Walfisch-Ikegami
y herramientas de planificación basadas en GIS 13
A. Paolo García A.
Homero Ortega B.
Andrés Navarro C.
Alexys H. Rodríguez A.
Arquitectura de software basada en la internet
para la simulación virtual de cirugía endoscópica
otorrinolaringológica 35
Andrés A. Navarro
Jorge A. Vélez
Luis E. Múnera
Gregorio Bernabé
KeyConcept: Un motor de búsqueda conceptual 47
Juan Manuel Madrid Molina
Susan Gauch
Representación de la arquitectura
de software usando UML 63
Sandra Victoria Hurtado Gil
Construcción de indicadores de gestión bajo
el enfoque de sistemas 77
José Hernando Bahamón L.
La evolución en la arquitectura de las redes 89
Alvaro Pachón D.
2 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
3SISTEMAS
& TELEMÁTICA
4 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
5SISTEMAS
& TELEMÁTICA
INGENIERÍA DE SISTEMAS E INGENIERÍA TELEMÁTICA
UNIVERSIDAD ICESI
R e v i s t a d e l a f a c u l t a d d e i n g e n i e r í a
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6 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
7SISTEMAS
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8 SISTEMAS
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tífica y de desarrollo tecnológi-
co: documentos que presentan
resultados derivados de proyec-
tos de investigación científica
y/o desarrollo tecnológico.
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les sobre un problema o tópico
particular: documentos que co-
rresponden a resultados de es-
tudios realizados por el o los
autores sobre un problema teó-
rico o práctico.
c) Artículos de revisión: estudios
hechos por el o los autores con
el fin de dar una perspectiva
general del estado de un domi-
nio específico de la ciencia y la
tecnología, de sus evoluciones
durante un período y donde se
señalan las perspectivas de su
desarrollo y evolución futuros.
9SISTEMAS
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démico, darle ayuda / consejo
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10 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
11SISTEMAS
& TELEMÁTICA
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EL EDITOR
12 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
13SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Efectos del terreno en la propagación
electromagnética en entornos urbanos
sobre la región andina,
usando el modelo Cost 231-Walfisch-Ikegami
y herramientas de planificación
basadas en GIS
A. Paolo García A.
Universidad Industrial de Santander - GTI-UIS-E3T
paolo_1@ieee.org
Homero Ortega B.
Universidad Industrial de Santander - GTI-UIS-E3T
hortegab@uis.edu.co
Andrés Navarro C.
Universidad Icesi-I2T
anavarro@icesi.edu.co
Alexys H. Rodríguez A.
Universidad Industrial de Santander
alexys_6@yahoo.es
RESUMEN
El presente artículo hace parte del
desarrollo de un algoritmo que consi-
dera la influencia del relieve en la
propagación electromagnética para
un entorno semi-urbano, trabajando
en la banda de UHF (300MHz-3GHz)
utilizada en los actuales y futuros sis-
temas de comunicación inalámbricos
(i.e. 800-900MHz en sistemas
DAMPS/US-TDMA/IS-136 y GSM).
El modelo base, el COST231-Walfis-
ch-Ikegami, empleado en la investi-gación, demostró beneficios, junto con
los Sistemas de Información Geográ-
fica (SIG) y las Herramientas de Pla-
nificación, para el desarrollo de los
estudios de propagación, estimación
de coberturas y análisis de los prin-
cipales factores que afectan la plani-
ficación de un sistema móvil celular.
Aquí se describen los conceptos bási-
cos utilizados para el desarrollo del
algoritmo aplicado, las consideracio-
nes sobre las cuales se llevaron a cabo
las campañas de medidas y el proce-
so de validación de resultados que
comprueban la utilidad del algoritmo
desarrollado para la predicción de
Path Loss. El trabajo se basó en la
fusión del modelo de propagación
COST231-Walfisch-Ikegami con la
Herramienta de Planificación Cell-
View (fundamentada en el SIG Ar-
cView) y la realización de mediciones
en la ciudad de Bucaramanga con una
unidad móvil de radiocomunicación
y control del espectro radioeléctrico
de propiedad del Ministerio de Comu-
nicaciones de Colombia, seccional
14 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Bucaramanga. El estudio llevado a
cabo para la banda del sistema IS-
136, mostró resultados de simulación
y validación que permiten corroborar
las aproximaciones empleadas.
PALABRAS CLAVES
Walfisch-Ikegami, GIS, CellView,
modelos de propagación, Path Loss,
difracción, zonas de Fresnel, sistemas
móviles e IS-136.
ABSTRACT
This paper is aimed to develop an
electromagnetic propagation algori-
thm considering the influence of
mountain terrain in UHF (300MHz-
3GHz) band for wireless communica-
tions systems (i.e. 800-900MHz in
DAMPS/US-TDMA/IS-136 and GSM
standard). The Model COST 231-
Walfisch-Ikegami used in this inves-
tigation proved, together with Geo-
graphic Information System (GIS)
and prediction tools for mobile pro-
pagation, to facilitate propagation
studies, coverage analysis and analy-
sis of main factors for cell planning
in mobile systems.
The paper describes the basic con-
cepts used to design the algorithm,
the parameters used in measure-
ments and results analysis in order
to verify its applicability in cellular
coverage prediction. The studies have
been done by the research group GTI
(Grupo de Investigación en Telecomu-
nicaciones e Informática) of Univer-
sidad Industrial de Santander (UIS)
together with Universidad Icesi, both
in Colombia, in cooperation with Va-
lencia Technical University, in Spain.
Measures have been done initially in
Bucaramanga, a city located in the
Andean Mountain system, for IS-136
band system. Coverage predictions
have been done using a locally modi-
fied version of CellView, a GIS based
Planning tool developed by the Valen-
cia Technical University, and the
measurements was done using por-
table monitoring unit (i.e. Miniport
Receiver EB200-Rohde&Schwarz
from 10kHz-3GHz) in cooperation
with the Ministry of Communicatio-
ns Bucaramanga-Colombia.
KEYWORDS
Walfisch-Ikegami, GIS, CellView, pro-
pagation models, Path Loss, diffrac-
tion, Fresnel zones, mobile planning,
IS-136.
Clasificación: A
15SISTEMAS
& TELEMÁTICA
INTRODUCCIÓN
Los algoritmos para la predicción de
pérdidas por trayectoria o Path Loss,
en la propagación de ondas electro-
magnéticas para la planificación
avanzada de sistemas de comunica-
ción inalámbricos, deben hacer con-
sideraciones respecto a los efectos del
ambiente y los obstáculos sobre los
cuales ocurre la propagación, como lo
son edificios, calles, árboles, monta-
ñas, etc., entre las radio bases y los
abonados móviles. Pocos estudios se
han llevado a cabo para un ambiente
urbano afectado por terreno ondula-
do, en condiciones como la región an-
dina, con amplia presencia de colinas.
Gracias a la ayuda de los Sistemas
de Información Geográfica y a las
herramientas de planificación se pue-
de obtener más eficiencia a la hora
de analizar los resultados de un mo-
delo como el COST231-Walfisch-Ike-
gami [10] en condiciones urbanas no
uniformes sobre terreno escarpado,
como ocurre en ciertos sectores de la
ciudad de Bucaramanga.
En Colombia y en los países de la re-
gión andina, las ciudades comúnmen-
te se han construido sobre terreno
ondulado, habiendo así presencia de
colinas, valles y edificios en un mis-
mo entorno. Por lo anterior, la propa-
gación de radio se ve afectada por
cada uno de estos parámetros de for-
ma diferente. Se han escrito varios
trabajos alrededor del tema [3], [9] y
[12], entre otros, pero la mayoría se
enfocan a un tipo de ambiente en es-
pecial ya sea urbano, rural o afecta-
do por montañas. En [3] y [12] se ha-
cen postulaciones para ambientes
urbanos en terreno montañoso, pero
solo en [12] se plantea un modelo ge-
neral aunque no se ha verificado. En
el presente trabajo se valoró la pro-
pagación electromagnética sobre edi-
ficios y calles, en varios perfiles de
terreno, con el fin de estimar los fac-
tores que introducen la variabilidad
en la señal transmitida entre dos
puntos. Se consideró conveniente ha-
cer uso del modelo Cost231-Walfisch-
Ikegami [10], una modificación de los
modelos Walfisch-Bertoni [8] e Ikega-
mi [11]. Este modelo considera la
orientación de las calles permitiendo
obtener mejores aproximaciones en
entornos urbanos.
El uso de una herramienta de plani-
ficación celular como CellView, desa-
rrollada por el Grupo de Comunica-
ciones Móviles de la Universidad Po-
litécnica de Valencia, permitió reali-
zar las simulaciones con otros mode-
los de propagación, aprovechando la
información cartográfica digital exis-
tente, editada y creada de la ciudad
de Bucaramanga. Además, el uso del
CellView permitió enlazar el nuevo
modelo a la herramienta, el
COST231-Walfisch-Ikegami, admi-
tiéndose de esta manera la realiza-
ción de nuevas consideraciones topo-
gráficas en las simulaciones, gracias
a la versatilidad de su plataforma
GIS.
Con el fin de confrontar los resulta-
dos de simulación con una situación
real, se realizaron mediciones en
campo haciendo uso del sistema ce-
lular actualmente instalado en Co-
lombia, el DAMPS/US-TDMA/IS-
136, (i.e: [14]). En esta etapa del es-
tudio se contó con el apoyo del Mi-
nisterio de Comunicaciones de Co-
lombia Seccional Bucaramanga y sus
Unidades de Radiocomunicación,
Monitoreo y Control del Espectro
Radioeléctrico, las cuales permiten
obtener información en áreas preci-
sas en cuanto a ubicación (por me-
16 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
dio de GPS), ancho de banda, inten-
sidad (en dB µV/m), potencial (en dB
µV) y desplazamiento en frecuencia
de la señal analizada.
La importancia de esta investigación
aplicada se verá reflejada en el de-
sarrollo de los sistemas móviles 2G,
2,5G y 3G [7], donde se debe buscar
solución al desempeño del mecanis-
mo de acceso (parámetros que afec-
tan la interfaz aire) y el ancho de
banda disponible para las aplicacio-
nes, que dependen en gran medida
del entorno en que se lleva a cabo la
propagación. La aplicación futura de
este desarrollo, y similares, permi-
tirá a los operadores de telefonía
móvil minimizar costos, maximizar
el cubrimiento y mejorar la calidad
del servicio, y a los entes regulado-
res, estimar el impacto de las tecno-
logías aplicadas (como la contamina-
ción electromagnética), ejercer con-
troles y establecer parámetros para
la adecuada distribución del espec-
tro electromagnético en cada país
que presente condiciones topográfi-
cas similares a las andinas.
EL MODELO COST 231
WALFISCH-IKEGAMI
Antes de profundizar en los concep-
tos utilizados para el desarrollo del
algoritmo implementado en la inves-
tigación, se debe realizar un detalla-
do estudio del modelo utilizado (i.e.
[10]) y los factores que envuelven su
comportamiento físico.
En este caso, el modelo Walfisch-Ber-
toni [8] ha sido combinado con el mo-
delo de Ikegami [11] para considerar
la difracción descendente hasta el
nivel de las calles y algunos factores
empíricos de corrección para incorpo-
rar acuerdos, con referencia a medi-
ciones, resumidos en un único mode-
lo, basándose además, en las diferen-
tes contribuciones de los miembros
del “COST 231 Subgroup on Propa-
gation Models”, dando como resulta-
do el modelo COST231- Walfisch-Ike-gami. Este modelo permite incorpo-
rar a la estimación de Path Loss más
parámetros que describen las carac-
terísticas de un ambiente urbano,
estos son: alturas de edificios (hRoof),
ancho de las calles (w), separación
entre edificios (b) y orientación de las
vías (ϕ) respecto al trayecto directo
de radio entre la Estación Base (BS)
y el Abonado Móvil (MS). Los pará-
metros se definen en las Figuras 1 y
2. Sin embargo, este modelo es aún
de tipo estadístico y no determinísti-
co, ya que sólo puede considerar va-
lores característicos del entorno y no
valores específicos provenientes de
bases de datos topográficas, lo cual
conllevó a la realización de aproxima-
ciones y promedios durante el diseño
del algoritmo para el cálculo del Path
Loss basados en el GIS de Bucara-
manga.
El modelo distingue entre las situa-
ciones en las que hay línea de vista
(line-of-sight: LOS) y en las que no la
hay. En el caso de LOS se aplica una
fórmula simple para las pérdidas de
propagación, diferente a la aplicada
en el caso de espacio libre. Esta se
basa en mediciones llevadas a cabo
en la ciudad de Stockholmo y está
dada por:
Lb (dB) = 42.6 + 26log (d)
+ 20 log (f) (1)
para d ≥ 20m, d expresada en km y f
expresada en MHz. Para condiciones
NLOS (sin línea de vista) el total de
pérdidas está dado por:
17SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Lb = Lo + Lrts + Lmsd para Lrts
+ Lmsd > O (2)
donde L0 son las pérdidas por espacio
libre, Lmsd son las pérdidas por difrac-
ción de múltiples filos de cuchillo an-
tes del techo del edificio final y Lrts
(roof-top-to-street) las pérdidas debi-
das a una única difracción final hacia
el nivel de la calle, ocasionada por el
techo del último edificio, y un proceso
de dispersión ocurrido a esta altura.
Lb dará un valor mínimo de L0 cuando
Lrts + Lmsd ≤ 0 y en otros casos puede
llegar a ser negativo. Las pérdidas por
espacio libre están dadas por:
Figura 1. Parámetros del modelo. Geometría en terreno plano.
Figura 2. Parámetro de orientación.
Lo(dB) =32.4 + 20 log(d)
+ 20 log(f) (3)
para d expresada en km y f expresada
en MHz. Un análisis detallado para
la obtención de (3) y varias de las ecua-
ciones presentadas a continuación
puede encontrarse en [1] y [2].
La determinación de Lrts se basa prin-
cipalmente en el modelo de Ikegami,
teniendo en cuenta el ancho de las
calles y su orientación. Sin embargo,
el COST 231 aplicó otra función de
orientación para las vías, diferente a
la de Ikegami, resultando en:
18 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Lbsh =
Lrts = – 16.9 – 10 log(w) + 10Log(f)
+ 20Log(∆hMobile) + LOri (4)
donde w es la distancia entre las ca-
ras de los edificios ubicados a los la-
dos de la calle donde se encuentra el
MS, típicamente w≈ b/2 y se expre-
sa en metros, f en MHz y ∆hMobile en
metros. El término final de (4) consi-
dera la orientación de las calles a un
ángulo ϕ según como se indica a con-
tinuación.
- 10 + 0.354 ϕ → O° ≤ ϕ < 35°
2.5 + 0.075(ϕ – 35) →35°
≤ ϕ < 55° (5)
4.0 - 0.114 (ϕ – 55) →55°
≤ ϕ ≤ 90°
kf = – 4+
f
925
f
925
LOri =
además
∆hMobile = hRoof - hMobile (6)
La formulación electromagnética es-
calar de la difracción debida a múlti-
ples filos de cuchillo conlleva a una
integral denominada Integral de
aproximación de Kirchhof-Huygens
(una descripción detallada de esta
integral se puede encontrar en [1, 5])
a la cual Walfisch y Bertoni publica-
ron una solución aproximada dada en
[8], para el caso en que la antena de
la BS se encuentra por encima de la
altura de los techos de los edificios.
Este resultado de aproximación es
extendido por el COST 231 para los
casos en que la altura de la antena
se encuentra por debajo de los techos
de los edificios y para ello utilizan una
función empírica basada en medicio-
nes. Resumiendo, la difracción debi-
da a la presencia de múltiples techos
de edificios separados a lo largo del
trayecto de radiopropagación, en el
término Lmsd en (2), es modelada por
pantallas absorbentes de la misma
altura de los edificios y las pérdidas
a las que conlleva están dadas por:
Lmsd = Lbsh + ka + kd Log (d)
+ kf Log(f) - 9 Log (b) (7)
donde d se da en kilómetros, f en
MHz, b en metros y cada uno de los
parámetros adicionales de (7) se es-
pecifican a continuación.
18 para hBase ≥ hRoof
(8)
- 18 log(1 + ∆hBase)
para hBase > hRoof
O para hBase ≤ hRoof
54 para hBase > hRoof
ka = 54 - 0.8 ∆hBase
para d ≥ 0.5km
y hBase ≤ hRoof
54 - 08 ∆hBase
para d < 0.5km
y hBase ≤ hRoof
(9)
d
0.5
ka =
(10)
kd =
∆hBase
hRoof
18-15
para hBase ≤ hRoof
para ciudades
medianas y centros
suburbanos con
mediana densidad
de árboles
(11)
0.7 ( –1)
1.5 ( –1)
para centros
metropolitanos
19SISTEMAS
& TELEMÁTICA
hRoof =
donde
∆hBase = hBase - hRoof (12)
El término ka representa el incremen-
to de Path Loss debido a una antena
de la radio base ubicada a una altura
menor a la de los techos de los edifi-
cios adyacentes. Los términos kd y kf
controlan la dependencia de las pér-
didas por difracción debidas a múlti-
ples filos de cuchillos versus la dis-
tancia y la frecuencia de radio, res-
pectivamente. Por otro lado, si las
características de los edificios y las
calles son desconocidas, los siguien-
tes valores por defecto, para los pa-
rámetros, pueden ser utilizados para
la realización de un trabajo aproxi-
mado:
3m * nfloors
para techos planos
3m * nfloors + 3m
para techos puntiagudos
(13)
b = 20... 50m, w = b/2, ϕ = 90°
donde nfloors es el número de pisos de
los edificios. El modelo está restrin-
gido para 800MHz≤f≤2000MHz,
4m≤hBase≤50m, 1m≤hMobile≤3m y
0.02km≤d≤5km, comportándose de
forma muy adecuada para situacio-
nes donde la altura de la antena de
la BS es mayor a la de los edificios.
Sin embargo, se pueden presentar
grandes errores para condiciones don-
de hBase ≈ hRoof y un desempeño po-
bre cuando hBase << hRoof. Por otro lado,
debido a que los parámetros b, w y ϕ
no son considerados físicamente sig-
nificativos en micro-celdas el error en
la predicción de Path Loss en estos
casos puede ser demasiado grande.
El modelo no considera propagación
multi-trayectoria y su confiabilidad
en la estimación del Path Loss dis-
minuye si el terreno no es plano o si
la región de cobertura no es homogé-
nea. Debido a que el modelo se dise-
ñó para un correcto desempeño en
terreno plano, fue necesaria la reali-
zación de aproximaciones para la óp-
tima estimación de pérdidas de pro-
pagación por medio del algoritmo di-
señado, en el caso de entornos semi-
urbanos sobre terreno montañoso.
Estas aproximaciones se explican a
fondo más adelante.
Una alternativa de aproximación,
para el cálculo de las pérdidas debi-
das a múltiples edificios difractores,
es reemplazar Lmsd por Ln(t) del mo-
delo de filos de cuchillo uniformes
propuesto por S.R. Saunders en [2,
8.4.4]. Esto habilitaría al exponente
de Path Loss para que varíe de acuer-
do con el número de edificios y ser
además uniformemente válido para
los casos en que hBase ≤ hRoof. Sin em-
bargo, nótese que en radio bases con
antenas muy bajas, otros mecanismos
de propagación estarían presentes,
así como la difracción alrededor de los
bordes verticales de los edificios y las
múltiples reflexiones provenientes de
las paredes de los mismos, siendo sig-
nificativas a la hora de predecir las
pérdidas totales.
El modelo aplicado en el desarrollo
del algoritmo para entornos semi-ur-
banos tipo escarpado utilizó todas las
ecuaciones antes mencionadas para
la estimación de Path Loss, conside-
rándose además la modificación pro-
puesta en [4] para las pérdidas debi-
das a la difracción final, proveniente
del techo del último edificio, y la re-
flexión de la pared del edificio si-
20 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
guiente, resumida en Lrts. De esta for-
ma la constante de la ecuación (4) pa-
saría de ser -16.9 a ser -8.2, obtenién-
dose
Lrts = –8.2 – 10log(w) + 10Log(f)
+ 20Log(∆hMobile)+LOri (14)
donde w se expresa en metros, f en
MHz y ∆hMobile en metros. Una des-
cripción detallada de las tesis consi-
deradas para esta modificación se en-
cuentra en [4].
ALGORITMO PARAENTORNOS
SEMI-URBANOS
AFECTADOS POR COLINAS
Con el objetivo de hacer todas las con-
sideraciones para un entorno semi-
urbano sobre terreno escarpado (ver
Figura 3) se realizaron algunas
aproximaciones para así poder calcu-
lar el Path Loss por medio del algo-
ritmo diseñado para el modelo
COST231-Walfisch-Ikegami.
Básicamente la aproximación utiliza-
da sigue los principios de la difrac-
ción debida a múltiples filos de cu-
chillo, considerando además ciertas
características físicas del entorno
para el cálculo de las pérdidas en (7)
y (14). Para la obtención de todos los
parámetros del modelo se consideró
en primera instancia la ubicación de
MS respecto al entorno; a manera de
ejemplo, las tres ubicaciones relati-
vas presentadas en la Figura 3. De
esta forma, las alturas efectivas de
todos los obstáculos presentados a lo
largo del trayecto del rayo de radio-
propagación, incluida la BS, tendrán
una referencia cero diferente, depen-
diendo de la ubicación del MS sobre
el terreno. Esto ocasiona que las al-
turas de los edificios difractores
(hRoof) y la de BS (hBase) varíen depen-
diendo del perfil analizado y la refe-
rencia dada por la ubicación del re-
ceptor. Además, según sea la ubica-
ción del MS, también se generarán
picos difractores en relación con las
colinas existentes a lo largo del tra-
yecto, lo que ocasionará que estas
afecten la altura promedio de los fi-
los de cuchillo (hRoof para los cálculos
finales de Lmsd), la difracción múlti-
ple, y que en ocasiones no sean los
techos de los edificios los que gene-
ren la difracción final para el cálculo
de Lrts, sino los picos del terreno ubi-
cados al final del trayecto antes del
MS. Esto se muestra para las posi-
ciones 2 y 3 en la Figura 3, donde el
pico debajo de la posición 1 se con-
vierte en un filo de cuchillo al final
del trayecto hacia los receptores 2 y
3. De igual manera las distintas coli-
nas, de tamaño considerable, ocasio-
narán que el valor promedio de b va-
ríe según sea la separación entre los
edificios y ellas mismas, como se apre-
cia en la Figura 3. Por otro lado, el
valor de w dependerá del último
obstáculo difractor ubicado antes del
MS, ya sea un edificio o una colina.
Según las consideraciones para este
algoritmo, todos los obstáculos son
tratados como elementos de la mis-
ma clase, ya que sólo se estima el efec-
to difractor de los mismos, a excep-
ción de los casos donde se presenta
LOS, en los cuales se calcula el rayo
reflejado en tierra, lo que en general
ha dado resultados aceptables como
se aprecia en el análisis presentado
más adelante. Dado que el modelo
COST231-Walfisch-Ikegami está ha-
bilitado para los casos en que la altu-
ra de la antena de la BS está a me-
nor altura que la de los techos de los
21SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 3. Geometría del algoritmo implementado para la aproximación en
terreno montañoso.
edificios, éste también se comporta-
rá de manera aceptable cuando los
edificios están ubicados sobre colinas
que sobrepasan la altura hBase.
Se presentan algunos casos especia-
les, también considerados dentro del
algoritmo, cuando no existe la presen-
cia de edificios, estimando que el
modelo es afectado únicamente por
la difracción debida a múltiples filos
de cuchillo generados por los picos del
terreno. Además, gracias al uso de un
Sistema de Información Geográfica,
para cada ubicación particular del
MS se analiza de forma independien-
te si la variabilidad del terreno es
suficiente, respecto al MS, para ser
tenida en cuenta dentro de los cálcu-
los, y se estima de igual forma la
orientación de la vía sobre la que se
encuentra ubicado el receptor. En
pocas palabras, el algoritmo fue di-
señado para desempeñarse en tres ca-
sos diferentes e independientes: en-
tornos urbanos sobre terreno plano,
entornos urbanos sobre terreno mon-
tañoso y entornos montañosos; habi-
litando para cada uno de los casos la
presencia o no de vías con sus respec-
tivos parámetros de orientación. En
particular, en el presente artículo se
hace referencia a entornos semi-ur-
banos debido a que el algoritmo está
capacitado para la consideración de
poca densidad de edificios sobre te-
rreno montañoso o plano, y además,
a que en el estudio realizado se in-
cluyeron procesos de simulación y
validación de resultados (por medio
de mediciones) en un sector de la ciu-
dad de Bucaramanga que cumple con
estas características.
Hacia futuro, para mejorar el desem-
peño del algoritmo podrían conside-
rarse otra serie de aproximaciones
donde se tengan en cuenta con ma-
yor veracidad la variabilidad del te-
rreno y las curvaturas significativas
de los picos, ya que al asumirlas de
un ancho infinitesimal se está contri-
buyendo al incremento del error en
el cálculo del Path Loss. Una alter-
nativa es considerar a las colinas
como un cilindro de radio finito, tal
como lo propone el modelo de difrac-
ción por cascada cilindros [9]. Otro
22 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 4. Diagrama de bloques herramientas CellView y DCCell. Cortesía
UVP
acercamiento, donde el cilindro di-
fractor es aproximado a un filo de
cuchillo, permitiendo reducir la com-
plejidad del proceso, se postula en [2,
6.7]
HERRAMIENTA DE PLANIFICACIÓN
COMPUTARIZADA BASADA
EN GIS - EL CELLVIEW
Muchos de los modelos avanzados de
propagación a menudo se implemen-
tan dentro de programas de cómpu-
to para hacer más práctica la plani-
ficación. El desarrollo de esta clase
de software basado en GIS ha sido
motivado y promovido por un gran
número de factores, entre los cuales
están:
• La enorme y creciente necesidad
de planificar sistemas celulares
con precisión y velocidad.
• El desarrollo de rápidos recursos
de cómputo.
• El desarrollo de sofisticados Sis-
temas de Información Geográfica,
los cuales pueden contener datos
cartográficos e información orga-
nizacional de emplazamientos
urbanos, áreas de lotes, alturas de
edificios, orientación de calles, al-
turas del terreno, etc., y que ha-
cen fácil su manipulación gracias
al manejo de archivos de informa-
ción tipos Vector y Raster.
Varias técnicas computacionales han
sido implementadas en herramientas
de planificación comerciales. Algunas
de estas herramientas se listan en [2,
C.2]
Para responder a los exigentes retos
de modelamiento, el GCM-UPV de-
23SISTEMAS
& TELEMÁTICA
sarrolló la herramienta de planifica-
ción DCCell en un entorno UNIX so-
bre ARC/INFO. Más adelante se di-
señó el CellView [13] sobre ArcView,
herramienta que ha sido utilizada por
el grupo GTI-UIS para el desarrollo
del presente estudio, gracias a un con-
venio de cooperación entre las Uni-
versidades UVP, Icesi y la UIS, y so-
bre la cual se empalmó el algoritmo
diseñado para la predicción del Path
Loss para entornos semi-urbanos so-
bre terreno montañoso, basándose en
[10] y [4]. Las dos herramientas men-
cionadas aprovechan las ventajas del
GIS en cuanto al manejo de archivos
de información geográfica tipo Ras-
ter, lo cual brindó grandes posibilida-
des de manipulación de datos al al-
goritmo diseñado para las distintas
consideraciones realizadas en el es-
tudio de radio comunicación para la
ciudad de Bucaramanga. Las exten-
siones del ArcView para el geoproce-
samiento cartográfico, ofrecieron ayu-
das adicionales para el análisis y edi-
ción de datos. Entre otras, se resal-
tan las extensiones: Spatial Analyst,
Geoprocessing y 3D Analyst. En la
Figura 4 puede apreciarse el proceso
llevado a cabo para el desarrollo del
CellView, partiendo de la experiencia
del DCCell, pasando por una prime-
ra versión de CellView para Windo-
ws, hasta llegar a la herramienta ac-
tual sobre una plataforma ArcView
(CellView v5), con posibilidades loca-
les de planificación celular desarro-
lladas sobre el mismo GIS y librerías
externas fácilmente enlazables.
Para el desarrollo de la presente in-
vestigación aplicada fue necesaria la
edición y/o creación de tres archivos
tipo Raster requeridos por el algorit-
mo implementado y los cuales permi-
tieron incluir un nivel de realidad
mayor a la simulación. De esta for-
ma, se generó dentro de laherramien-
ta un nuevo tipo de análisis según el
entorno, el cual fue llamado “Entor-
no Total”, donde se incluyen archivos
independientes con información de
alturas de edificios, alturas del terre-
no y orientación de vías. En la Figu-
ra 5 se presenta el esquema utiliza-
do para la ejecución del algoritmo,
incluyendo los archivos de entrada,
funciones de manipulación y archivos
de salida. En la Figura 6 se presenta
la interfaz de usuario para la ejecu-
ción de los análisis tipo Total.
Se debe destacar que la utilización del
CellView [13], como plataforma para
el montaje del algoritmo diseñado en
la UIS, permitió hacer cálculos de co-
bertura (tipo macro-celda) con los
modelos de propagación habilitados
dentro de la herramienta (incluyen-
do al nuevo modelo), cálculos de co-
bertura con el modelo Walfisch-Ber-
toni [8] adaptado a medidas [13],
cálculos de zonas de Fresnel entre de-
terminados puntos (entre la BS y
puntos donde se realizaron las cam-
pañas de medidas), identificación de
zonas que presentan línea de vista
(LOS) e importación de archivos (en
formato TEMS) de las campañas de
medidas realizadas en cada una de
las seis rutas seguidas en dos barrios
de la ciudad de Bucaramanga. Para
la habilitación de las anteriores fun-
ciones fue necesaria la creación y
modificación de pequeños scrips (en
lenguaje propietario Avenue del GIS
ArcView) pertenecientes a la aplica-
ción CellView, de complejidad relati-
vamente baja, lo que permitió crear
una nueva proyección de georreferen-
ciación para los mapas de la ciudad
de Bucaramanga y los mapas de las
mediciones realizadas, además de
24 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
habilitar todas las funciones de
cálculo antes mencionadas.
Otras posibilidades de análisis que
surgen como ventaja de la utilización
de una Herramienta de Planificación
basada en GIS, como el CellView, se
pueden apreciar en [6].
PARÁMETROS DE SIMULACIÓN
Para la realización de las simulacio-
nes se siguieron ciertos parámetros
de entrada y consideraciones que per-
mitieron al final del proceso obtener
resultados fácilmente evaluables. En
primer lugar, debido a los requeri-
mientos del modelo de propagación
COST231-Walfisch-Ikegami, se nece-
sitaron tres archivos de entrada tal
como se mencionó en la sección ante-
rior, ellos fueron: alturas de edificios
(dadas en metros), alturas del terre-
no (dadas en metros) y orientación de
las vías respecto al oriente geográfi-
co (dada en grados). Tal como se ex-
plicó previamente, todas las alturas
de los obstáculos (edificios y picos del
terreno) y la altura de la antena de
la BS se referenciaron a la altura del
terreno justo debajo de la ubicación
del MS. En la Figura 7 se aprecian
las gráficas de los archivos de entra-
da, para los edificios y el terreno, uti-
lizados en la zona piloto escogida para
la realización del presente estudio. La
Zona Piloto para Bucaramanga se
identificó anticipadamente siguiendo
los parámetros de análisis estableci-
dos en la aproximación utilizada en
[3] para las consideraciones del efec-
to del terreno sobre el Path Loss en
ambientes de tipo urbano, siguiendo
un modelo de colina-valle-colina en la
mayoría de las direcciones. Con el
objetivo de obtener resultados útiles
para la ejecución de comparaciones
con otros modelos, se realizaron si-
mulaciones de forma independiente,
considerando en primera instancia
sólo el archivo de alturas de edificios
y utilizando todos los modelos para
entorno urbano habilitados dentro del
CellView (para más detalles sobre los
modelos ver [13, A1.4]). Como segun-
do paso, se realizaron simulaciones
con el archivo de alturas del terreno
utilizando uno de los modelos para
entorno rural habilitado dentro de la
herramienta. En el paso final, se re-
currió al algoritmo diseñado para el
modelo de estudio, haciendo uso de
los tres archivos de entrada de forma
simultánea, opción que no se encon-
traba habilitada dentro del CellView.
Siguiendo el objetivo de realizar las
simulaciones de la forma más real
posible, se recurrió al estudio de los
parámetros principales que definen
a la BS que cubre el servicio de tele-
fonía móvil celular (estándar IS-136)
en la zona piloto de estudio. Las ca-
racterísticas principales de la esta-
ción base se definen en [14], desta-
cándose que el sistema actualmente
instalado en la ciudad de Bucara-
manga corresponde a una versión
TDMA que se desempeña en la ban-
da de los 800-900MHz. Como uno de
los principales parámetros de entra-
da para el algoritmo diseñado, se
encuentra el patrón de radiación de
las antenas utilizadas en dicha BS,
el cual correspondió a un tipo de an-
tena Omni fabricada por la compa-
ñía Decibel Products [15]. En este
caso la antena fue la referenciada
como ASPD 977, cuyo patrón de ra-
diación se aprecia en la Figura 8 y el
cual fue obtenido gracias a los pla-
nos H-V del patrón encontrado en
[15]. Todos los valores de ganancia
de la antena, para cada uno de los
puntos en la zona de cobertura, es-
25SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 5. Diagrama de bloques del proceso de ejecución del algoritmo.
Archivos de entrada, funciones y archivos de salida.
Figura 6. Interfaz de usuario para análisis tipo Entorno Total. Archivos
tipo Raster utilizados en el estudio para la ciudad de
Bucaramanga.
26 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 7. Parámetros físicos de entrada. En la parte superior se aprecian
los edificios de la zona piloto de análisis y en la parte inferior la
constitución geográfica del terreno. Las vías son definidas según
los contornos de los edificios y lotes del sector.
Figura 8. Patrón de radiación antena Omni ASPD 977.
27SISTEMAS
& TELEMÁTICA
tán dados en decibeles y correspon-
den a la mitad volumétrica inferior
del patrón de radiación de la Figura
8, teniéndose 8.5dBd como ganancia
de referencia para esta antena. To-
dos los demás parámetros de la BS y
los utilizados como valores de entra-
da para la realización de las simula-
ciones se aprecian en la Tabla 1.
nectores, amplificadores, etc., del
mismo equipo.
Para la realización de las campañas
de medidas, utilizadas para la vali-
dación de resultados del algoritmo,
fue necesario el uso del Canal de Con-
trol Analógico (CCA) ubicado en los
880.11MHz para la BS de estudio.
Dado que los resultados de las medi-
ciones se dieron en dB µV/m se re-
quirió la conversión de este valor a
unidades manejables por el algorit-
mo (i.e. dBm) y para ello se utilizó la
ecuación (15) obtenida de [5]. La cual
es válida para una resistencia real de
carga en el receptor RL = 50Ω
Pr(dBm) = E(dBµV/m)
– 113dB + 10Log( )2
(15)
λ
π
Los parámetros utilizados para el MS
se restringieron a las características
del equipo de medición Miniport Re-
ceiver EB200 [16], facilitado por el Mi-
nisterio de Comunicaciones de Co-
lombia Seccional Bucaramanga, y
para el cual se tomó como valor de
ganancia de recepción 0dB, debido a
la compensación de ganancias y pér-
didas ocasionadas por la antena, co-
Tabla 1. Parámetros de la BS y el MS. Valores de entrada para las
simulaciones.
Parámetros Valor
Pire del transmisor 42.48dBm
Ganancia del receptor OdB
Ganancia antena ASPD 977 8.5dBd
Frecuencia CCA 800.11 MHz
Altura del transmisor 40m
Altura del receptor 1.7m
Downtilt de la antena 0°
Acimut de la antena 90°
Factor de curvatura K 1.33
Tamaño de celdas del grid para simulación 2m
28 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados de simulación del al-
goritmo diseñado para el modelo
COST231-Walfisch-Ikegami se mues-
tran en las Figuras 9 y 10, compa-
rándose en la Figura 9 (gráfica supe-
rior) con los resultados de las medi-
ciones realizadas en las seis rutas
escogidas para las campañas de me-
didas. Para las rutas 2, 3 y 5 el mode-
lo se comportó de forma muy aproxi-
mada y no tanto para las rutas 1,4 y
6. Dado que las mediciones se lleva-
ron a cabo siguiendo la consideración
colina-valle-colina, de forma similar
a las posiciones 1,2 y 3 de la Figura
3, agregando además una posición 4
en la colina al final de la gráfica, se
puede afirmar que el modelo se com-
portó de forma aceptableindepen-
dientemente de la variabilidad del
terreno. Sólo en condiciones donde los
cambios en la altura del terreno son
muy pequeños comparados con el pro-
medio de altura de los edificios, como
es el caso de las rutas 1,4 y 6, el algo-
ritmo presenta mayores errores, pro-
blema fácil de solucionar para poste-
riores simulaciones. Por otro lado, en
casos específicos donde no se define
exactamente la orientación de las
vías, como son los puntos de conver-
gencia de varias calles, se presentan
los mayores errores. Una compara-
ción entre las distintas simulaciones,
utilizando algunos modelos habilita-
dos dentro del CellView, el algoritmo
diseñado y las mediciones realizadas,
se muestra en la Figura 9, gráfica
inferior. De esta se puede apreciar
que el comportamiento del algoritmo
se encuentra dentro de los márgenes
aceptables y que sigue de forma más
aproximada el comportamiento de las
mediciones en comparación con los
otros modelos.
Se debe tener en cuenta que algunos
factores no fueron considerados en la
simulación, como lo son la utilización
de paneles reflectores en las antenas
y la distribución de la sectorización
de la BS, lo cual pudo ocasionar gran-
des errores en zonas de solapamien-
to de sectores y en donde el patrón de
radiación de la antena utilizada no
tiene gran ganancia.
Realizando un análisis por medio del
cálculo de las zonas de Fresnel, para
un perfil que cumpliera con la condi-
ción colina-valle-colina, se obtuvo un
resultado aceptable el cual se apre-
cia en la Figura 11. Se puede valorar
que a partir de los puntos donde la
primera y segunda zonas de Fresnel
son obstruidas, el nivel de la intensi-
dad de campo recibido decae abrup-
tamente, cumpliendo con los concep-
tos físicos establecidos.
CONCLUSIONES
Este trabajo ha demostrado resulta-
dos aceptables en cuanto al desem-
peño del algoritmo diseñado para la
predicción de Path Loss en entornos
semi-urbanos sobre terreno montaño-
so, basándose en el modelo COST231-
Walfisch-Ikegami [10], las modifica-
ciones presentadas en [4] al mismo
modelo y las mediciones realizadas en
la ciudad de Bucaramanga. El error
medio de los resultados de simulación
comparados con las campañas de me-
didas se ubicó en el rango de los ±6dB
y la desviación estándar en el rango
de los 3-9dB. No se obtuvieron bue-
nos resultados en los sectores donde
la variabilidad del terreno era peque-
ña comparada con las alturas de los
edificios y en los puntos donde había
convergencia de varias calles. El mo-
delo Walfisch-Bertoni ajustado a me-
diciones, incluido en el CellView, pre-
29SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 9. Comparación de resultados de simulación versus campañas de
medidas. En la parte superior se aprecian los resultados del
algoritmo diseñado relacionados con las mediciones. En el
centro y figura inferior los resultados de todos los modelos
relacionados con las mediciones.
30 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
Figura 10. Vista del resultado de la simulación (recuadro). En las regiones
oscuras se presenta mayor intensidad del campo recibido y en
las más claras una menor intensidad, según los valores de la
escala lateral.
Figura 11. Análisis según las Zonas de Fresnel para el barrio La Victoria. En
la parte superior se aprecian la primera y segunda zonas de
Fresnel para el perfil de estudio. En la parte inferior se aprecia la
intensidad del campo recibido a lo largo del perfil (datos en dBm).
31SISTEMAS
& TELEMÁTICA
sentó el mayor margen de error para
todos los sectores. Los modelos Uni-
Valencia y Saunders-Bonar, en los
sectores de terreno plano, fueron los
más aproximados, y el modelo Meeks
Exacto junto con el Algoritmo
COST231/WI presentaron un mejor
comportamiento en los sectores afec-
tados por las colinas y el cañón a lo
largo del perfil. De esto puede con-
cluirse que el desempeño del algorit-
mo en la mayoría de los casos se en-
cuentra dentro de los márgenes tole-
rables y que el uso de una herramien-
ta de planificación basada en GIS
ofrece grandes ventajas a la hora de
obtener veracidad, simplicidad y aho-
rro de tiempo en el desarrollo de es-
tudios de esta clase. Como desventa-
ja de la herramienta CellView está
su dependencia del lenguaje propie-
tario Avenue del GIS ArcView, lo cual
restringe la manipulación de la infor-
mación para el desarrollo de ciertas
aplicaciones.
La aproximación por difracción de
múltiples filos de cuchillo, tanto para
los edificios como para las colinas, se
comportó de forma apropiada, desta-
cándose que podría obtenerse un me-
joramiento sustancial, mediante la
aplicación de aproximaciones para el
terreno, utilizando la teoría de difrac-
ción por casada de cilindros plantea-
da en [2, 6.7], [3] y [9]. Además, el con-
tar con información cartográfica ac-
tualizada, haciendo uso de imágenes
satelitales, y el conocer de forma pre-
cisa el tipo de patrón de radiación de
la antena transmisora, los parámetros
de ganancia-pérdidas de la BS y la
distribución de la sectorización permi-
tirían realizar simulaciones más pre-
cisas y confiables. Con el mismo obje-
tivo de mejorar los resultados en el
cálculo de Path Loss se podrían apro-
vechar las ventajas de una platafor-
ma GIS e incluir otros mecanismos de
propagación y efectos ambientales en
las simulaciones, tales como: difrac-
ción por bordes verticales de edificios,
atenuación por árboles, refracción tro-
posférica, temperatura ambiental y
condiciones de sol o lluvia, entre otros.
En particular, dado el gran interés en
el desarrollo de una herramienta de
planificación celular para la región
andina, basada en un software de uso
libre y pensando en la llegada de los
sistemas 2.5G, 3G y 4G, se concluyó
la presentación de la propuesta de
Investigación Aplicada «Diseño de
una plataforma basada en GIS para
el estudio de modelos de radio propa-
gación en la zona andina” presenta-
da ante el Sistema Nacional de Cien-
cia y Tecnología de Colombia, y don-
de participan los Grupos de Investi-
gación GTI (de la E3T-UIS), Geomá-
tica (de Ingeniería Civil-UIS), I2T (de
la Universidad Icesi) y GCM (de la
UPV de España).
32 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
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975, ASPD-977, ASP-978, 8.5 to
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ble Monitoring From 10kHz to
3GHz”, web page Rohde&Schwarz:
www.rohde-schwarz.com
33SISTEMAS
& TELEMÁTICA
CURRÍCULOS
ALEXIS PAOLO GARCÍA ARIZA. Nació en
Bucaramanga-Colombia el 9 de ju-
nio de 1978. Obtendrá el título de
Ingeniero Electrónico en diciembre
de este año en la Universidad In-
dustrial de Santander, Escuela de
Ingenierías Eléctrica, Electrónica
y Telecomunicaciones. Hace parte
del Grupo de Investigación en Te-
lecomunicaciones e Informática-
GTI-UIS, Bucaramanga-Colom-
bia. Actualmente, como tesis de
carrera y base de este artículo, rea-
liza investigaciones en el ámbito
de Modelos de Propagación aplica-
bles a la región andina utilizando
GIS, en cooperación con el Minis-
terio de Comunicaciones de Colom-
bia-Seccional Bucaramanga, Icesi
y la UPV. Sus áreas de interés in-
cluyen sistemas de tercera gene-
ración, sistemas de información
geográfica aplicados a las teleco-
municaciones, modelos de propa-
gación y redes de datos móviles.
(Teléfono: (57 7) 634 4000 -Ext.
2356, 637 5356
e-mail: paolo_1@ieee.org,
alexis_paolo@yahoo.es).
HOMERO ORTEGA BOADA. Ph.D. of En-
gineering Sciences de la Universi-
dad Internacional de la Aviación
Civil de Kiev-Rusia. Actualmente
trabaja como profesor e investiga-
dor en la Universidad Industrial
de Santander, Escuela de Ingenie-
ría Eléctrica Electrónica y de Te-
lecomunicaciones, pertenece al
Grupo de Investigación en Teleco-
municaciones e Informática-GTI-
UIS, Bucaramanga-Colombia. An-
teriormente trabajó como instruc-
tor e investigador en la empresa
Ericsson, con tecnologías como
PSTN, IN, ATM, IP, NGN, DWDM,
DataCom. A.A. 678 Bucaramanga,
Colombia (Teléfono:
+573 259 4033,
e-mail: hortegab@uis.edu.co).
ANDRÉS NAVARRO CADAVID. Nació en
Medellín, Colombia, el 28 de mayo
de 1969. Ingeniero Electrónico de
la Universidad Pontificia Boliva-
riana. Obtuvo la Maestría en Ges-
tión Tecnológica en la Universidad
Pontificia Bolivariana y ahora es
candidato a Doctor Ingeniero de
Telecomunicación en la Universi-
dad Politécnica de Valencia, Espa-
ña. Actualmente trabaja como pro-
fesor e investigador de la Univer-
sidad Icesi, Cali-Colombia. Dirige
el Grupo de Investigación en In-
formática y Telecomunicaciones-
I2T-Icesi. Sus áreas de interés in-
cluyen sistemas de tercera gene-
ración, CDMA, sistemas móviles y
redes de datos móviles (Teléfono:
(57 2) 555 2334 - Ext.410,
555 1745,
e-mail: anavarro@icesi.edu.co).
ALEXYS HERLEYM RODRÍGUEZ AVELLA-
NEDA. Nació en Bucaramanga-Co-
lombia el 22 de septiembre de
1975. Ingeniero Civil de la Univer-
sidad Industrial de Santander, Es-
pecialista en Telecomunicaciones
de la Universidad Autónoma de
Bucaramanga. Actualmente tra-
baja con Sistemas de Información
Geográfica, Herramientas CAD,
GPS, procesos de Teledetección y
Bases de Datos. Sus áreas de inte-
rés incluyen sistemas de informa-
ción geográfica aplicados a las te-
lecomunicaciones, redes de datos,
sistemas de posicionamiento y las
áreas referentes a la Geo-mática.
(Teléfono: (57 7) 634 4000-Ext.
2356, 637 2701
 e-mail:alexys_6@yahoo.es).
34 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
35SISTEMAS
& TELEMÁTICA
RESUMEN
En este trabajo el término arquitec-
tura se refiere principalmente a la es-
tructura lógica de sus componentes
de software. Sin embargo, cuando se
requiera, otros aspectos tales como el
hardware y el sistema operativo se
tienen en cuenta. El objeto del siste-
ma resultante es brindar dos servi-
cios de telemedicina otorrinolaringo-
lógica a practicantes en medicina o a
doctores en locaciones remotas. En
general, el difícil acceso a la práctica
y la dificultad de acceder a servicios
médicos en locaciones geográficamen-
te remotas son situaciones comunes
en América Latina. De acuerdo con
esto, un sistema de soporte sería de
gran ayuda. Los servicios sugeridos,
Arquitectura de software basada
en la internet para la simulación virtual
de cirugía endoscópica
otorrinolaringológica
Andrés A. Navarro
Pontificia Universidad Javeriana
anavarro@puj.edu.co
Jorge A. Vélez
Servicios de Salud Ecopetrol
jovelez@ecopetrol.com.co
Luis E. Múnera
Universidad Icesi
lemunera@icesi.edu.co
Gregorio Bernabé
Universidad de Murcia
gbernabe@ditec.um.es
entrenamiento remoto utilizando si-
mulación virtual y soporte remoto a
la toma de decisiones, deben estar
soportados por una arquitectura
apropiada a la internet. Este docu-
mento presenta primero una intro-
ducción al proyecto. Seguidamente se
describe la novedad del trabajo. A con-
tinuación se detallan los servicios y
la arquitectura propuestos. Final-
mente, se presentan los resultados y
una serie de conclusiones y pasos a
seguir.
PALABRAS CLAVES
Telemedicina, medicina virtual, rea-
lidad virtual, otorrinolaringología.
Clasificación: A
36 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
ABSTRACT
In this work, the term architecture
refers mainly to the overall structu-
re of its logical software components.
However, when required, other as-
pects, like the hardware and the ope-
rating system, are taken into account.
The aim of the resulting system is to
provide two telemedicine services in
otolaryngology for doctors in remote
locations or to practitioners. Difficult
access to medical services in remote
geographical location is a common si-
tuation in Latin America. According
to this, a support system would be
helpful. The suggested services, re-
mote training using virtual simula-
tion and remote decision support,
must be supported using a software
architecture that is appropriate for
the Internet. This document presents
first an introduction to the project
followed by a description of the pro-
blem and the novelty of the work.
Next a preliminary description of the
architecture is done before the resul-
ts of the project are shown. Finally,
conclusions and further work are
presented.
KEYWORDS:
Telemedicine, virtual medicine, vir-
tual reality, Otolaryngology
37SISTEMAS
& TELEMÁTICA
INTRODUCCIÓN
La cirugía endoscópica o cirugía de
mínimo acceso (CMA) tiene como pro-
pósito minimizar el trauma y los cos-
tos de recuperación del paciente. Sin
embargo, no sólo el procedimiento
quirúrgico sino el entrenamiento de
nuevos cirujanos puede ser un pro-
blema debido a las habilidades de
orientación, triangulación y dexteri-
dad que deben ser adquiridas [1].
Hay una larga curva de aprendizaje
asociada con las CMA. No existe un
sistema de entrenamiento estándar en
cirugía endoscópica. En principio, el
practicante puede operar dentro de
una estructura de caja con el fin de
obtener las habilidades básicas de
orientación y dexteridad. Más adelan-
te, los procedimientos operativos pue-
den ser simulados por medio de órga-
nos artificiales que son inexactos y
costosos. Una etapa posterior podría
ser la utilización de órganos de cadá-
veres. Después de pasar las etapas
descritas, el practicante puede parti-
cipar en procedimientos endoscópicos
supervisados en pacientes humanos.
Básicamente, el proceso consiste en
aprender el procedimiento observan-
do a un cirujano experto realizar pro-
cedimientos supervisados y, enseñar
a la siguiente generación de practican-
tes. Sin embargo, en un marco de tra-
bajo como este los datos para una eva-
luación objetiva son difíciles de obte-
ner, los sistemas de ayuda y guía para
cirujanosno son posibles y las patolo-
gías extrañas no son accesibles [1].
Existen muchas investigaciones cuyo
objeto es resolver los problemas enun-
ciados en el campo de la realidad vir-
tual. Varias han tenido resultados
exitosos. De cualquier manera, toda-
vía falta mucho por realizar [2] [3].
Por otra parte, los médicos o practi-
cantes que se encuentran en locacio-
nes geográficamente remotas no tie-
nen la misma cantidad de pacientes,
patologías y recursos que serían de-
seables para obtener un nivel de ex-
periencia adecuado. Adicionalmente,
estos no cuentan con ayuda de exper-
tos en situaciones críticas. Existe, por
tanto, un problema para la difusión
del conocimiento médico. Una herra-
mienta como la propuesta traería
grandes beneficios. La telemedicina es
la entrega de servicios de salud a tra-
vés de la distancia, utilizando tecno-
logía de telecomunicaciones. Esta in-
formación puede incluir información
del paciente, imágenes, entrevistas y
exámenes, consultas con especialistas
médicos, actividades educacionales en
el cuidado de la salud, etc. [4]. En re-
sumen, las principales ventajas de la
telemedicina están en la descentrali-
zación del cuidado del paciente, en la
asistencia y el entrenamiento remoto
y en el acceso a información médica
de carácter educativo y clínico [5].
Existen en la actualidad algunas ini-
ciativas interesantes que pretenden
brindar servicios de telemedicina a
una comunidad geográficamente
grande y dispersa [6]. Esta propues-
ta, que inicia brindando dos servicios
en otorrinolaringología, es una de
ellas.
NOVEDAD DEL TRABAJO
Este proyecto está produciendo en
primer término una arquitectura de
software que es apropiada para la
internet y que estará en capacidad de
ejecutar una simulación quirúrgica
otorrinolaringológica. Es cierto que
cuando se pretende ejecutar una si-
mulación de manera distribuida a
través de la internet, el desempeño
38 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
del sistema se puede ver afectado por
las consideraciones tecnológicas y de
tiempo real. Sin embargo, la creación
de una arquitectura eficiente y los
desarrollos en nuevos protocolos de
internet y la internet II [7] pueden
contribuir a la solución. Es importan-
te aclarar que la creación de nuevos
protocolos de sistemas de red no está
dentro del alcance de este trabajo. A
cambio, el proyecto está orientado
hacia la creación de un sistema efi-
ciente que utilice los recursos dispo-
nibles. Este sistema, por supuesto,
contribuirá a futuros desarrollos.
El proyecto propone además la crea-
ción de mecanismos de interacción
humano-computadora novedosos que
vayan más allá de la interfaz gráfica
de usuario tradicional.
Se propone también un sistema ex-
perto de soporte a la decisión basado
en la WEB (WEDS) y un sistema de
transmisión de vídeo de manera efi-
ciente.
Por otra parte, el sistema está sien-
do complementado con un instrumen-
to de planeación quirúrgica.
Finalmente, el campo de aplicación
médica sugerido para esta aplicación
no ha sido muy tratado en el mundo;
tampoco se ha pensado mucho en su
aplicación en Latinoamérica.
SERVICIOS PROPUESTOS
Para la implantación inicial de la ar-
quitectura se han propuesto los si-
guientes servicios:
A. Telesimulación virtual de la
cirugía funcional endoscópica
de senos paranasales (FESS).
En principio, es necesario entender y
representar la anatomía involucrada
en la simulación. En esta etapa se
puede presentar una visualización
inicial interactiva y en tres dimensio-
nes (3D) de los órganos involucrados
en el procedimiento. Esto facilita a los
practicantes la comprensión espacial
y topológica de la anatomía antes de
enfrentarse a cualquier procedimien-
to. Seguidamente, se puede imple-
mentar un prototipo al nivel de ani-
mación que permita visualizar los
procedimientos a practicar con todas
sus etapas. En esta etapa, el servicio
de simulación puede permitir detec-
tar el tipo de información que debe
mostrarse y cómo debe ser mostrada.
Finalmente se puede brindar una in-
teracción completa a través de una
simulación más realista que permita
la práctica del procedimiento quirúr-
gico. El sistema puede ser comple-
mentado además por vídeos de ciru-
gías FESS reales.
B. Sistema experto de soporte a la
decisión (WEDS)
Este sistema es un prototipo de un
sistema experto que está en capaci-
dad de sugerir la necesidad de llevar
a cabo o no una cirugía FESS otorri-
nolaringológica. Un sistema como el
propuesto puede apoyar a un médico
en la toma de una decisión, especial-
mente cuando no cuenta con exper-
tos a quienes consultar.
DESCRIPCIÓN
DE LA ARQUITECTURA
La Figura 1 muestra la arquitectu-
ra. Actualmente se han detectado sie-
te módulos que podrían funcionar de
manera distribuida. Estos se explican
a continuación:
1. Dispositivos. Este módulo tiene
que ver con el hardware que uti-
liza el sistema para comunicarse
directamente con el usuario.
39SISTEMAS
& TELEMÁTICA
2. Interacción. El propósito de este
módulo es hacer al sistema inde-
pendiente del hardware. Este co-
munica las entradas de los usua-
rios al módulo de servicios. Tam-
bién, presenta la interfaz gráfica
de usuario (GUI) apropiada al ser-
vicio. Además, envía la salida del
sistema al módulo de dispositivos.
3. Servicios. Este módulo adminis-
tra los aspectos de comunicación
de un servicio enviando los reque-
rimientos al módulo de mediación
y parámetros de interfaz gráfica
al módulo de interacción.
4. Mediación. Es el módulo que pro-
cesa los requerimientos del módu-
lo de servicios comunicándose con
el módulo de objeto. También li-
bera a los módulos de dispositivos,
interacción y servicios de cálculos
más complejos.
5. Información. Es el módulo respon-
sable de entregar la información
requerida de acuerdo con el ser-
vicio en un formato estándar.
6. Objeto. Este módulo tiene que ver
con el modelamiento de los órga-
nos y las herramientas quirúrgi-
cas. Se subdivide a su vez en los
sub-módulos de comportamiento
y de geometría. El sub-módulo de
comportamiento recrea el compor-
tamiento autónomo de los objetos
a través de técnicas matemáticas,
físicas, de ingeniería o de inteli-
gencia artificial. El sub-módulo de
geometría tiene que ver con el es-
tado de un objeto y su represen-
tación geométrica virtual. El es-
tado de un objeto se basa en sus
atributos.
7. Comunicación. Es la plataforma
distribuida en la que se ejecuta la
aplicación. En este caso la inter-
net y alguna tecnología de desa-
rrollo distribuida como Corba [8],
Enterprise Java Beans [9] o
DCOM de Microsoft [10].
Al culminar la construcción de la ar-
quitectura, cada módulo en la Figu-
ra 1 estará compuesto por uno o va-
rios componentes de software. Esto,
con el fin de poder reutilizar sus ser-
vicios en otras patologías y procedi-
mientos en otorrinolaringología y fa-
cilitar la escalabilidad en términos
de la adición de conocimiento, de
usuarios y de servicios. En la Figu-
ra, las flechas hacen referencia a
módulos que se comunican entre sí.
La idea es que los módulos sean in-
dependientes del hardware de comu-
nicaciones y de los sistemas operati-
vos elegidos a través de la utiliza-
ción de una de las tecnologías de de-
sarrollo distribuidas.
Figura 1. Arquitectura
del sistema
propuesto.
Usuario
Objeto
Comunicación
Comportamiento
Dispositivos
Interacción
Servicios Mediación
Información
Geometría
40 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
RESULTADOS
Hasta la fecha el proyecto ha arroja-
do una serie de resultados interesan-
tes. Estos, son más que todo prototi-
pos de los servicios que prestará la
arquitectura. Los desarrollos realiza-
dos se enmarcan principalmente en
los módulos de interacción y servicios
de la misma, aunque se han comen-
zado también a visualizar aspectos a
tener en cuenta en los demás módu-
los. Además, se está complementan-
do el sistema con un instrumento de
planeación quirúrgica. Los resultados
son descritos a continuación.
A. Prototipo de un endoscopio
virtual
Este componente del sistema ha mos-
trado el potencial educativo que pue-
de tener la interacción con instru-
mentos quirúrgicosvirtuales antes de
utilizar los instrumentos reales. El
prototipo muestra un endoscopio in-
teractivo que puede ser manejado al
interior de una sala de cirugía. Este
es mostrado en la Figura 2 [11].
B. Trabajos de grado
A través de la realización del proyec-
to se ha logrado crecer en la interac-
ción con estudiantes de pregrado que
han ido contribuyendo con sus apor-
tes al crecimiento de la arquitectura.
Un trabajo de grado reciente [12],
realizado con anterioridad al inicio de
la arquitectura ha evidenciado la po-
sibilidad de hacer mejoras importan-
tes sobre las interfaces gráficas de
usuario tradicionales. En este caso se
complementan las arquitecturas de
interfaces tradicionales orientadas a
ventanas con la introducción de con-
troles transparentes y lentes mágicos
[13]. El resultado obtenido por este
estudiante y los trabajos enunciados
en el Congreso Mundial de Medicina
y Realidad Virtual [3] inspiran y de-
muestran que se puede ir mucho más
allá en la interacción con los sistemas
de software en general. Es así como
en la actualidad se está iniciando la
construcción de un modelo de lentes
mágicos y un componente de visión
estereoscópica que complementarán
la arquitectura. Cabe destacar que
además del módulo de interacción,
existen estudiantes que están gene-
rando aportes en otros módulos de la
arquitectura gracias a la orientación
y coordinación de los directores del
proyecto.
C. Prototipos de animación para la
cirugía endoscópica FESS
En este desarrollo [14] se sugiere una
forma de presentar el procedimiento
quirúrgico de la FESS con sus dife-
rentes pasos tal como se muestra en
las Figuras 3a y 3b. Este es el punto
de partida para un servicio de telesi-
mulación más realista. Además, esta
parte del sistema está complementa-
da por imágenes reales de los pasos
Figura 2. Prototipo de un
endoscopio virtual.
41SISTEMAS
& TELEMÁTICA
quirúrgicos (ver Figura 3d) y un sis-
tema de transmisión de vídeos médi-
cos (ver Figura 3c).
D. Sistema de transmisión
de vídeo
Se han logrado desarrollos para
transmisión de vídeos médicos a tra-
vés de la internet. Se propone un nue-
vo estándar que utiliza una transfor-
mada que además de eliminar las
redundancias temporales y espacia-
les no divide la imagen en bloques,
evitando la aparición de artefactos en
la imagen reconstruida [15].
E. Sistema experto de soporte
a la decisión
Este sistema [16] establece un meca-
nismo interactivo a través de la in-
ternet. Ha sido concebido para brin-
dar ayuda en la toma de decisiones
en el contexto quirúrgico de la FESS.
La representación de las decisiones
tomadas está basada en el Compen-
dio de Indicadores Clínicos de la Aso-
ciación Americana de Otorrinolarin-
gología – Cirugía de Cabeza y Cuello
[17], adoptado por la Sociedad Oto-
rrinolaringológica Colombiana [18].
Figura 3. Interfaz gráfica de usuario. (a) Ventana de simulación. (b) Vista
anatómica. (c) Vídeo. (d) Imagen del paso quirúrgico.
F. Interfaz gráfica de usuario
Hasta el momento se han considera-
do algunos elementos de interfaz grá-
fica de usuario como cruciales para
el servicio de telesimulación quirúr-
gica de la FESS, a saber:
1. La Figura 3a muestra la ventana
de simulación quirúrgica que per-
mite utilizar directamente el si-
mulador.
2. La Figura 3b presenta la vista
anatómica que permite mostrar,
especialmente a los nuevos ciru-
janos, con mayor claridad el paso
quirúrgico correspondiente.
42 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
3. La Figura 3c muestra un vídeo del
procedimiento a seguir.
4. La Figura 3d muestra una ima-
gen del paso quirúrgico actual.
dica y puede brindar apoyo en la pla-
neación médica y en la educación.
El instrumento fue aplicado durante
un período de seis meses en 32 ocasio-
nes. En cada ocasión, éste fue llenado
por la cabeza del equipo quirúrgico.
Para la validación del instrumento se
utilizó una escala de 0 (no se cumple)
a 5 (se cumple totalmente). Además,
se utilizaron los siguientes criterios:
1. El instrumento es efectivo y con-
tribuye a los propósitos con que fue
creado. a) Representa el evento
quirúrgico de manera adecuada. b)
Es consistente. c) Contribuye a au-
mentar las habilidades quirúrgi-
cas. d) Ayuda en la prevención de
complicaciones quirúrgicas.
2. Satisfacción del usuario. a) Es fá-
cil de utilizar. b) Toma poco tiem-
po aprender su utilización.
Los resultados de la aplicación del ins-
trumento se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1: Aplicación del instrumento de planeación quirúrgica
0 1 2 3 4 5
Efectividad del instrumento
a) 0 0 0 0.25 0.594 0.156
b) 0 0 0.156 0.25 0.406 0.188
c) 0 0 0 0.282 0.5 0.218
d) 0 0.062 0.094 0.188 0.531 0.125
Satisfacción del usuario
a) 0 0 0 0.344 0.218 0.438
b) 0 0 0 0.218 0.438 0.344
Escala de resultados entre 0 y 1
G. Instrumento de planeación
quirúrgica
Se ha creado una herramienta para
distribuir el conocimiento médico ge-
nerado en el proceso de planeación
quirúrgica y se está creando una base
de datos de cirugías a las cuales se
les ha aplicado el instrumento. Esto
es importante ya que la carencia de
instrumentos de planeación quirúr-
gica de uso rutinario conlleva al des-
conocimiento de situaciones vitales
relacionadas con el proceso quirúrgi-
co de pacientes.
La herramienta propuesta contribu-
ye a una mejor utilización del mode-
lo de cirugía virtual y del WEDS.
Además, se constituye en un elemen-
to importante para la auditoría mé-
43SISTEMAS
& TELEMÁTICA
CONCLUSIONES
Durante el desarrollo del proyecto se ha
llegado a las siguientes conclusiones:
1. Existe la necesidad de crear mo-
delos y métodos que sean capaces
de apoyar el entrenamiento de
practicantes médicos y de ciruja-
nos con poca experiencia. La rea-
lidad virtual y las nuevas tecno-
logías de telecomunicaciones pue-
den contribuir a la creación de los
mismos.
2. La inteligencia artificial puede ser
utilizada para soportar la toma de
decisiones por parte de médicos y
practicantes, sobre todo en aque-
llas situaciones de emergencia en
que los expertos humanos no es-
tán disponibles.
3. Las interfaces gráficas de usua-
rio y los mecanismos de comuni-
cación humano-computadora tra-
dicionales pueden ser mejorados
con la utilización de conceptos in-
novadores que hasta ahora han
sido poco empleados.
4. La falta de instrumentos de pla-
neación quirúrgica puede condu-
cir a una mayor probabilidad de
fallo en dichos procedimientos.
5. La telemedicina, en general pue-
de contribuir a resolver el proble-
ma de difusión del conocimiento
médico.
6. El sistema presentado en este do-
cumento es un sistema en conti-
nua evolución y requiere un tra-
bajo interdisciplinario para su
mejoramiento y crecimiento.
7. La simulación quirúrgica previa
a la realización de cirugías se ha
constituido recientemente en una
ayuda de entrenamiento y adqui-
sición de habilidades para el ci-
rujano a cargo y para todo el equi-
po quirúrgico.
8. De otro lado, las ayudas de la tec-
nología de la información, como es
el caso de la internet en el pro-
yecto, puede generar un escena-
rio en el que se compartan expe-
riencias, percepciones y expecta-
tivas de las diferentes especiali-
dades quirúrgicas.
9. Se puede pensar en modelar un
sistema que ofrezca servicios de
telemedicina otorrinolaringológi-
ca como una serie de módulos que
puedan comunicarse entre sí y
funcionar de manera distribuida.
TRABAJOS FUTUROS
Es por supuesto necesario continuar
desarrollando la arquitectura en los
siguientes aspectos:
1. El trabajo todavía muestra ani-
maciones a manera de prototipo;
es conveniente proseguir la inves-
tigación para lograr una simula-
ción más realista.
2. Los elementos de interfaz gráfica
de usuario detectados deben ser
integrados de una mejor manera.
3. El proceso de validación médica
debe seguir. Además, se debe ela-
borar y ejecutar un plan de prue-
bas de desempeño.
4. Es necesario continuar con el de-
sarrollo y evolución de los compo-
nentes que constituyen la arqui-
tectura. De esta manera se puede
lograr pasar de prototipos, que si
bien funcionan y muestran resul-
tados interesantes,no brindan
todavía la flexibilidad y modula-
ridad de los componentes de soft-
ware propuestos.
44 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
5. Se sugiere identificar nuevos ser-
vicios.
6. Se piensa seguir aplicando el instru-
mento de planeación quirúrgica.
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradeci-
mientos a las siguientes personas:
Francisco J. Herrera, Luis E. Garre-
ta, Antonio J. Reyes, Rodrigo De La
Peña, Andrés F. Robledo, Andrés F.
Prada, Carlos A. Gamboa.
[10] Microsoft. DCOM.
http://www.microsoft.com/com/tech/
dcom.asp, 2002.
[11] F. J. Herrera. Análisis, diseño e im-
plantación del prototipo de un endo-
scopio virtual. Cali: Ponti-ficia Uni-
versidad Javeriana, 2001.
[12] L. Garreta. Arquitectura orientada
a objetos para el modelamiento de
filtros de lentes mágicas como ele-
mentos de visualización dentro de
las interfaces gráficas de usuario
actuales. Cali: Pontificia Universi-
dad Javeriana, 2001.
[13] J. Viega, M. Conway, G. Williams y
R. Pausch. 3D Magic Lenses. Uni-
versity of Virginia. 2000.
[14] A. A. Navarro, J. A. Vélez y L. E.
Múnera. A software architecture for
virtual simulation of endoscopic sur-
gery in a WEB based scenario. 10th
Medicine Meets Virtual Reality Con-
ference, Newport Beach, Jan. 23-26,
2002.
[15] G. Bernabé, J. González y J. Duato.
Applying the 3D- wawelet transform
to transmit medical video in telemed-
icine. En Real Word Medical Appli-
cations: Mednet 2002. Brucelas: IOS
Press.
[16] J. A. Vélez y C. A. Gamboa. A vir-
tual surgery model: fundamentals on
electronic endoscopic otolaringology
WEB based scenario. 6th American
Telemedicine Association Meeting,
Fort Lauderdale, June 3-6, 2001.
[17] American Academy of Otolaryngol-
ogy - Head and Neck Surgery. Clin-
ical Indicators Compen-dium. Bul-
letin, vol 18 no. 10, octubre 1999.
[18] Sociedad Colombiana de Otorrino-
laringología. Acta Sociedad Colom-
biana de Otorrinolaringología -
SCORL. Indicadores Clínicos.
1999.
REFERENCIAS
[1] A. A. Navarro. The Implementation
of a Windows 95 based Virtual En-
vironments Knee Arthroscopy Train-
ing System. Hull: University of Hull,
1997.
[2] R. S. Kalawsky. The Science of Vir-
tual Reality and Virtual Environ-
ments, Wokingham: Addison-Wes-
ley, 1994.
[3] J. D. Westwood, H. M. Hoffman, R.
A. Robb y D. Stredney. Medicine
Meets Virtual Reality 02/10. Wash-
ington D.C: IOS Press, 2002.
[4] J. Collins. Telemedicine. http://
hhd.csun..edu/sheila/pptproject/
jennc/, 2002.
[5] The Telemedicine Project. http://
www.cee.hw.ac.uk/ Databases/
telemed.html, 2002.
[6] K. Boddy y D. Sotiriou. Hermes De-
riverable 9.3. Edimburgh: Hermes
Library. http://
www.hermes.ed.ac.uk, 1999.
[7] Internet2 Consortium, Internet2.
http:// www.internet2.edu, 2002.
[8] Object Management Group. Corba.
http:// www.corba.org, 2002.
[9] Sun Microsystems. Enterprise Java
Beans. http:// java.sun.com/ products/
ejb/, 2002.
45SISTEMAS
& TELEMÁTICA
CURRÍCULOS
Andrés. A. Navarro. Realizó estudios de
Ingeniería de Sistemas y Compu-
tación en la Pontificia Universidad
Javeriana en Cali. Posteriormen-
te hace una Maestría en Compu-
tación Gráfica y Ambientes Virtua-
les en la Universidad de Hull en
Inglaterra. Además, tiene título de
Especialista en Redes y Comuni-
caciones de la Universidad Icesi en
Cali. Actualmente trabaja como
docente investigador en la Ponti-
ficia Universidad Javeriana en
Cali Colombia.
Jorge A. Vélez. Médico de la Universi-
dad Libre de Cali y Especialista en
Gestión de la Salud de la Univer-
sidad Icesi de Cali. Es fundador de
la Asociación Internet Salud y Me-
dicina Colombia y se desempeña
como administrador de los servi-
cios de salud de Ecopetrol en Cali,
Colombia.
Luis. E. Múnera. PhD en Inteligencia
Artificial de la Universidad Poli-
técnica de Madrid y Docente de la
Universidad Icesi en Cali.
Gregorio Bernabé. Recibe una maestría
en ciencias de la computación en la
Universidad de Murcia donde ac-
tualmente es candidato a PhD. Allí,
se desempeña como profesor asis-
tente.
46 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
47SISTEMAS
& TELEMÁTICA
KeyConcept:
Un motor de búsqueda conceptual
Juan Manuel Madrid Molina
Departamento de Redes y Comunicaciones
Universidad Icesi-I2T
Cali, Colombia
jmadrid@icesi.edu.co
Susan Gauch
EECS Department
University of Kansas
Lawrence, KS 66045 (USA)
sgauch@ittc.ku.edu
RESUMEN
A medida que el número de páginas
web disponible crece, los usuarios ex-
perimentan dificultades para hallar
documentos que les sean de interés.
Una de las razones subyacentes de
este problema es que la mayoría de
los motores de búsqueda encuentran
documentos basándose solamente en
palabras claves, sin fijarse en los sig-
nificados de dichas palabras. Para
brindar al usuario información más
útil, se requiere de un sistema que
incluya en la búsqueda información
acerca del marco conceptual de la con-
sulta, además de las palabras claves.
Este es el objetivo de KeyConcept, un
motor de búsqueda que recupera do-
cumentos usando una combinación de
conceptos y palabras claves. Los do-
cumentos se clasifican automática-
mente para determinar sus conceptos
asociados. Los conceptos relacionados
con la consulta son introducidos ma-
nualmente por el usuario, o determi-
nados automáticamente mediante
una pequeña descripción textual de la
consulta. Este artículo describe la ar-
quitectura del sistema, el entrena-
miento del clasificador, y los resulta-
dos de nuestros experimentos de eva-
luación de desempeño del sistema. Se
demuestra que KeyConcept incremen-
ta en forma significativa la precisión
de las búsquedas mediante el uso de
la recuperación conceptual de infor-
mación.
PALABRAS CLAVES
Búsqueda conceptual, clasificación de
texto, ontologías.
Clasificación: A
48 SISTEMAS
& TELEMÁTICA
ABSTRACT
As the number of available Web pa-
ges grows, users experience increa-
sing difficulty finding documents re-
levant to their interests. One of the
underlying reasons for this is that
most search engines find matches
based on keywords, regardless of
their meanings. To provide the user
with more useful information, we
need a system that includes informa-
tion about the conceptual frame of the
queries as well as its keywords. This
is the goal of KeyConcept, a search
engine that retrieves documents ba-
sed on a combination of keyword and
conceptual matching. Documents are
automatically classified to determi-
ne the concepts to which they belong.
Query concepts are determined au-
tomatically from a small description
of the query or explicitly entered by
the user. This paper describes the
system architecture, the training of
the classifier, and the results of our
experiments evaluating system per-
formance. KeyConcept is shown to
significantly improve search result
precision through its use of concep-
tual retrieval.
KEYWORDS
Conceptual search, text classification,
ontologies.
49SISTEMAS
& TELEMÁTICA
INTRODUCCIÓN
La Web ha experimentado un creci-
miento sostenido desde su creación.
En marzo de 2002, el motor de bús-
queda más grande contenía aproxima-
damente 968 millones de páginas in-
dexadas en su base de datos [SES 02].
Encontrar la información correcta en
una colección de documentos de tal
tamaño es extremadamente difícil.
Una de las razones principales para
obtener resultados insatisfactorios en
las búsquedas es que muchas palabras
poseen múltiples significados [Krove-
tz 92]. Por ejemplo, dos personas que
efectúan una búsqueda usando la pa-
labra clave “jaguar” pueden estar bus-
cando cosas completamente diferentes
(animales salvajes y automóviles), y
sin embargo obtendrán exactamente
los mismos resultados. Esta dificultad
se presenta porque la mayoría de los
motores de búsqueda usan un algorit-
mo de búsqueda de frases que regre-
sa como resultados todos los documen-
tos que contengan una ocurrencia
exacta de los términos usados en la
consulta, sin importar su significado.
Para resolver este problema estamos
desarrollando KeyConcept, un motor
de búsqueda que, además de las pa-
labras claves, toma en cuenta los tó-
picos o conceptos relacionados con la
consulta. Los documentos