La telemetría es la recolección in situ de mediciones u otros datos en puntos remotos y su transmisión automática a equipos receptores ( telecomunicaciones ) para su monitoreo. [1] La palabra se deriva de las raíces griegas tele , 'remoto', y metron , 'medida'. Los sistemas que necesitan instrucciones y datos externos para funcionar requieren la contraparte de la telemetría: el telecomando . [2]
Aunque el término se refiere comúnmente a mecanismos de transferencia de datos inalámbricos (por ejemplo, mediante sistemas de radio , ultrasonidos o infrarrojos ), también abarca datos transferidos a través de otros medios, como una red telefónica o informática , un enlace óptico u otras comunicaciones por cable, como las líneas eléctricas. Muchos sistemas de telemetría modernos aprovechan el bajo coste y la ubicuidad de las redes GSM mediante el uso de SMS para recibir y transmitir datos de telemetría.
Un telémetro es un dispositivo físico utilizado en telemetría. Consta de un sensor , una ruta de transmisión y un dispositivo de visualización, registro o control. Los dispositivos electrónicos se utilizan ampliamente en telemetría y pueden ser inalámbricos o cableados, analógicos o digitales . También son posibles otras tecnologías, como la mecánica, la hidráulica y la óptica. [3]
La telemetría se puede conmutar para permitir la transmisión de múltiples flujos de datos en un marco fijo .
El comienzo de la telemetría industrial se remonta a la era del vapor , aunque en aquella época el sensor no se llamaba telémetro . [4] Algunos ejemplos son las incorporaciones de James Watt (1736-1819) a sus máquinas de vapor para la monitorización desde una distancia (cercana), como el manómetro de mercurio y el regulador de bola flotante . [4]
Aunque el término telémetro original se refería a un dispositivo de medición de distancia (el telémetro de medición de distancia ), a finales del siglo XIX los ingenieros eléctricos ya utilizaban el mismo término para referirse a dispositivos eléctricos que medían muchas otras magnitudes además de la distancia (por ejemplo, en la patente de un "transmisor de telémetro eléctrico" [5] ). Los telémetros generales incluían sensores como el termopar (del trabajo de Thomas Johann Seebeck ), el termómetro de resistencia (de William Siemens basado en el trabajo de Humphry Davy ) y el extensómetro eléctrico (basado en el descubrimiento de Lord Kelvin de que los conductores bajo tensión mecánica cambian su resistencia ) y dispositivos de salida como la sonda telegráfica de Samuel Morse y el relé . En 1889, esto llevó a un autor en las actas de la Institución de Ingenieros Civiles a sugerir que el término para el telémetro de medición de distancia podría reemplazarse por taquímetro . [6]
En la década de 1930, el uso de telémetros eléctricos creció rápidamente. El extensómetro eléctrico se utilizó ampliamente en la investigación aeronáutica y de cohetes, y se inventó la radiosonda para mediciones meteorológicas . La llegada de la Segunda Guerra Mundial dio un impulso al desarrollo industrial y, a partir de entonces, muchos de estos telémetros se volvieron comercialmente viables. [7]
La radiotelemetría se utilizó de forma rutinaria a medida que se iniciaba la exploración espacial, como continuación de la investigación con cohetes. Las naves espaciales se encuentran en lugares donde no es posible una conexión física, por lo que la radio u otras ondas electromagnéticas (como los láseres infrarrojos) son la única opción viable para la telemetría. Durante las misiones espaciales tripuladas, se utiliza para controlar no solo los parámetros del vehículo, sino también la salud y el soporte vital de los astronautas. [8] Durante la Guerra Fría, la telemetría encontró usos en el espionaje. La inteligencia estadounidense descubrió que podían controlar la telemetría de las pruebas de misiles soviéticos construyendo un telémetro propio para interceptar las señales de radio y, de ese modo, aprender mucho sobre las capacidades soviéticas. [9]
Los telémetros son dispositivos físicos que se utilizan en telemetría. Constan de un sensor , una ruta de transmisión y un dispositivo de visualización, registro o control. Los dispositivos electrónicos se utilizan ampliamente en telemetría y pueden ser inalámbricos o cableados, analógicos o digitales . También son posibles otras tecnologías, como la mecánica, la hidráulica y la óptica. [10]
La transmisión de información por telemetría a través de cables tuvo sus orígenes en el siglo XIX. Uno de los primeros circuitos de transmisión de datos se desarrolló en 1845 entre el Palacio de Invierno del Zar ruso y el cuartel general del ejército. En 1874, ingenieros franceses construyeron un sistema de sensores meteorológicos y de profundidad de nieve en el Mont Blanc que transmitían información en tiempo real a París . En 1901, el inventor estadounidense C. Michalke patentó el selsyn , un circuito para enviar información de rotación sincronizada a distancia. En 1906 se construyó un conjunto de estaciones sísmicas con telemetría al Observatorio de Pulkovo en Rusia. En 1912, Commonwealth Edison desarrolló un sistema de telemetría para monitorear las cargas eléctricas en su red eléctrica. El Canal de Panamá (completado entre 1913 y 1914) utilizó amplios sistemas de telemetría para monitorear las esclusas y los niveles de agua. [11]
La telemetría inalámbrica apareció por primera vez en la radiosonda , desarrollada simultáneamente en 1930 por Robert Bureau en Francia y Pavel Molchanov en Rusia . El sistema de Molchanov modulaba las mediciones de temperatura y presión convirtiéndolas en código Morse inalámbrico . El cohete alemán V-2 utilizaba un sistema de señales de radio multiplexadas primitivas llamado "Messina" para informar cuatro parámetros del cohete, pero era tan poco fiable que Wernher von Braun afirmó una vez que era más útil observar el cohete a través de binoculares.
En los EE. UU. y la URSS, el sistema Messina fue rápidamente reemplazado por sistemas mejores; en ambos casos, basados en modulación de posición de pulso (PPM). [12] Los primeros sistemas soviéticos de telemetría espacial y de misiles que se desarrollaron a fines de la década de 1940 usaban PPM (por ejemplo, el sistema de telemetría Tral desarrollado por OKB-MEI) o modulación de duración de pulso (por ejemplo, el sistema RTS-5 desarrollado por NII-885). En los Estados Unidos, los primeros trabajos emplearon sistemas similares, pero luego fueron reemplazados por modulación de código de pulso (PCM) (por ejemplo, en la sonda marciana Mariner 4 ). Las sondas interplanetarias soviéticas posteriores usaron sistemas de radio redundantes, transmitiendo telemetría por PCM en una banda de decímetros y PPM en una banda de centímetros. [13]
La telemetría se utiliza mediante globos meteorológicos para transmitir datos meteorológicos desde 1920.
La telemetría se utiliza para transmitir información sobre la mecánica de perforación y la evaluación de la formación en tiempo real, mientras se perfora un pozo. Estos servicios se conocen como medición durante la perforación y registro durante la perforación . La información adquirida a miles de pies bajo tierra, durante la perforación, se envía a través del pozo de perforación a los sensores de superficie y al software de demodulación. La onda de presión (sana) se traduce en información útil después de los filtros de ruido y DSP. Esta información se utiliza para la evaluación de la formación , la optimización de la perforación y la geonavegación .
La telemetría es un factor clave en el automovilismo moderno, ya que permite a los ingenieros de carreras interpretar los datos recopilados durante una prueba o carrera y utilizarlos para ajustar correctamente el automóvil para obtener un rendimiento óptimo. Los sistemas utilizados en series como la Fórmula 1 han avanzado hasta el punto en que se puede calcular el tiempo de vuelta potencial del automóvil, y este tiempo es el que se espera que alcance el piloto. Algunos ejemplos de mediciones en un automóvil de carreras incluyen aceleraciones ( fuerzas G ) en tres ejes, lecturas de temperatura, velocidad de las ruedas y desplazamiento de la suspensión. En la Fórmula 1, también se registra la entrada del conductor para que el equipo pueda evaluar el rendimiento del conductor y (en caso de accidente) la FIA pueda determinar o descartar un error del conductor como posible causa.
Los desarrollos posteriores incluyen la telemetría bidireccional que permite a los ingenieros actualizar las calibraciones del coche en tiempo real (incluso mientras está en la pista). En la Fórmula Uno, la telemetría bidireccional surgió a principios de la década de 1990 y consistía en una pantalla de mensajes en el tablero que el equipo podía actualizar. Su desarrollo continuó hasta mayo de 2001, cuando se permitió por primera vez en los coches. En 2002, los equipos podían cambiar el mapeo del motor y desactivar los sensores del motor desde el box mientras el coche estaba en la pista. [ cita requerida ] Para la temporada 2003, la FIA prohibió la telemetría bidireccional en la Fórmula Uno; [14] sin embargo, la tecnología puede usarse en otros tipos de carreras o en coches de carretera.
El sistema de telemetría unidireccional también se ha aplicado en coches de carreras R/C para obtener información de los sensores del coche como: RPM del motor, voltaje, temperaturas, acelerador.
En la industria del transporte, la telemetría proporciona información significativa sobre el rendimiento de un vehículo o del conductor mediante la recopilación de datos de los sensores que se encuentran dentro del vehículo. Esto se lleva a cabo por diversos motivos, desde el control del cumplimiento del personal hasta la calificación de seguros y el mantenimiento predictivo.
La telemetría se utiliza para conectar dispositivos contadores de tráfico a registradores de datos para medir los flujos de tráfico y las longitudes y pesos de los vehículos. [15]
La telemetría es utilizada por la industria ferroviaria para medir el estado de las vías . Esto permite un mantenimiento predictivo y preventivo optimizado y enfocado. Normalmente esto se hace con trenes especializados, como el New Measurement Train utilizado en el Reino Unido por Network Rail , que puede comprobar defectos en las vías, como problemas con el ancho de vía y deformaciones en el riel. [16] Japón utiliza trenes similares, pero más rápidos, apodados Doctor Yellow . [17] Estos trenes, además de comprobar las vías, también pueden verificar si hay o no problemas con la fuente de alimentación aérea (catenaria), donde está instalada. Las empresas de inspección ferroviaria especializadas, como Sperry Rail , [18] tienen sus propios vagones de ferrocarril personalizados y camiones equipados con ruedas de ferrocarril, que utilizan una variedad de métodos, incluidos láseres, ultrasonidos e inducción (midiendo los campos magnéticos resultantes de la electricidad que pasa por los rieles) para encontrar cualquier defecto. [19]
La mayoría de las actividades relacionadas con la salud de los cultivos y los buenos rendimientos dependen de la disponibilidad oportuna de datos meteorológicos y del suelo. Por lo tanto, las estaciones meteorológicas inalámbricas desempeñan un papel importante en la prevención de enfermedades y el riego de precisión. Estas estaciones transmiten los parámetros necesarios para la toma de decisiones a una estación base: temperatura del aire y humedad relativa , precipitación y humedad de las hojas (para modelos de predicción de enfermedades), radiación solar y velocidad del viento (para calcular la evapotranspiración ), sensores foliares de estrés por déficit hídrico (WDS) y humedad del suelo (crucial para las decisiones de riego).
Debido a que los microclimas locales pueden variar significativamente, estos datos deben provenir del interior del cultivo. Las estaciones de monitoreo generalmente transmiten los datos por radio terrestre , aunque ocasionalmente se utilizan sistemas satelitales . A menudo se utiliza energía solar para que la estación sea independiente de la red eléctrica.
La telemetría es importante en la gestión del agua , incluidas las funciones de medición de la calidad del agua y de medición de caudales . Las principales aplicaciones incluyen la lectura automática de medidores (AMR ), el monitoreo de aguas subterráneas , la detección de fugas en tuberías de distribución y la vigilancia de equipos. Tener datos disponibles casi en tiempo real permite reacciones rápidas a los eventos en el campo. El control por telemetría permite a los ingenieros intervenir con activos como bombas y encender o apagar bombas de forma remota según las circunstancias. La telemetría de cuencas hidrográficas es una excelente estrategia para implementar un sistema de gestión del agua. [20]
La telemetría se utiliza en sistemas complejos como misiles, vehículos blindados, naves espaciales , plataformas petrolíferas y plantas químicas , ya que permite la supervisión, alerta y mantenimiento de registros automáticos necesarios para un funcionamiento eficiente y seguro. Las agencias espaciales como la NASA , la ISRO , la Agencia Espacial Europea (ESA) y otras agencias utilizan sistemas de telemetría y/o telecomando para recopilar datos de naves espaciales y satélites.
La telemetría es vital para el desarrollo de misiles, satélites y aeronaves, ya que el sistema puede destruirse durante o después de la prueba. Los ingenieros necesitan parámetros críticos del sistema para analizar (y mejorar) el rendimiento del mismo. En ausencia de telemetría, estos datos a menudo no estarían disponibles.
La telemetría se utiliza en naves espaciales tripuladas o no tripuladas para la transmisión de datos. Se han cubierto distancias de más de 10 mil millones de kilómetros, por ejemplo, con la Voyager 1 .
En cohetería, el equipo de telemetría forma parte integral de los activos de alcance de los cohetes que se utilizan para monitorear la posición y el estado de un vehículo de lanzamiento para determinar los criterios de finalización del vuelo de seguridad de alcance (el propósito del alcance es la seguridad pública). Los problemas incluyen el entorno extremo (temperatura, aceleración y vibración), el suministro de energía , la alineación de la antena y (a largas distancias, por ejemplo, en vuelos espaciales ) el tiempo de viaje de la señal .
En la actualidad, casi todos los tipos de aeronaves , misiles o naves espaciales llevan un sistema de telemetría inalámbrico durante las pruebas. [21] La telemetría móvil aeronáutica se utiliza para la seguridad de los pilotos y las personas en tierra durante las pruebas de vuelo. La telemetría de un sistema de instrumentación de prueba de vuelo a bordo es la fuente principal de información de estado y medición en tiempo real transmitida durante las pruebas de aeronaves tripuladas y no tripuladas. [22]
La telemetría interceptada fue una fuente importante de inteligencia para Estados Unidos y el Reino Unido cuando se probaron misiles soviéticos ; para este propósito, Estados Unidos operó un puesto de escucha en Irán . Finalmente, los rusos descubrieron la red de recopilación de inteligencia de Estados Unidos y cifraron sus señales de telemetría de prueba de misiles. La telemetría también fue una fuente para los soviéticos, que operaron barcos de escucha en la bahía de Cardigan para espiar las pruebas de misiles del Reino Unido realizadas en el área [ cita requerida ] .
En fábricas, edificios y casas, el consumo de energía de sistemas como HVAC se monitorea en múltiples ubicaciones; los parámetros relacionados (por ejemplo, la temperatura) se envían mediante telemetría inalámbrica a una ubicación central. La información se recopila y procesa, lo que permite el uso más eficiente de la energía. Estos sistemas también facilitan el mantenimiento predictivo .
Muchos recursos necesitan ser distribuidos en áreas extensas. La telemetría es útil en estos casos, ya que permite al sistema logístico canalizar los recursos hacia donde se necesitan, así como brindar seguridad a esos activos; ejemplos principales de esto son los productos secos, los fluidos y los sólidos granulados a granel.
Los productos secos, como las mercancías envasadas, pueden rastrearse y monitorearse de forma remota, rastrearse e inventariarse mediante sistemas de detección RFID , lectores de códigos de barras , lectores de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) u otros dispositivos de detección, acoplados a dispositivos de telemetría, para detectar etiquetas RFID , etiquetas de códigos de barras u otros marcadores de identificación adheridos al artículo, su paquete o (para artículos grandes y envíos a granel) adheridos a su contenedor o vehículo de envío. Esto facilita el conocimiento de su ubicación y puede registrar su estado y disposición, como cuando la mercancía con etiquetas de códigos de barras se escanea a través de un lector de caja en los sistemas de punto de venta en una tienda minorista. Los escáneres de códigos de barras RFID fijos o portátiles o los lectores ópticos con comunicaciones remotas se pueden utilizar para agilizar el seguimiento y el recuento de inventario en tiendas, almacenes, terminales de envío, transportistas y fábricas. [23] [24] [25]
Los fluidos almacenados en tanques son un objeto principal de la telemetría comercial constante. Esto incluye típicamente el monitoreo de los parques de tanques en refinerías de gasolina y plantas químicas, y tanques distribuidos o remotos, que deben ser rellenados cuando están vacíos (como los tanques de almacenamiento de las estaciones de servicio, los tanques de combustible para calefacción doméstica o los tanques de productos químicos agrícolas en las granjas), o vaciados cuando están llenos (como ocurre con la producción de pozos petrolíferos, productos de desecho acumulados y fluidos recién producidos). [26] La telemetría se utiliza para comunicar las mediciones variables de los sensores de flujo y nivel de tanque que detectan movimientos y/o volúmenes de fluidos mediante presión neumática , hidrostática o diferencial; ecos ultrasónicos confinados en el tanque , de radar o de efecto Doppler ; o sensores mecánicos o magnéticos. [26] [27] [28]
La telemetría de sólidos a granel es común para rastrear e informar sobre el estado y el volumen de los contenedores de granos y alimentos para el ganado , alimentos en polvo o granulados, polvos y pellets para la fabricación, arena y grava, y otros sólidos a granel granulados. Si bien la tecnología asociada con el monitoreo de tanques de fluidos también se aplica, en parte, a los sólidos a granel granulados, a veces se requiere informar el peso total del contenedor u otras características y condiciones brutas, debido a las características físicas más complejas y variables de los sólidos a granel. [29] [30]
La telemetría se utiliza para pacientes ( biotelemetría ) que corren el riesgo de presentar una actividad cardíaca anormal , generalmente en una unidad de cuidados coronarios . A veces se utilizan especialistas en telemetría para controlar a muchos pacientes dentro de un hospital. [31] Estos pacientes están equipados con dispositivos de medición, registro y transmisión. Un registro de datos puede ser útil para que los médicos diagnostiquen la condición del paciente . Una función de alerta puede alertar a las enfermeras si el paciente sufre una afección aguda (o peligrosa).
Existen sistemas disponibles en enfermería médico-quirúrgica para realizar un seguimiento para descartar una afección cardíaca o para monitorear una respuesta a medicamentos antiarrítmicos como la amiodarona .
Una nueva y emergente aplicación de la telemetría se encuentra en el campo de la neurofisiología, o neurotelemetría. La neurofisiología es el estudio de los sistemas nerviosos central y periférico a través del registro de la actividad bioeléctrica, ya sea espontánea o estimulada. En la neurotelemetría (NT), el electroencefalograma (EEG) de un paciente es monitoreado de forma remota por un tecnólogo en EEG registrado mediante un software de comunicación avanzado. El objetivo de la neurotelemetría es reconocer un deterioro en el estado de un paciente antes de que se presenten signos y síntomas físicos.
La neurotelemetría es sinónimo de monitorización continua de EEG en tiempo real y tiene aplicación en la unidad de monitorización de la epilepsia, la UCI neurológica, la UCI pediátrica y la UCI neonatal. Debido a la naturaleza laboriosa de la monitorización continua de EEG, la NT se realiza normalmente en los hospitales universitarios más grandes mediante programas internos que incluyen tecnólogos de EEG, personal de soporte de TI, neurólogos y neurofisiólogos y personal de soporte de monitorización.
Las velocidades modernas de microprocesadores, los algoritmos de software y la compresión de datos de video permiten a los hospitales registrar y monitorear de manera centralizada y continua los EEG digitales de múltiples pacientes con enfermedades críticas simultáneamente.
La neurotelemetría y la monitorización EEG continua proporcionan información dinámica sobre la función cerebral que permite la detección temprana de cambios en el estado neurológico, lo que resulta especialmente útil cuando el examen clínico es limitado.
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La telemetría se utiliza para estudiar la vida silvestre [32] y ha sido útil para monitorear especies amenazadas a nivel individual. Los animales en estudio pueden ser equipados con etiquetas de instrumentación, que incluyen sensores que miden la temperatura, la profundidad y duración de la inmersión (para animales marinos), la velocidad y la ubicación (usando GPS o paquetes Argos ). Las etiquetas de telemetría pueden brindar a los investigadores información sobre el comportamiento de los animales, sus funciones y su entorno. Esta información luego se almacena (con etiquetas de archivo) o las etiquetas pueden enviar (o transmitir) su información a un satélite o dispositivo receptor portátil [33] . Capturar y marcar animales salvajes puede ponerlos en cierto riesgo, por lo que es importante minimizar estos impactos [34] .
En un taller de 2005 en Las Vegas , un seminario destacó la introducción de equipos de telemetría que permitirían a las máquinas expendedoras comunicar datos de ventas e inventario a un camión de ruta o a una oficina central. [ cita requerida ] Estos datos podrían usarse para una variedad de propósitos, como eliminar la necesidad de que los conductores hagan un primer viaje para ver qué artículos necesitan reponerse antes de entregar el inventario.
Los minoristas también utilizan etiquetas RFID para realizar un seguimiento del inventario y evitar los hurtos. La mayoría de estas etiquetas responden de forma pasiva a los lectores RFID (por ejemplo, en la caja), pero existen etiquetas RFID activas que transmiten periódicamente información de ubicación a una estación base.
El hardware de telemetría es útil para rastrear personas y propiedades en la aplicación de la ley. Un collar de tobillo que usan los convictos en libertad condicional puede advertir a las autoridades si una persona viola los términos de su libertad condicional , como por ejemplo al desviarse de los límites autorizados o visitar un lugar no autorizado. La telemetría también ha permitido el uso de vehículos cebo , en los que la policía puede equipar un vehículo con cámaras y equipo de rastreo y dejarlo en algún lugar donde esperan que sea robado. Cuando es robado, el equipo de telemetría informa la ubicación del vehículo, lo que permite a la policía desactivar el motor y bloquear las puertas cuando los oficiales que responden lo detienen.
En algunos países, la telemetría se utiliza para medir la cantidad de energía eléctrica consumida. El medidor de electricidad se comunica con un concentrador y este último envía la información a través de GPRS o GSM al servidor del proveedor de energía. La telemetría también se utiliza para la monitorización remota de subestaciones y sus equipos. Para la transmisión de datos, a veces se utilizan sistemas de líneas portadoras de fase que operan en frecuencias entre 30 y 400 kHz.
En cetrería , "telemetría" significa un pequeño transmisor de radio que lleva un ave rapaz y que permitirá a su dueño rastrearla cuando esté fuera de la vista.
La telemetría se utiliza para realizar pruebas en entornos hostiles que son peligrosos para los seres humanos. Entre los ejemplos se incluyen las instalaciones de almacenamiento de municiones, los sitios radiactivos, los volcanes, las profundidades marinas y el espacio exterior.
La telemetría se utiliza en muchos sistemas inalámbricos que funcionan con baterías para informar al personal de monitoreo cuando la energía de la batería está llegando a un punto bajo y el elemento final necesita baterías nuevas.
En la industria minera, la telemetría cumple dos propósitos principales: la medición de parámetros clave de los equipos mineros y el monitoreo de las prácticas de seguridad. [35] La información proporcionada por la recopilación y el análisis de parámetros clave permite la identificación de la causa raíz de operaciones ineficientes, prácticas inseguras y uso incorrecto de los equipos para maximizar la productividad y la seguridad. [36] Otras aplicaciones de la tecnología permiten compartir conocimientos y mejores prácticas en toda la organización. [36]
En el ámbito del software, la telemetría se utiliza para recopilar datos sobre el uso y el rendimiento de las aplicaciones y los componentes de las aplicaciones, por ejemplo, la frecuencia con la que se utilizan determinadas funciones, las mediciones del tiempo de inicio y el tiempo de procesamiento, el hardware, las fallas de las aplicaciones y las estadísticas generales de uso o el comportamiento del usuario. En algunos casos, se informan datos muy detallados, como métricas de ventanas individuales, recuentos de funciones utilizadas y tiempos de funciones individuales.
Este tipo de telemetría puede ser esencial para que los desarrolladores de software reciban datos de una amplia variedad de puntos finales que no se pueden probar todos internamente, así como para obtener datos sobre la popularidad de ciertas funciones y si se les debe dar prioridad o se debe considerar su eliminación. Debido a las preocupaciones sobre la privacidad , ya que la telemetría del software se puede utilizar fácilmente para crear perfiles de los usuarios, la telemetría en el software del usuario suele ser una elección del usuario, que se presenta comúnmente como una función de exclusión voluntaria (que requiere una acción explícita del usuario para deshabilitarla) o una elección del usuario durante el proceso de instalación del software.
Al igual que en otros campos de las telecomunicaciones, existen normas internacionales para los equipos y el software de telemetría. Entre los organismos que elaboran normas internacionales se encuentran el Comité Consultivo para los Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS) para las agencias espaciales, el Grupo de Instrumentación Interrango (IRIG) para los alcances de los misiles y el Comité de Coordinación de Normas de Telemetría (TSCC), una organización de la Fundación Internacional para la Telemetría.
