Abstract — Digital libraries provide an important tool for expanding and improving access to knowledge, so their services must be affordable even for people in remote areas with restricted connectivity. This paper describes an architecture for accessing services and contents of digital libraries in the program EHAS (Enlace Hispano Americano de Salud) (Hispano American Health Link), which for the case of deployments in Alto Amazonas (Peru) and Cauca (Colombia), uses connectivity solutions based on VHF and HF radios, which provide intermittent (20 min max.) and low bandwidth (9600 bps max.) connections. The HTTP protocol is used to consult the contents of the library, but for downloading files the email is used through a segmentation and reassemble mechanism. In field tests conducted at 9600 bps, response times were the order of 35 s for consultation, 40 minutes for downloading a file of 100 KB and 4 hours for downloading a 1MB file. Keywords— communication systems, digital libraries, disconnected environments, information services, rural areas, VHF. I. INTRODUCCIÓN N la sociedad actual, el acceso a la información se ha convertido en la herramienta fundamental para el desarrollo de actividades económicas, sociales y políticas. En este contexto, las bibliotecas digitales toman cada vez mayor importancia, pues representan una interesante combinación entre aplicaciones, sistemas y teorías del manejo de información ordenada y estructurada. Además, mediante el empleo de redes telemáticas, las bibliotecas digitales ofrecen una gran oportunidad para extender y mejorar el acceso al conocimiento. Compañías líderes de la Internet llevan a cabo proyectos tales como Live Search Books (cancelado en 2008) [1], Google Book Search [2] y Open Content Alliance [3], los cuales están enfocados a proveer el acceso abierto a contenidos en línea obtenidos de múltiples bibliotecas, archivos y varios editores, para que de esta forma se univer- salice la riqueza de la información que no ha estado en línea. Los habitantes de las zonas rurales menos favorecidas no Este trabajo ha sido apoyado en forma parcial por la Dirección de Cooperación para el Desarrollo de la Universidad Politécnica de Madrid, a través del proyecto “Fortalecimiento de la estrategia AIEPI con el apoyo de Tecnologías de la Información y Comunicación en los municipios de Silvia y Jambaló, Departamento del Cauca, Colombia”, ejecutado por la Fundación EHAS (España) y la Universidad del Cauca (Colombia). D. F. Manquillo se graduó en el programa de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca, Popayán, Colombia, [email protected]A. Rendón es profesor del Departamento de Telemática de la Universidad del Cauca, Popayán (Cauca), Colombia, [email protected]. tienen por qué ser ajenos a la Sociedad de la Información. Por este motivo se han ejecutado diversos proyectos para facilitar y estimular el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) en estas zonas, de modo que redunde en el mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes. Algunos de estos proyectos, promovidos por instituciones estatales como FITEL (Fondo de Inversión en Telecomunica- ciones) en Perú [4] y Compartel en Colombia [5], han hecho uso intensivo de tecnologías satelitales VSAT, caracterizadas por su amplia cobertura pero también por su limitado ancho de banda y sus altos costos de instalación y operación. Sin embargo, el propio FITEL así como otras entidades estatales y centros de investigación han explorado la adaptación de otras tecnologías que se ajusten mejor a los requerimientos de las áreas rurales de los países en desarrollo [6]-[8]. El programa EHAS (Enlace Hispano-Americano de Salud) [9] ha desarrollado diversas soluciones de conectividad para zonas rurales apartadas en función de las condiciones geográficas y la infraestructura de telecomunicaciones disponible en ellas. En forma similar a las experiencias reportadas en [10], las primeras soluciones estuvieron basadas en radios VHF/HF, que se caracterizan por un menor costo de instalación, comparado con VSAT, bajos costos de operación y muy limitado ancho de banda, pero luego se han aprovechado las ventajas ofrecidas por la tecnología Wi-Fi (IEEE 802.11); hasta el momento se ha utilizado VHF/HF cuando no necesariamente se tiene línea de vista directa, y Wi- Fi cuando ésta se puede garantizar [11]. La tecnología WiMAX (IEEE 802.16) ha empezado a considerarse a partir de comienzos de 2008, cuando han llegado al mercado equipos que operan en bandas de frecuencia no licenciadas y tienen un consumo comparable al de los sistemas Wi-Fi, aunque aún siguen siendo más costosos. Para el caso de las instalaciones en Alto Amazonas (Perú) y Cauca (Colombia), se utilizan soluciones basadas en radios VHF y HF, que proveen conexiones intermitentes (20 min max.) de bajo ancho de banda (9.600 bps max.) [12], [13]. En desarrollo de los objetivos del proyecto EHAS, se ha considerado que los servicios y contenidos ofrecidos por una biblioteca digital pueden ser una alternativa de acceso a información para el personal de salud, como también para las instituciones educativas de zonas rurales apartadas. El problema radica en que los usuarios de las redes VHF no pueden acceder a estos servicios y contenidos, debido a las restricciones de su conexión a Internet. Las condiciones de conectividad de las mencionadas instalaciones del proyecto EHAS han determinado que todas las aplicaciones que dan D. F. Manquillo and A. Rendón, Member, IEEE Access to Digital Libraries from Low Speed Disconnected Environments E IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 8, NO. 2, APRIL 2010 111
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Abstract — Digital libraries provide an important tool for expanding and improving access to knowledge, so their services must be affordable even for people in remote areas with restricted connectivity. This paper describes an architecture for accessing services and contents of digital libraries in the program EHAS (Enlace Hispano Americano de Salud) (Hispano American Health Link), which for the case of deployments in Alto Amazonas (Peru) and Cauca (Colombia), uses connectivity solutions based on VHF and HF radios, which provide intermittent (20 min max.) and low bandwidth (9600 bps max.) connections. The HTTP protocol is used to consult the contents of the library, but for downloading files the email is used through a segmentation and reassemble mechanism. In field tests conducted at 9600 bps, response times were the order of 35 s for consultation, 40 minutes for downloading a file of 100 KB and 4 hours for downloading a 1MB file.
Keywords— communication systems, digital libraries, disconnected environments, information services, rural areas, VHF.
I. INTRODUCCIÓN
N la sociedad actual, el acceso a la información se ha convertido en la herramienta fundamental para el
desarrollo de actividades económicas, sociales y políticas. En este contexto, las bibliotecas digitales toman cada vez mayor importancia, pues representan una interesante combinación entre aplicaciones, sistemas y teorías del manejo de información ordenada y estructurada. Además, mediante el empleo de redes telemáticas, las bibliotecas digitales ofrecen una gran oportunidad para extender y mejorar el acceso al conocimiento.
Compañías líderes de la Internet llevan a cabo proyectos tales como Live Search Books (cancelado en 2008) [1], Google Book Search [2] y Open Content Alliance [3], los cuales están enfocados a proveer el acceso abierto a contenidos en línea obtenidos de múltiples bibliotecas, archivos y varios editores, para que de esta forma se univer-salice la riqueza de la información que no ha estado en línea.
Los habitantes de las zonas rurales menos favorecidas no
Este trabajo ha sido apoyado en forma parcial por la Dirección de
Cooperación para el Desarrollo de la Universidad Politécnica de Madrid, a través del proyecto “Fortalecimiento de la estrategia AIEPI con el apoyo de Tecnologías de la Información y Comunicación en los municipios de Silvia y Jambaló, Departamento del Cauca, Colombia”, ejecutado por la Fundación EHAS (España) y la Universidad del Cauca (Colombia).
D. F. Manquillo se graduó en el programa de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca, Popayán, Colombia, [email protected]
A. Rendón es profesor del Departamento de Telemática de la Universidad del Cauca, Popayán (Cauca), Colombia, [email protected].
tienen por qué ser ajenos a la Sociedad de la Información. Por este motivo se han ejecutado diversos proyectos para facilitar y estimular el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) en estas zonas, de modo que redunde en el mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes. Algunos de estos proyectos, promovidos por instituciones estatales como FITEL (Fondo de Inversión en Telecomunica-ciones) en Perú [4] y Compartel en Colombia [5], han hecho uso intensivo de tecnologías satelitales VSAT, caracterizadas por su amplia cobertura pero también por su limitado ancho de banda y sus altos costos de instalación y operación. Sin embargo, el propio FITEL así como otras entidades estatales y centros de investigación han explorado la adaptación de otras tecnologías que se ajusten mejor a los requerimientos de las áreas rurales de los países en desarrollo [6]-[8].
El programa EHAS (Enlace Hispano-Americano de Salud) [9] ha desarrollado diversas soluciones de conectividad para zonas rurales apartadas en función de las condiciones geográficas y la infraestructura de telecomunicaciones disponible en ellas. En forma similar a las experiencias reportadas en [10], las primeras soluciones estuvieron basadas en radios VHF/HF, que se caracterizan por un menor costo de instalación, comparado con VSAT, bajos costos de operación y muy limitado ancho de banda, pero luego se han aprovechado las ventajas ofrecidas por la tecnología Wi-Fi (IEEE 802.11); hasta el momento se ha utilizado VHF/HF cuando no necesariamente se tiene línea de vista directa, y Wi-Fi cuando ésta se puede garantizar [11]. La tecnología WiMAX (IEEE 802.16) ha empezado a considerarse a partir de comienzos de 2008, cuando han llegado al mercado equipos que operan en bandas de frecuencia no licenciadas y tienen un consumo comparable al de los sistemas Wi-Fi, aunque aún siguen siendo más costosos. Para el caso de las instalaciones en Alto Amazonas (Perú) y Cauca (Colombia), se utilizan soluciones basadas en radios VHF y HF, que proveen conexiones intermitentes (20 min max.) de bajo ancho de banda (9.600 bps max.) [12], [13].
En desarrollo de los objetivos del proyecto EHAS, se ha considerado que los servicios y contenidos ofrecidos por una biblioteca digital pueden ser una alternativa de acceso a información para el personal de salud, como también para las instituciones educativas de zonas rurales apartadas. El problema radica en que los usuarios de las redes VHF no pueden acceder a estos servicios y contenidos, debido a las restricciones de su conexión a Internet. Las condiciones de conectividad de las mencionadas instalaciones del proyecto EHAS han determinado que todas las aplicaciones que dan
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valor añadido a la red de comunicaciones se construyan con base en el correo electrónico, con mensajes que no pueden superar un tamaño de 150 KB.
Este artículo describe una arquitectura para acceder a los servicios y contenidos de bibliotecas digitales desde entornos desconectados de baja velocidad, que se implementó en un prototipo experimental para el contexto de las redes EHAS. También se llevó a cabo la implementación de la “Biblioteca Digital EHAS”, que sirve como repositorio de documentos de interés del personal de salud, y además como pasarela entre los protocolos HTTP y Z39.50 [14], para ofrecer el acceso a otras bibliotecas digitales. La parte II describe las características generales de la biblioteca digital, construida sobre la plataforma Greenstone [15].
La arquitectura propuesta sigue el esquema cliente-servidor. La Aplicación Cliente está localizada en las estaciones remotas, permitiendo a los usuarios consultar y descargar los contenidos administrados por la biblioteca. La Aplicación Servidor está localizada en Internet, por ejemplo en el mismo equipo donde está instalada la biblioteca digital. El sistema utiliza el protocolo HTTP para la consulta de los contenidos de la biblioteca, y un mecanismo basado en correo electrónico para la descarga de los archivos solicitados por los usuarios. La arquitectura se presenta en la parte III, previa explicación de los mecanismos usados en las redes EHAS para la gestión del correo electrónico y la navegación web desde las estaciones remotas; los servicios ofrecidos por la Aplicación Cliente se describen brevemente en la parte IV, y la parte V explica el mecanismo de descarga de los archivos.
La arquitectura fue validada mediante un prototipo con el cual se realizaron pruebas de laboratorio y de campo, cuyos resultados se presentan en la parte VI. Las conclusiones obtenidas del trabajo se exponen en la parte VII.
II. BIBLIOTECA DIGITAL EHAS
La “Biblioteca Digital EHAS” [16] fue puesta en servicio con el ánimo de promover la adquisición y diseminación de información para los beneficiarios del proyecto “Fortalecimiento de la estrategia AIEPI con el apoyo de Tecnologías de la Información y Comunicación” [17], ofreciendo documentación en los campos de la salud, la legislación y el mantenimiento de equipos de telecomunicaciones relacionados con su entorno de trabajo.
La herramienta seleccionada para la implementación de la biblioteca digital fue Greenstone 2.72 [15]. Fue escogida porque ofrece una documentación y un soporte muy completos en el idioma español, tanto para usuarios como para administradores de la biblioteca, y además es un proyecto en continua evolución, que se adapta al surgimiento de las nuevas tecnologías.
Aunque la última versión es Greenstone3 [18] y se proyecta como una excelente alternativa, se optó por la segunda versión puesto que es muy estable y de amplio uso a nivel global. A pesar de que Greenstone3 salió al mercado a finales de la primera mitad del año 2007, para el momento de la elección de la plataforma aún presentaba algunas imperfecciones en su funcionamiento, y el soporte para idiomas diferentes al inglés era deficiente y estaba en proceso de desarrollo. Sin duda alguna, cuando la tercera versión haya superado las anteriores dificultades, la biblioteca deberá ser mudada a esta versión.
La Biblioteca Digital EHAS está compuesta por tres colecciones: Salud, Legislación y TIC. En todas ellas está disponible el servicio de búsqueda de palabras o frases sobre el texto completo de los documentos que resguardan; o sobre los metadatos especificados para cada contenido: autor, título, materia, resumen, organización, fuente y fecha. Las colecciones también ofrecen la posibilidad de consultar documentos a través de los clasificadores definidos: autor, título, materia y clasificación NLM (de la National Library of Medicine, usada para el área de la salud). Para la consulta de las colecciones de bibliotecas remotas utiliza el protocolo Z39.50 en configuraciones de cliente y servidor; de manera que las colecciones propias también pueden ser consultadas por otras bibliotecas.
En la Fig. 1 se muestran los resultados para una consulta sobre el clasificador “Clasificación NLM” de la colección de Salud. En ella también se pueden apreciar los enlaces a los demás clasificadores y a la página de búsqueda de la colección, así como la página de inicio, la página de ayuda y la página de preferencias de la biblioteca digital.
III. ARQUITECTURA
Para el diseño de la arquitectura, la red de telecomunicaciones se dividió en dos secciones; una de baja velocidad en la que el acceso a Internet es discontinuo y limitado (entorno desconectado), y otra de alta velocidad que cuenta con acceso a Internet de forma continua y sin restricciones. En la red de telecomunicaciones EHAS en Alto Amazonas y Cauca, la sección de baja velocidad corresponde a los terminales EHAS localizados en los puestos de salud, interconectados con su hospital de referencia a través de enlaces de radio de baja velocidad; por su parte, la sección de alta velocidad corresponde a los hospitales rurales con su conexión a Internet. Consecuente con esta división, se definieron dos aplicaciones: una Aplicación Cliente localizada en la sección de baja velocidad, donde se encuentra el Lector Remoto, y una Aplicación Servidor localizada en la sección de alta velocidad donde se encuentra la Biblioteca Digital EHAS (Fig. 2).
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Figura 1. Biblioteca Digital EHAS
Los servicios básicos a implementar son: a) acceso a los
servicios de consulta de la biblioteca digital, b) descarga de los contenidos de la biblioteca digital, y c) interacción con otras bibliotecas digitales.
Antes de describir en detalle la arquitectura, se explicará brevemente el funcionamiento de una estación remota EHAS conectada por radio VHF (ver Fig. 3).
Del lado del cliente, en la sección de baja velocidad, se tienen dos equipos: un PC con Windows para los usuarios y una máquina Linux a cargo de las comunicaciones; en la sección de alta velocidad está localizado el servidor de comunicaciones del hospital, y luego otros equipos conectados a Internet, como las bibliotecas digitales. Para comunicar vía radio clientes y servidores se utiliza el protocolo AX.25, una adaptación de X.25 realizada por los radioaficionados y mucho mejor adaptada que TCP para trabajar sobre un medio semidúplex de elevada tasa de error, latencia y probabilidad de colisión. Fue necesario entonces establecer un mecanismo de proxies, uno junto al cliente (local) y otro junto al servidor, para que las aplicaciones basadas en TCP pudiesen trabajar sobre AX.25. Las aplicaciones cliente se comunican con el proxy local, que traslada la información por medio de AX.25 al proxy complementario en la sección de alta velocidad, donde escucha el servidor respectivo de cada aplicación cliente [19].
Los mensajes de correo electrónico dirigidos a una estación remota llegan inicialmente al servidor de comunicaciones del hospital, donde permanecen hasta que el usuario remoto se conecta y ordena su envío hasta un programa servidor de correo electrónico que corre en el equipo de comunicaciones local; una vez allí, los mensajes son consultados usando un cliente de correo normal.
Figura 2. Aplicación Cliente y Aplicación Servidor
La navegación web no tiene utilidad práctica desde los
terminales EHAS por dos razones: la baja velocidad de la conexión (9.600 bps max.) y el carácter desconectado de los terminales, que sólo pueden permanecer conectados de manera continua hasta 20 minutos para evitar el sobrecalentamiento de los radios; en consecuencia, el protocolo HTTP no está regularmente habilitado. Sin embargo, es técnicamente viable gracias a la intervención de los proxies y funciona adecuadamente con páginas muy livianas.
Para acceder a los servicios de consulta en la biblioteca digital se consideró el protocolo Z39.50 como una alternativa a HTTP; sin embargo, se concluyó que éste es la única alternativa viable, pues los proxies no soportan el protocolo Z39.50. Además, muchos servicios ofrecidos por la biblioteca digital sólo están disponibles a través de HTTP.
El uso de HTTP para la consulta de la biblioteca digital hizo necesario garantizar que los tiempos de respuesta se mantuviesen en un rango razonable. Para lograrlo se hizo un diseño de la interfaz gráfica de la biblioteca digital que ofreciera al Lector Remoto un servicio rápido, pero al mismo tiempo atractivo e intuitivo [16].
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Figura 3. Arquitectura del sistema de acceso a bibliotecas digitales desde redes de baja velocidad para un terminal EHAS
Si mediante el protocolo HTTP se pueden consultar los
contenidos de la biblioteca digital, definitivamente no puede ser utilizado en su descarga, por lo cual se ha recurrido al servicio utilizado normalmente en la transferencia de información a/desde las estaciones remotas: el correo electrónico. Para ello ha sido necesario resolver un problema planteado por las redes EHAS consideradas: las condiciones de velocidad y tiempo de conexión de los enlaces establecen un tamaño máximo de 150 KB para los archivos que se pueden enviar por correo electrónico; ¿cómo cumplir con esta restricción sin limitar el tamaño de los archivos contenidos en la biblioteca digital? Se ha recurrido a un mecanismo de segmentación y ensamblaje, explicado en la parte V, de forma que cada fragmento sea apto para ser enviado como adjunto en un mensaje por los enlaces de radio.
Para la interacción con otras bibliotecas digitales se aprovecharon las características de la plataforma Greenstone, que realiza la función de pasarela entre los protocolos HTTP y Z39.50, de modo que un Lector Remoto puede realizar búsquedas en otras bibliotecas digitales a través de la misma interfaz gráfica de la Biblioteca Digital EHAS, mientras Greenstone usa en forma transparente Z39.50 para comunicarse con las otras bibliotecas.
El acceso a la biblioteca digital y la interacción con otras bibliotecas podrían hacerse mediante un navegador web comercial; sin embargo, es necesario detectar cuándo hay una petición de descarga, para darle curso al envío del archivo a través del correo electrónico y no del protocolo HTTP. Esta situación, y el hecho de que al disponer de un navegador web comercial los usuarios en la estación remota podrían acceder a cualquier página web en Internet, acción que no es deseable debido a las características propias de la red, llevaron a descartar su uso. En su lugar, se incorporó a la Aplicación
Cliente un navegador web propio, configurado para interactuar únicamente con la biblioteca digital, realizando las consultas a través del protocolo HTTP y accediendo a otras bibliotecas digitales mediante el servicio de pasarela HTTP-Z39.50 de Greenstone (Fig. 3).
Para descargar un contenido, la Aplicación Cliente detecta que el Lector Remoto ha hecho una petición de descarga, y en lugar de enviarla hacia la biblioteca digital la re-direcciona hacia la Aplicación Servidor; ésta realiza vía HTTP la petición y descarga del archivo de la biblioteca digital, y lo comprime y divide en fragmentos, cada uno de tamaño apto para ser enviado como adjunto en un mensaje de correo electrónico por la red EHAS; a continuación, la Aplicación Servidor envía los mensajes al Servidor de Correo Electrónico del Hospital, donde permanecen hasta que la Aplicación Cliente ordena que atraviesen el enlace de radio de baja velocidad y lleguen al Servidor de Correo Electrónico del equipo de comunicaciones en la estación remota; finalmente, la Aplicación Cliente, usando el protocolo POP3, descarga los mensajes de correo electrónico, une los fragmentos, descomprime el archivo y coloca el contenido completo a disposición del Lector Remoto.
IV. APLICACIÓN CLIENTE
La Aplicación Cliente es el programa mediante el cual los usuarios de los terminales remotos pueden acceder a los servicios de consulta y descarga de contenidos ofrecidos por una biblioteca digital. Se compone de tres pestañas: Biblioteca, Descargas y Configuración.
A. Pestaña Biblioteca
Agrupa los elementos que posibilitan la interacción con la biblioteca digital. Su componente más significativo es el Panel de
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Navegación, dado que funciona de igual forma que un navegador web, es decir, despliega las páginas web de la biblioteca digital, y reacciona a los eventos generados sobre ellas para ejecutar el procedimiento indicado y mostrar la respuesta correspondiente (Fig. 1).
B. Pestaña Descargas
Agrupa los componentes que facilitan la descarga de un contenido de la biblioteca digital. Su elemento más importante es el Panel de Descargas, en el cual se muestran las barras de progreso que describen el estado de las distintas descargas que se encuentran en trámite (Fig. 4).
C. Pestaña Configuración
Define las propiedades de operación de la Aplicación Cliente, permitiendo modificar sus valores por defecto para que funcione con la configuración deseada.
V. MECANISMO DE DESCARGA DE CONTENIDOS VÍA CORREO
ELECTRÓNICO
La transmisión de mensajes de correo electrónico a través de la red de telecomunicaciones EHAS es un servicio muy confiable; sin embargo, para el mecanismo de descarga de contenidos es una función de vital importancia. Por esta razón se desarrolló una funcionalidad para dotar de robustez a este mecanismo de descarga, garantizando que si se presentan pérdidas de mensajes durante la transmisión, los mensajes perdidos sean enviados nuevamente y se obtenga el contenido completo.
A. Consideraciones
En el diseño del mecanismo de descarga de contenidos se tuvieron en cuenta los siguientes criterios:
1. Se considera perdido un mensaje si, después de haberse
iniciado la descarga, la transmisión de mensajes entre el Servidor de Correo Electrónico del Hospital y el Servidor de Correo Electrónico del terminal remoto se ha realizado el número de veces descrito por la propiedad de configuración de la Aplicación Cliente “Número de conexiones para retransmisión”, y el mensaje no ha llegado a su destino.
2. Cada vez que un mensaje se considera perdido, la Aplicación Cliente solicita a la Aplicación Servidor la retransmisión de ese mensaje; si la solicitud de retransmisión se ha ejecutado el número de veces especificado por la propiedad de configuración de la Aplicación Cliente “Número de retransmisiones para cancelar” y el mensaje no ha llegado a su destino, la Aplicación Cliente cancela automáticamente la descarga.
B. Formatos de peticiones, “asunto” y descriptor de descarga
La gestión de los mensajes que transportan los fragmentos de los archivos está soportada por los siguientes elementos:
1) Peticiones de descarga La Aplicación Cliente se comunica con la Aplicación
Servidor a través de peticiones GET HTTP, que poseen los siguientes atributos:
• url, que corresponde a la dirección del contenido (biblioteca digital);
• emailAddress, que se refiere a la dirección de correo electrónico a la cual se enviarán los mensajes con los fragmentos de contenido;
Figura 4. Pestaña Descargas
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• message, que especifica el procedimiento a realizar por la
Aplicación Servidor. Los posibles valores de este atributo son: “syn” (iniciar la descarga del contenido), “fin” (fin de la descarga del contenido), “reply” (re-enviar los mensajes indicados) y “reply-all” (re-enviar todos los mensajes).
2) Formato del asunto de un mensaje perteneciente a una descarga
Una vez la Aplicación Servidor ha obtenido de la biblioteca digital el contenido solicitado por la Aplicación Cliente, lo segmenta y le envía a ésta cada fragmento en un mensaje de correo electrónico que va marcado en el campo “asunto” con los siguientes parámetros:
• Id, identificador único de la descarga a la cual pertenece el fragmento que lleva como adjunto;
• i, número del fragmento de archivo que lleva como adjunto;
• N, número total de fragmentos que conforman la descarga.
3) Descriptor de descarga La Aplicación Cliente realiza el monitoreo y gestión de una
descarga a través de un descriptor de descarga, integrado por un conjunto de etiquetas XML que se describen a continuación:
• downloading, tiene asociado un atributo id que corresponde al identificador único de la descarga;
• URL, dirección del archivo a descargar; • retransmissions, número de veces que se ha solicitado
retransmitir un mensaje perdido después de haberse iniciado la descarga;
• connections, número de veces que se ha realizado la transmisión de mensajes entre el Servidor de Correo Electrónico del Hospital y el Servidor de Correo Electrónico del terminal remoto después de haberse iniciado la descarga;
• totalOfPieces, número total de fragmentos de archivo que conforman la descarga;
• pieces, agrupa los identificadores de los fragmentos obtenidos;
• piece, número de fragmento obtenido.
C. Escenarios de descarga
A continuación se explican los escenarios contemplados en la solución. Todos ellos tienen como punto de partida la solicitud de descarga de un contenido que hace la Aplicación Cliente a la Aplicación Servidor, a través de una petición GET HTTP en la cual el valor del atributo message es “syn”.
1) Escenario 1 Todos los mensajes con los fragmentos de archivo alcanzan el
destino: La Aplicación Cliente obtiene todos los fragmentos de archivo, así que finaliza el proceso de descarga con una petición GET HTTP similar a la petición inicial, pero ahora el valor del atributo message es “fin”, lo que significa que el contenido ya está en su destino y que la Aplicación Servidor puede eliminar el directorio donde están guardados el archivo y los fragmentos del contenido.
2) Escenario 2 No todos los mensajes con los fragmentos de archivo
alcanzan el destino: La Aplicación Cliente solicita la retransmisión de los fragmentos faltantes mediante una petición GET HTTP similar a la petición inicial, pero ahora el valor del atributo message es “reply”, seguido de los números de los fragmentos de archivo faltantes separados por un guión.
3) Escenario 3 Ningún mensaje con fragmentos de archivo alcanza el
destino: En este caso, el valor del atributo message en la petición HTTP es “reply-all”, para solicitar la retransmisión de todos los fragmentos que conforman el archivo del contenido solicitado.
4) Escenario 4 Fin de retransmisiones: Al recibir las peticiones “reply” o
“reply-all”, la Aplicación Servidor envía nuevamente los mensajes faltantes. Si después de la retransmisión, la Aplicación Cliente ha obtenido todos los fragmentos de archivo, envía la petición GET HTTP con el valor de message igual a “fin” para finalizar la descarga; en caso contrario, continuará enviando peticiones con el valor de message igual a “reply”/”reply-all”, hasta que el contador del número de veces que se ha solicitado retransmitir un mensaje perdido (etiqueta XML retransmissions) sea igual al valor de la propiedad de configuración “Número de retransmisiones para cancelar”, en cuyo caso la descarga es cancelada automáticamente por la Aplicación Cliente, que envía entonces la petición GET HTTP con el valor de message igual a “fin”.
VI. VALIDACIÓN Y RESULTADOS
Esta parte describe las pruebas que se llevaron a cabo para verificar el correcto funcionamiento del sistema y medir su desempeño con base en los tiempos de respuesta obtenidos para las operaciones de búsqueda y descarga de contenidos. Su objetivo es determinar si el sistema es capaz de operar correctamente dentro de un rango de tiempo aceptable y así satisfacer las expectativas de los usuarios.
A. Escenarios de Pruebas
1) Escenario 1 Un ambiente de laboratorio que simula las condiciones de la
conexión hospital–terminal remoto. La conexión entre el Servidor de Comunicaciones Hospital y el PC de Comunicaciones Linux (Fig. 3) se realizó conectando directamente las tarjetas de sonido con cables de audio, y se ajustaron los parámetros de ganancia en el emisor y receptor, junto con el volumen de las señales enviadas y recibidas, para simular una conexión real en la que la señal sufre atenuaciones.
2) Escenario 2 Un ambiente de laboratorio similar al anterior, pero la
conexión entre el Servidor de Comunicaciones Hospital y el PC de Comunicaciones Linux se realizó utilizando radios de VHF Motorola PRO3100, conectados a cargas fantasmas de 50
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ohmios que simulan las antenas Yagui.
3) Escenario 3 Corresponde a las pruebas de campo realizadas entre un
Hospital y un Puesto de Salud situado a 2 Km en línea directa, con línea de vista entre las antenas y usando los mismos radios VHF.
B. Plan de Pruebas del Prototipo
1) Pruebas de Consulta Estas pruebas se realizaron con el objetivo de verificar el
adecuado despliegue de las páginas de la “Biblioteca Digital EHAS” en la Aplicación Cliente, y medir el desempeño del sistema con base en el tiempo promedio transcurrido entre las peticiones y el despliegue de las páginas.
• Prueba 1 (Inicio): Página de inicio. • Prueba 2 (Colección): Página de presentación de la
colección Salud. • Prueba 3 (Búsqueda): Resultados de una búsqueda sobre la
colección Salud. • Prueba 4 (Clasificador): Resultados de la consulta sobre
uno de los clasificadores de la colección Salud. • Prueba 5 (Bibliotecas remotas): Resultados de una
búsqueda sobre una biblioteca remota con la cual existe conexión desde la “Biblioteca Digital EHAS”.
La Tabla I presenta los resultados obtenidos para las cinco pruebas en los escenarios 2 y 3, a una velocidad de 9.600 bps, con diez ensayos cada una.
Para verificar el efecto de la velocidad del enlace sobre los tiempos de respuesta, estas mismas pruebas se hicieron también a 5.500 bps y 1.200 bps en el escenario 1. La Tabla II muestra los resultados obtenidos para la prueba 3.
TABLA I
TIEMPOS DE RESPUESTA PROMEDIO Y DESVIACIONES ESTÁNDAR PARA LAS
PRUEBAS DE CONSULTA
Prueba Escenario 2: laboratorio Escenario 3: en campo
σ σ 1. Inicio 22,036 s 7,776 s 35,462 s 14,957 s 2. Colección 10,087 s 3,653 s 36,962 s 19,537 s 3. Búsqueda 11,235 s 4,008 s 40,089 s 22,426 s 4. Clasificador 9,668 s 3,634 s 30,632 s 10,801 s 5. Bibl. remota 23,833 s 10,219 s 43,622 s 16,732 s
TABLA II
TIEMPOS DE RESPUESTA PROMEDIO Y DESVIACIONES ESTÁNDAR PARA UNA
BÚSQUEDA SOBRE LA COLECCIÓN SALUD EN EL LABORATORIO
9.600 bps 5.500 bps 1.200 bps
11,287 s 18,782 s 30,388 s σ 4,324 s 11,695 s 2,776 s
2) Pruebas de Descarga Prueba 6 (Evaluación de parámetros): Esta prueba se realizó
en el Escenario 1 con el objetivo de determinar la duración más apropiada del intervalo de conexión y el tamaño óptimo para los fragmentos de archivo que se envían como adjunto en un correo electrónico, de forma que el periodo de conexión se aproveche al máximo posible en la transmisión de información. La Tabla III
muestra los resultados obtenidos. A partir de estos resultados se determinó que para realizar las
descargas, la duración más apropiada para el intervalo de conexión es 15 minutos y el tamaño óptimo para los fragmentos es 150 KB. Con ello se consigue la máxima cantidad de información recibida y además son valores que facilitan la operación del mecanismo de descarga.
TABLA III PRONÓSTICO DE MENSAJES TRANSMITIDOS PARA 2 HORAS EN EL LABORATORIO
Las dos pruebas siguientes se realizaron con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento del mecanismo de descarga de contenidos, y medir el desempeño del sistema con base en los tiempos parciales y el tiempo total que toma descargar un contenido, para dos tamaños de archivo:
• Prueba 7: Descarga de archivo de 100 MB. • Prueba 8: Descarga de archivo de 1 MB. La Tabla IV presenta los resultados obtenidos para las dos
pruebas en los escenarios 2 y 3, a una velocidad de 9.600 bps, con un sólo ensayo cada una.
Para verificar el efecto de la velocidad del enlace sobre los tiempos de respuesta, estas mismas pruebas se hicieron también a 5.500 bps y 1.200 bps en el Escenario 1. La Tabla V muestra los resultados obtenidos para un archivo de 1 MB.
TABLA IV
DURACIÓN DE LA DESCARGA DE ARCHIVOS
Prueba Escenario 2: laboratorio
Escenario 3: en campo
7. Archivo 100 KB 43 min 25 s 42 min 49 s 8. Archivo 1 MB 2 h 13 min 19 s 4 h 11 min 33 s
TABLA V
DURACIÓN DE LA DESCARGA DE UN ARCHIVO DE 1 MB EN EL LABORATORIO
(ESCENARIO 1)
9.600 bps 5.500 bps 1 h 37 min 9 s 2 h 9 min12 s
VII. CONCLUSIONES
Los resultados de las pruebas realizadas demuestran que las tecnologías y mecanismos escogidos para la implementación del sistema fueron adecuadas y que el prototipo desarrollado es efectivo y capaz de operar en el contexto de las redes EHAS. El éxito en las pruebas de descarga de contenidos de tamaño aproximado de 100 KB, 1MB y 5 MB demuestra que el mecanismo de descarga es efectivo para un archivo de cualquier tamaño.
Los altos valores de la desviación estándar obtenidos para
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todas las pruebas reflejan un comportamiento aleatorio en los tiempos de respuesta del sistema, que tiene sus causas en fenómenos tales como reflexión, refracción, dispersión, difracción, zonas de Fresnel, pérdidas en el espacio libre, pérdidas atmosféricas y desvanecimiento. En enlaces en operación permanente, a estos fenómenos se suman otro tipo de circunstancias como la temperatura ambiente, que ocasiona un desplazamiento de la señal hacia arriba o hacia abajo en frecuencia, la velocidad del viento, que puede afectar la visibilidad óptica de las antenas, y la inestabilidad del fluido eléctrico, que en ocasiones no entrega la corriente suficiente para que el radio pueda transmitir. Todos estos factores deben ser tenidos en cuenta en el momento de configurar la velocidad de datos de los enlaces puestos en operación.
Los tiempos de respuesta del sistema para la descarga de documentos podrían ser apropiados para una red de baja velocidad utilizada por usuarios de regiones rurales donde el acceso a las tecnologías de la información es escaso; al utilizarse un mecanismo asíncrono, donde el usuario no espera frente al terminal la descarga del archivo, esto no afectaría demasiado su aceptabilidad. Sin embargo, los tiempos de respuesta para las tareas de consulta, que son interactivas, sí afectan esta aceptabilidad, sobre todo por parte de usuarios que tienen la posibilidad de acceder a Internet desde sitios alternativos como telecentros o salas de informática de instituciones educativas.
Se hace necesario por lo tanto mejorar los tiempos de respuesta, tanto para las tareas de consulta, a fin de mejorar la aceptabilidad, como de los tiempos de descarga, para hacerlo más eficiente. Esto debería implicar nuevos avances en las técnicas de modulación de datos empleadas para los enlaces VHF, o la búsqueda de otras tecnologías de comunicaciones que sean capaces de adaptarse con costos aceptables a las difíciles condiciones topográficas y de infraestructura donde hoy se utilizan aquéllos. Bajo esta perspectiva, resultan de gran interés trabajos como las que se adelantan con Wi-Fi, WiMAX y CDMA450 [8], redes en malla (mesh networks) [20], [21], y redes cognitivas (cognitive networks) [22].
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Diego Fernando Manquillo Mera nació en Popayán, Colombia, el 16 de Abril de 1984. Obtuvo el título de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones por la Universidad del Cauca, Popayán, Colombia, en 2008.
Ejerce profesionalmente en Oesía para el proyecto SIGRES (Sistema Integrado de Gestión de Redes y Servicios) de Telefónica-Telecom, Bogotá, Colombia. Entre sus campos de interés están las aplicaciones web, móviles y de escritorio en Java, y la seguridad computacional.
Álvaro Rendón Gallón (M’81) nació en Caicedonia, Colombia, el 30 de julio de 1956. Recibió el título de Ingeniero Electrónico con especialidad en Telecomunicaciones en 1979 y el de Magíster en Telemática en 1989, ambos por la Universidad del Cauca, Popayán, Colombia, y el de Doctor Ingeniero de Telecomunicación por la Universidad Politécnica de Madrid, España, en 1997.
Es Profesor Titular del Departamento de Telemática en la Facultad de Ingeniería
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Electrónica y Telecomunicaciones (FIET) de la Universidad del Cauca, Campus de Tulcán, Popayán, Colombia, donde además tiene a su cargo la coordinación de los programas de Maestría y Doctorado en Ingeniería Telemática. Sus principales áreas de interés son las telecomunicaciones rurales, la e-salud, y la tele-educación. Fue Consejero de la Rama Estudiantil de la IEEE de la Universidad del Cauca entre 1981 y 1992, y luego entre 1999 y 2000.
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