EXTRACCION DE DATOS DE UN REGISTRADOR DE EVENTOS ELECTRONICO

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y

ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS”

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

“

Extracción de datos de un registrador de eventos

electrónico”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

PRESENTAN:

Daniela Anahí Parker Yáñez

Francisco Omar Castillo Aniceto

Jesús Arturo García Martínez

ASESORES:

Ing. Hugo Jorge Macías Palacios

M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río

Dedicatorias y Agradecimientos.

A mi familia

Por el apoyo físico e intelectual que me brindaron todos los días durante este largo proceso.

A mis amigos

Que me permitieron tener momentos de relajación en las situaciones en las que más lo necesitaba y con ello generar nuevos ángulos de visión.

A mis profesores

Todo el tiempo me enseñaban cosas nuevas que ayudaron para la maduración de mi pensamiento

Dedicatorias y Agradecimientos.

Agradezco a mi madre Lucía, a mi Padre René, mi hermana Carolina, mi hermano Felipe Daniel por brindarme apoyo y transmitirme consejos para alcanzar mis metas.

A mi sobrina Victoria Odette, que se convirtió en la más de mis razones de vida, y que me da fuerzas para jamás rendirme.

A mis amigos Daniela Anahi, Eduardo Iván, Francisco Omar que me obsequian la oportunidad de compartir sueños, logros y pensamientos.

Dedicatorias y Agradecimientos.

A mi familia En especial a María Eugenia y Guillermo, mis amados padres por todos sus consejos no solo respecto a mi trabajo, por todo el apoyo constante y la motivación durante mi carrera, y a mis

hermanos por todas las buenas enseñanzas que hicieron de mí una persona que el día de hoy esta titulándose. A mis amigos

Por todos esos momentos de pláticas interesantes, los momentos de discusión y reflexión queme hicieron cambiar mi

perspectiva y visión, y esa constante de creer en mi como un ejemplo a seguir.

A mis profesores

Les agradezco que marcaron

cada etapa de nuestro camino universitario, y que además de ampliar mi conocimiento, me

sembraron la duda para seguir buscando el aprendizaje.

Al profesor Gustavo Magaña Por toda la ayuda, y el apoyo incondicional, que nos ha brindado desde el inicio del proceso, durante la redacción y en los trámites correspondientes, que han culminado en este gran trabajo de tesis.

Al profesor Hugo Macías Por brindarnos su tiempo y toda la información

posible para documentar adecuadamente este trabajo, por su incondicional

apoyo para poder finalizar en tiempo y forma este trabajo.

Extracción de datos

de un registrador de

O B J E T I V O

INDICE

INTRODUCCIÓN

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JUSTIFICACIÓN

---

CAPITULO 1 : REGISTRADOR DE EVENTOS

Introducción --- 15

Antecedentes Históricos --- 16

Proceso general de obtención y análisis de información --- 16

Captura y Análisis --- 16

Señales E/S --- 17

Indicadores en Cabina --- 18

Funcionamiento --- 18

Bloques de Funcionamiento --- 18

Módulo Procesador --- 19

Módulo de Entradas Digitales --- 19

Módulo de Entradas Analógicas --- 19

Módulo de Fuente --- 20

Módulo de Memoria --- 20

Diagrama de Flujo --- 20

CAPITULO 2 : COMUNICACIÓN DE DATOS

Señales --- 25

Definicion --- 25

Peturbación de señales --- 26

Parámetros para la comunicación --- 27

Transmisión serie/paralelo --- 27

Medios de Transmisión Guiados --- 30

Medios de Transmisión No Guiados --- 31

LAN inalambricas --- 33

Bluetooth --- 34

Aplicaciones de un sistema inalambrico --- 35

CAPITULO 3: COMUNICACIÓN INALÁMBRICA

Historia del surgimiento de tecnologia inalambrica --- 39

Espectro disperso --- 40

Ventajas del espectro disperso --- 40

Principales aplicaciones --- 40

Principales tecnologias que manejan espectro disperso --- 41

Bluetooth --- 42

Características del bluetooth en la actualidad --- 42

Arquitectura de bluetooth --- 43

Hardware --- 43

Software --- 43

Compatibilidad y clasificación --- 45

Ventajas en las versiones --- 46

Avances de bluetooth --- 46

Ultra Wide Band Bluetooth --- 46

Ultra Low Power Bluetooth --- 47

Interconexión --- 47

Aplicaciones de Bluetooth --- 47

Wi-Fi --- 48

Compatibilidad --- 49

Ventajas en los estándares --- 50

Servicios --- 52

Zigbee --- 53

Historia --- 53

Introduccion a zigbee --- 54

Carateristicas de zigbee --- 56

CAPITULO 4: GESTIÓN DE DATOS

Modelos de bases de datos --- 58

Sistemas para gestionar datos --- 59

Plan de Gestión de datos --- 60

Tablas campos y registros --- 60

Integridad de datos --- 62

Tipos de datos en SQL --- 62

Operaciones en Base de Datos --- 64

Servidor --- 66

Aplicaciones de acceso externo --- 67

Control ODBC --- 68

CAPITULO 5: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN

PROTOTIPO PARA LA EXTRACCIÓN DE DATOS DE UN

REGISTRADOR DE EVENTOS

Tecnologias seleccionadas y sus caracteristicas --- 71

ZIGBEE vs. BLUETOOTH --- 73

Xbee --- 73

Diseño de hardware --- 76

Diagrama a bloques --- 76

Bloque RFT --- 76

Bloque RFP --- 80

Diseño de la base de datos --- 83

Tablas --- 83

Campos, tipos de datos y relaciones --- 83

Tipo de tablas --- 85

Acceoso a la base de datos --- 86

Aplicación --- 93

Planteamiento necesario e interfaz --- 93

Control de comunicaciones --- 93

Manipulacion de datos --- 95

Pruebas --- 96

Pruebas de alcance --- 96

Pruebas de software --- 103

Comunicación con dispositivo --- 103

Control de base de datos --- 106

Conclusiones / Recomendaciones

Anexos y tablas

Glosario

Bibliografia

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el transporte es un tema de amplio contenido, que se enfoca no solo a la tecnología que lo compone, sino a la innovación, y como la tecnología auxilia para dar mejores soluciones respecto a transportación de mayor número de personas en un tiempo más reducido y más seguro.

La tecnología de transportación no solo avanza a través del aire, sino del mar, y la tierra también. La trasportación terrestre ha tomado gran relevancia con los auges de grandes metrópolis en diferentes países. Tienen que actualizarse día a día, y recibir mantenimiento de acuerdo al desgaste de sus piezas.

En el STC metro, localizado en la Cd. de México, no es la excepción. Mediante tecnología implementada hace unos 30 años aproximadamente, se realizan los cambios adecuados de piezas de los trenes, específicamente, sistemas de registrador de eventos, conocidos como cajas negras. Son aquellos sistemas que se encargan de registrar diferentes señales, con el fin de almacenar información que será utilizada para programar los mantenimientos y cambios de refacciones en los trenes.

El cambio de las piezas y su mantenimiento y revisión, son aspectos muy importantes, ya que principalmente esto conlleva la seguridad de quienes lo utilizan para transportarse diariamente en la ciudad de México, y como segundo aspecto la duración de los recursos y la vida útil del tren se prolonga.

Debido a que el cambio de refacciones y mantenimientos a los trenes no siempre se realiza en el tiempo adecuado, ya sea desperdiciando tiempo de vida útil de refacciones, o excediendo su uso y poniendo en riesgo la seguridad de quienes viajan en el tren principalmente, y por consecuencia el funcionamiento de los trenes. El problema de la programación de los mantenimientos radica en la extracción de información incompleta, o perdida de información de las cajas negras principalmente. Ya que la información que se almacena en las cajas negras es de vital importancia para conocer aspectos del funcionamiento del metro que van ligados a las refacciones y a su tiempo de vida útil.

que la información que se deseaba extraer se pierde cuando se lleva a cabo la reparación de la caja negra.

Los mantenimientos que se programan para los trenes donde la información no puede ser extraída, o se ha perdido, se basen en probabilidades, y en cuanto a lo que se tiene en papel, es decir, información de mantenimientos atrás, y no se tiene certeza del cambio de piezas.

JUSTIFICACIÓN

Dada variedad de eventos este proyecto surge bajo la perspectiva de homogenizar la forma de extraer información de los trenes del Sistema de Transporte Colectivo Metro por sus siglas (STC), además de facilitar la obtención de la información de manera estructurada teniendo una muy baja o nula posibilidad de pérdida de la información dadas diferentes causas.

La investigación se realizó en base a los manuales de los Registrador(es) Electrónico de Eventos por sus siglas en francés (RPEs) que actualmente se encuentran instalados (funcionando) en varios trenes de la línea 3 y 5, además de las problemáticas reportadas por el personal del STC que se dedica al análisis de gráficas mediante la información de las señales que proveen las cajas negras.

Con esta investigación y elaboración del proyecto se pretende demostrar que dados los problemas para contar con la información mensual de cada tren del STC de manera fehaciente y optima, pueden ser solucionados mediante la sustitución de la forma en la que se obtiene los datos de las cajas negras, es decir, se pretende homogenizar el método para la extracción de datos en los diferentes modelos de RPE existentes, facilitar dicha extracción vía un sistema inalámbrico e implementar (extensión- elaboración) una base de datos estructurada y común para los diferentes tipos de RPE que se manejan en las líneas 3 y 5 del STC.

Con este proyecto se busca proponer y establecer un método más eficaz, rápido, sencillo (amigable) para la recolección de información de las cajas negras, y revisión de los trenes de las líneas 3 y 5 del STC.

Esta obra se ha de dividir de manera estructurada/sistemática/secuencial en 5 capítulos de los cuales en cada uno se pueden encontrar los aspectos que nos parecieron los más importantes a considerar para la planeación, la explicación, y conclusión al problema que se ha planteado en dicho proyecto.

ANALISIS DE LA SITUACION ACTUAL

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APÍTULO

1

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Registrador

CAPITULO 1: REGISTRADOR DE EVENTOS

Introducción

Mediante los avances tecnológicos y la evolución del hombre, se ha buscado satisfacer necesidades en la obtención de recursos, bienes y servicios; para reemplazar por maquinas el trabajo del hombre y éste tienda a tener el menor rango de errores. Los medios de transporte se han desarrollado y mejorado con el tiempo gracias a la tecnología, y tienen vital importancia para la vida del hombre al poder trasladar desde un punto geográfico a otro punto más lejano materias primas, productos, y al propio ser humano.

Los medios de trasporte de pasajeros son imprescindibles dada su condición y propiedad de trasladar gran cantidad de personas en tiempos aceptables para los usuarios de hoy en día.

Un factor importante que el humano considera en su vida diaria es el tiempo. En las ciudades con gran cantidad de habitantes, las personas buscan medios de transportes eficientes y accesibles que puedan trasladarlas hasta sus destinos. Uno de los trasportes más eficientes y accesibles de mayor importancia en las ciudades es el Metro, que por su servicio, facilidad de uso y rapidez proporciona al usuario un servicio tan atractivo, que poco a poco se ha popularizado y se ha expandido en grandes ciudades de varios países.

En la Ciudad de México el uso del Metro es común como medio de transporte masivo, que se desarrolla e innova. Algunos cambios han sido, por ejemplo, la búsqueda de tecnología que soluciona los problemas con semáforos para el control de la velocidad, un piloto automático para disminuir los errores del piloto manual, y la llamada caja negra, que registra todo tipo de incidentes o situaciones propias del

tren.

Dicha caja negra es conocida como Registrador Electrónico de Eventos, también

abreviado con las siglas RPE. Cuenta con varias señales para registrar diferentes aspectos de un tren como por ejemplo al detenerse en las estaciones, su velocidad, entre otras.

Antecedentes históricos

Los primeros registradores fueron creados para llevarse en aviones, y se empezaron a usar a finales de los años 1950 tomando el nombre de cajas negras, denominación

que perduró incluso después de que se pintasen de color naranja claro para facilitar su localización tras un accidente.

La denominación de cajas negras proviene, al igual que en otras situaciones (como

día negro) de que en el momento que las cajas negras se hacen necesarias, es porque ha sucedido un accidente. Los registradores, están acondicionados en cajas metálicas de gran solidez, diseñadas para resistir golpes extremadamente violentos, fuego e inmersiones prolongadas en aguas profundas. En la actualidad se emplean microcircuitos de memoria flash, capaces de almacenar datos durante varios años sin alimentación de energía.

Se denomina caja negra o registrador de eventos al dispositivo (utilizado

principalmente en los aviones, sin embargo ahora es utilizada en embarcaciones, y sistemas de transporte como el Metro), registra la actividad de los instrumentos y las conversaciones en la cabina. Su función es almacenar datos que en caso de un accidente, permitan analizar lo ocurrido en los momentos previos.

Proceso general de obtención y análisis de información

Captura y Análisis

El proceso de registro de eventos se conforma de tres elementos básicos, los cuales son: registrador de eventos, velocímetro y el sistema de análisis como se muestra en la figura 1.

Estos elementos brindan herramientas que permiten diagnosticar el comportamiento de los vehículos del sistema de trasporte colectivo, con dicho diagnostico los técnicos tienen la oportunidad de dar una solución pronta y apegada a la situación de cada vehículo.

Señales E/S

Las señales que se almacenan, es decir, la información que se almacena permite la programación periódica de mantenimientos sistemáticos de cada uno de los trenes que maneja el sistema de transporte colectivo, dentro de esta información se puede ver el comportamiento de cada uno de los motores, distancias, velocidad de las señales que permiten ocupar los recursos a su máxima capacidad y con ellos un ahorro en los presupuestos del sistemas de transporte colectivo.

El registrador cuentas con las señales que se enlistan a continuación:

o Señal de velocidad o Señales digitales o Señales analógicas

Figura 2. Señales de entrada al RPE.

Las Señales Digitales son señales que tienen dos posibles estados y que son: presencia o no presencia de la señal. Estas señales, por su naturaleza, indican la activación o no de algún dispositivo, el apagado o encendido de algún equipo, el alcance de un límite o no, etc. Todas estas condiciones de otros aparatos o equipos se registran en función del tiempo para posteriormente analizar si se comportaron de manera normal.

Las Señales Analógicas son señales que pueden tener un gran número (prácticamente infinito) de valores dentro de su rango normal de operación. Es decir, el valor de una señal analógica, a diferencia de una señal digital puede tener más de dos niveles. El registro de los diferentes valores de una señal analógica a lo largo del tiempo, mostrará el comportamiento continuo de ésta señal, del equipo que la genera y posiblemente del equipo que la recibe.

Indicador en Cabina

El sistema de registro RPE cuenta con un indicador de cabina con el objeto de mostrar al operador tanto la velocidad del vehículo, como la distancia recorrida por el mismo. El indicador es físicamente una pantalla en la que se muestran la velocidad de forma analógica y digital o numérica, y la distancia recorrida mediante seis dígitos que representan los kilómetros que el vehículo ha circulado.

Figura 3. Velocímetro y odómetro.

Funcionamiento

Bloques de funcionamiento

funciones específicas en el sistema. El registrador RPE está diseñado bajo una arquitectura abierta y modular.

Figura 4. Bloques funcionales

Módulo Procesador

El módulo procesador es el corazón del equipo, es el lugar desde donde se ejecutan todas las instrucciones y se comandan las órdenes al resto del sistema. La secuencia de lectura de las diferentes señales tanto analógicas como digitales es ordenada por el módulo procesador. Toma diferentes decisiones en la lectura de las variables y selecciona cuales datos deben almacenarse y cuáles no. Lleva la cuenta del tiempo que ha transcurrido gracias a un reloj interno que contiene este módulo.

Módulo de Entradas Digitales

El módulo de entradas digitales aisladas ópticamente es el módulo acondicionador de señales digitales. La electrónica de este módulo se encarga de traducir las señales digitales provenientes del mundo exterior, en señales manejables por el sistema digital.

Módulo de Entradas Analógicas

señales analógicas.

Módulo de Memoria

El módulo de memoria contiene memorias de estado sólido. Es en estas memorias donde se almacena la información registrada por el RPE. La memoria del equipo cuenta con una batería de respaldo la cual mantiene la información almacenada, aun cuando el equipo se encuentre sin alimentación.

La memoria del sistema es manejada directamente por el procesador a través del bus de comunicación o backplane. Los circuitos de memoria que contiene la tarjeta son circuitos de muy bajo consumo de energía fabricados con tecnología CMOS. Por ello es posible retener la información almacenada en ella, con la energía que les proporciona la batería de la tarjeta.

Módulo de Fuente

El módulo fuente se refiera a un convertidor DC-DC diseñado para proveer los requerimientos de energía del sistema RPE. La fuente genera voltajes de +5, +15 y -15Vdc. que son los que el sistema requiere para operar.

El módulo fuente tiene una entrada de alimentación de 18-36VDC ó 50-85VDC (depende del modelo de RPE) y está protegido contra condiciones de sobre voltajes, transitorios y polaridad invertida. El módulo cuenta con tres LED's indicadores ubicados al frente de éste. Cada uno de ellos corresponde a una de las salidas del módulo y que permiten verificar visualmente el correcto funcionamiento del módulo.

Diagrama de flujo

Operativamente el registrador RPE es un equipo diseñado con orientación al usuario por lo que resulta muy fácil de comprender y operar.

Después de encendido, el RPE corre una rutina de auto diagnóstico mediante la cual verifica su correcto funcionamiento. Una vez hecho esto la operación del equipo se centra en un ciclo infinito en el cual lee los canales de entrada tanto digitales como analógicos, compara los valores recién leídos con los valores leídos en el ciclo anterior.

el tiempo del ciclo de muestreo, observando su reloj interno. Transcurrido ese tiempo inicia nuevamente con una lectura a los canales de entrada y así sucesivamente. El RPE opera de acuerdo al diagrama de flujo de la figura siguiente:

Figura 4. Diagrama de flujo del RPE.

El proceso de grabación de los datos y valores de las señales conectadas ocurre en una memoria del RPE, que es de tipo circular como se muestra en la figura 5.

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CAPITULO 2: COMUNICACIÓN DE DATOS

Introducción

Una de las formas en que los seres vivos pueden interactuar es mediante el proceso conocido como comunicación, el cual es diferente para cada especie y se desarrolla para lograr algún fin. En principio definimos comunicación como el intercambio de información entre dos o más entidades. En los seres humanos es un proceso realizado de diferentes formas mediante el lenguaje: oral, escrito, mímico, pictográfico. La esencia de intercambiar información prevalece por la importancia que tiene el hombre día con día para hacerse entender con sus semejantes.

La definición dada anteriormente es general, pues falta mencionar los componentes que involucra. A continuación se enumeran los elementos principales:

 Origen: El generador de la idea con la intención de expresarse

 Código o lenguaje: Herramientas para plasmar la idea, y es común entre el origen y destino.

 Mensaje: La unión de pensamientos con un orden

 Medio: Depende del lenguaje usado y es el elemento por el cual el mensaje ha de permanecer o viajar al destino de manera adecuada.

 Destino: Recibe el mensaje, interpreta y se informa.

Figura 6. Esquema general de comunicación.

distancias, y los medios de almacenamiento como discos compactos, memorias magnéticas preservan la información. Al conjunto de elementos que intervienen en la comunicación entre maquinas se denomina Sistema de Comunicaciones y se

compone generalmente de tres partes:

 Transmisor: Transforma la naturaleza de las señales de la fuente para poder ser transmitidas.

 Medios de comunicaciones: Recibe la señal originada por el receptor y la transporta hasta un determinado punto.

 Receptor: Recoge la señal del medio y la vuelve a transformar en su naturaleza propia para el destinatario.

En un canal de comunicaciones de datos se emplea una nomenclatura para llamar a los elementos que intervienen en la transmisión:

 DTE (Data Terminal Equipment): O Equipo Terminal de datos, es el destino o

fuente de información. También se encarga de controlar el proceso de comunicación. Por ejemplo una computadora.

 DCE (Data Communications Equipment): Conocido como Equipo de Comunicación de datos, transforma las señales recibidas por el DTE en otras

más adecuadas para ser enviadas en los medios de comunicación. Por un lado se comunican con el DTE origen o destino y por el otro con DCE

diferente. Un ejemplo es el modem, utilizado para la transmisión a través de las líneas telefónicas.

 Interfaz: Reglas que describen la relación entre un DTE y un DCE. Especifican

los pasos necesarios a seguir en la comunicación, así como el conector físico adecuado. Por ejemplo, lo que se describe para las interfaces FastEthernet y Seriales en los Router.

 Línea de transmisión: Conjunto de medios de transmisión por el cual las señales han de viajar, normalmente grandes distancias, e interconectar

DCE’s. Deben de garantizar la mínima atenuación y perturbación en la señal

que transportan. Ejemplo: cable coaxial, cable FTP, etc.

Señales

Definición

Las señales, según los dispositivos o equipos que las generan, pueden ser: Analógicas o Digitales. Las primeras se definen como aquellas señales que toman valores continuos en el tiempo, es decir su variación es progresiva; están descritas mediante funciones matemáticas que toman un numero de valores infinitos en un periodo de tiempo. Como ejemplo tomamos a la temperatura pues la variación de calor es gradual y continua, antes de pasar de un grado X a otro grado Y deberá

pasar por grados de escala más pequeña entre ellos. Por otro lado, las señales digitales son aquellas que se representan por funciones matemáticas que pueden tomar numero finito de valores en un intervalo de tiempo; toma valores discretos. Ejemplo, las computadoras utilizan el código binario, que es aquel que sólo puede tomar dos posibles valores lógicos (cero o uno).

Al enviar datos entre computadoras es común utilizar las señales digitales. Éstas se pueden generar con dos niveles de voltaje distinto y relacionarlos con un “1” lógico o con un “0” lógico, también llamados bits de información lógica. Un bit es la unidad de dato más pequeña en un sistema digital. La ventaja de utilizar señales digitales para este tipo de comunicación de datos radica en la posibilidad de codificar la información, usar algoritmos detectores de error, encriptar la información, es fácil

generarlas, entre otras.

La combinación de ocho bit forman un byte, también se le puede llamar octeto, y es

la agrupación básica de información que representa a un carácter. Un carácter es algún símbolo, signo, letra, número que es creado en base a un sistema de codificación para el intercambio de información, siendo el código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) uno de los más comunes. Con el código ASCII es posible representar las letras del alfabeto en mayúsculas o minúsculas, números del cero al nueve, signos de puntuación, entre otros caracteres.

Perturbación de Señales

Las señales se ven expuestas a los fenómenos físicos en la naturaleza y también a los efectos generados dentro del propio sistema y provocan que la señal recibida no llegue igual que como fue enviada, a esto se le conoce como perturbación. Estos son los tipos de perturbaciones que se presentan asiduamente en los sistemas de comunicación:

 Diafonía: Se produce únicamente en sistemas de comunicación que utilizan líneas conductoras sin blindaje debido al acoplamiento electromagnético entre sí.

 Ruidos: Un ruido se conoce como un tipo de señal que no fue enviada desde el transmisor, y por estar dentro de la banda de frecuencias de operación perturban la recepción de la señal original. Se pueden distinguir entre diferentes tipos de ruidos:

o Ruido térmico o Ruido Johnson: Debido a la excitación de electrones en materiales conductores se produce en el sistema un aumento de temperatura y proporcionalmente un cambio en la potencia. Es un fenómeno natural y es una clase de ruido independiente de la frecuencia.

o Ruido de cuantificación: Sucede cuando se realiza la cuantificación de la señal original al pretender convertir una señal analógica a señal digital.

 Interferencias: Se presentan en los sistemas radioeléctricos cuando la presencia de señales se encuentra en la misma banda de frecuencias de operación.

Parámetros para la comunicación

El ancho de banda se le denomina al rango de operación de frecuencias posibles a enviar por una línea de comunicación. Es esencial conocer este parámetro al permitirnos determinar qué señales con cierta frecuencia han de lograr viajar por el medio.

Velocidad de transmisión: Es la cantidad de información que se puede enviar en una unidad de tiempo. En comunicaciones de datos la velocidad de transmisión se mide en bits por segundo (bps). Como notación se puede especificar este parámetro en Kilo bits por segundo (Kbps), Mega bits por segundo (Mbps).

Velocidad de modulación: Razón inversamente proporcional al tiempo que se lleva para generar los estados diferentes de una señal, y representa el número de cambios que una señal toma en un periodo. Se mide en baudios.

Transmisión serie/paralelo

Una vez que la información ha sido codificada, los datos se pueden enviar de manera secuencial o por grupos. Dependiendo de la aplicación del sistema de comunicaciones se puede elegir entre transmisión serie y transmisión paralela, según las exigencias en velocidad, costoñ y espacio.

La transmisión serie consiste en enviar los datos por un único canal, bit a bit. Comúnmente utilizada en aplicaciones a grandes distancias, al ocupar sólo un medio para la transmisión.

Figura 8. Transmisión serie.

por el número de líneas de transmisión, las distancias no pueden ser muy grandes por la misma causa, además de que si llegará a fallar una o más líneas se generarían errores. Aunque la velocidad de transmisión sería mucho mayor que en la transmisión serial.

Figura 9. Transmisión paralela.

En ambos casos además de enviar información en el canal se deben enviar bits de control que son útiles para poder establecer la comunicación, informar si se recibe

correctamente o no los datos.

Otro aspecto a considerar es el modo en que se debe de realizar el intercambio de información. Existen tres modos que indican el sentido del flujo de la información:

 Simplex: Comunicación en un solo sentido. Por ejemplo el sistema de radio difusión, donde el único que transmite es la estación de radio y los receptores reciben la señal.

Figura 10. Modo simplex (un solo sentido).

Figura 11. Modo half-dúplex (ambos sentidos, alternadamente).

 Full Dúplex: Modo de comunicación en ambos sentidos simultáneamente. Por ejemplo servicio telefónico.

Figura 12. Modo full-dúplex (ambos sentidos, simultáneamente).

Sincronización

Los datos que conforma la información al ser codificados en bits de ciertos valores corresponden a un carácter. Cuando se envían los bits por un medio, al ser recibidos, el receptor deberá reconocer de cuantos bits se compone un carácter y además detectar cuándo ha llegado el último carácter del mensaje total. Esto se logra mediante la sincronización, que es el mecanismo con el cuál transmisor y receptor establecen tiempos comunes para detectar los datos. Tal proceso se realiza en tres niveles:

 Sincronismo de bit: Determina el instante en que un bit comienza y termina.

 Sincronismo de carácter: Se refiera al número de bits que se necesitan para representar un símbolo.

 Sincronismo de trama: El conjunto de caracteres que representan un mensaje.

La forma de conseguir las sincronizaciones son dos:

 Transmisión Síncrona: Transmisor y receptor utilizan el mismo reloj, con esto se logra reconocer en tiempo adecuado los datos.

 Transmisión Asíncrona: Transmisor y receptor tienen relojes independientes, de la misma frecuencia nominal. La sincronización se logra mediante el método de start/stop o de inicio/parada. Cuando se desea transmitir un

cero lógico, arrancando así el reloj en recepción. Para indicar el fin de carácter se envían de uno a dos bits stop o de parada. Eléctricamente la línea de

comunicación permanece en un nivel de voltaje alto o uno lógico, el bit de

inicio es implementado por un cambio a nivel bajo o cero lógico seguido por

los bits del carácter y luego los bits de parada a nivel de voltajes en alto. Esta forma de transmisión se puede ver por ejemplo en la comunicación serial de las computadoras, utilizan la norma RS-232.

Figura 13. Comunicación asíncrona.

Medios de transmisión guiados

Después de establecer los parámetros necesarios, reglas, formas para realizar transmisión de datos nos queda la elección del medio por el cual han de viajar las señales.

Actualmente se distinguen dos grupos de medios de transmisión: guiados y no guiados. Los primeros se refieren a aquellos donde las señales viajan a través de materiales eléctricos u ópticos. Los medios no guiados utilizan el aire para enviar señales electromagnéticas. La elección de un medio y otro depende de las necesidades del sistema. Para cada medio las señales deben de ser entregadas con la menor atenuación posible, en algunos casos se hace el uso de repetidores. Un repetidor es aquel dispositivo en el sistema de comunicación que sirve para cambiar la trayectoria de la señal, también puede amplificar la señal de forma que ésta pueda recorrer mayores distancias.

Entre los medios guiados contamos con los siguientes:

pares de alambres y formar un cable con varias líneas de datos, un ejemplo se puede observar en el cable UTP. Al ser el cobre un buen conductor y barato, este medio de transmisión ha sido utilizado preferentemente para aplicaciones de corta distancia o como medio de frecuencias bajas. En transmisión analógica suelen requerir repetidores cada 6km, y en digital 3km.

 Cable Coaxial: Conformado por dos conductores uno dispuesto en forma de malla que recubre a un hilo conductor; entre ellos se coloca un material aislante y externamente también. Con esto se obtiene un medio con mayor inmunidad a interferencias y con más ancho de banda. Existen dos tipos de cable coaxial, de 50Ohm para transmisión de señales digitales y de 75 Ohm para señales analógicas. Sus aplicaciones son en la transmisión telefónica y de televisión.

 Fibra Óptica: Está compuesta de un hilo de material transparente, delgado y flexible, generalmente fabricado de cristal de silicio, llamado núcleo y un revestimiento, éste último con un índice de refracción ligeramente menor al núcleo. Para que los datos sean transmitidos por fibra óptica primero deben ser convertidas las señales eléctricas en pulsos de luz y éstos puedan viajar a través del largo del cable aprovechando el fenómeno de refracción; la luz debe entrar a la fibra con un ángulo mayor a un ángulo denominado crítico. Este medio de transmisión presenta una inmunidad a interferencias mayor y por lo tanto requiere repetidores a distancias muy grandes, reduciendo el costo de instalación. En cambio, el costo en las interfaces que requiere, tipo de interconexión y de fabricación hacen que la aplicación de este tipo de cable se destine a sistemas que justifiquen la necesidad de velocidades altas. Existen tres tipos de cable de acuerdo al diámetro interno, el núcleo, y el diámetro externo, revestimiento: 9um diámetro interno/125um diámetro externo, utilizado en largas distancias y de 62um diámetro interno/125um diámetro externo, 50um diámetro interno /125um diámetro externo para distancias de hasta 2km. Los diámetros están medidos en micrómetros, y esta escala de medición hace vulnerable al medio ante fracturas por mal manejo pues es muy difícil volver a unir el hilo óptico y en algunos casos no es viable hacerlo.

Medios de transmisión no guiados

Se utilizan antenas como acopladores del medio de propagación, que es el aire, para radiar las ondas electromagnéticas. Las antenas pueden ser básicamente mono direccionales, si su patrón de radiación abarca una zona limitada en una dirección, y omnidireccionales si su radiación es en todas direcciones.

Por la presencia de la Tierra y la ionosfera, la propagación de las ondas puede ser de cuatro formas:

 Onda directa, si se propagan en el espacio libre

 Onda por ionosfera, que se refleja en la ionosfera

 Onda reflejada en la tierra

 Onda de superficie, propagada por la difracción de la Tierra mediante corrientes inducidas en el suelo.

Existen algunas tecnologías para la transmisión inalámbrica:

 Microondas vía satélite: Utiliza ondas electromagnéticas de frecuencias altas, por lo tanto el ancho de banda del canal de comunicación aumenta. El problema que se presenta en la transmisión son los obstáculos que pudieran haber entre transmisor y receptor lo cual requiere de repetidores. Una gran solución y ventajas vienen con la utilización de satélites. Los satélites son grandes sistemas puestos en la órbita terrestre. Esto hace que el transmisor pueda enviar las señales electromagnéticas al satélite y éste reenviarlo al receptor. Pero en sus ventajas el satélite no se limita a repetir la señal pues es capaz de amplificar la señal origen y además reenviarla a más de un receptor, puede también aumentar la distancia de comunicación entre transmisor y receptor. Los satélites se pueden ser geoestacionarios, si tienen el mismo periodo de rotación que la Tierra lo cual hace que el satélite tenga línea de vista con las estaciones terrestres. La zona que abarca un satélite para enviar señales es conocida como foodprint.

 Radioenlaces: Utilizan antenas terrestres para propagar los datos vía ondas electromagnéticas, actúa como intermediario entre trasmisor y receptor.

 Infrarrojo: Basada en la modulación de algún parámetro del rayo infrarrojo basado en los datos a enviar, usa ondas electromagnéticas superiores a las microondas e inferiores a las de la luz. Este medio de comunicación sólo permite conexión uno a uno, no es capaz de atravesar obstáculos. Una aplicación más común para este medio se puede ver en los controles remotos para dispositivos.

LAN inalámbricas

Según se describe en el estándar 802.11: Su tecnología es el espectro de dispersión de secuencia directa. Rige las redes LAN inalámbricas. Se subdivide en:

 802.11a: Tasa de transferencia de datos de hasta 54 Mbps y no es compatible con 802.11b. Opera en la banda de los 5GHz, con distancias de hasta 50 metros.

 802.11b: Capacidades de transmisión hasta11 Mbps en bandas de frecuencia de los 2.4GHz, alcanzando distancias de hasta 100 metros. Conocido como

Wi-Fi.

 802.11g: mismo ancho de banda que el 802.11a pero compatible con 802.11b, tasa de transferencia de datos de 54 Mbps y distancias de hasta 100 metros.

La Wi-Fi Alliance es la organización responsable de probar los distintos dispositivos para redes locales inalámbricas de varios fabricantes. Los componentes para una red LAN inalámbrica son:

1. Cliente Inalámbrico: Dispositivo dedicado a la transmisión de datos, interesado en enviar información utilizando ondas de radio.

2. Punto de Acceso: En un convertidor de medios al aceptar tramas Ethernet y transformarlas en tramas validos para el estándar 802.11. Es un dispositivo que controla el acceso a red entre cable y conexión inalámbrica.

3. Bridge Inalámbrico: Conecta redes por cable mediante enlace inalámbrico. 4. Antena: Sirve para aumentar la potencia de la señal, y puede ser Direccional

por ejemplo utilizado en Bridge Inalámbrico u Omnidireccional para los Puntos de Acceso.

Una de las desventajas más notorias de Wi-Fi es en relación a su seguridad, pues existen diferentes mecanismos para obtener claves de acceso a su red mediante la generación de tráfico en red, recepción y decodificación de paquetes interceptados. Aunque claro, para las redes LAN inalámbricas existen sistemas de autenticación:

 Abierta: Cualquier dispositivo puede asociarse

 PSK: Claves pre compartidas. El host se autentifica con el punto de acceso

 EAP: Es un protocolo de autenticación de dos vías extensible

También se encuentran protocolos de seguridad como:

 WEP (Protocolo de equivalencia por cable): Una clave WEP generalmente es

de 64 bits o 128 bits, a veces 256 bits. Utiliza claves pre configuradas.

 WPA (Acceso protegido Wi-Fi): Claves de 64 bits a 256 bits. Su peculiaridad

está en que genera claves nuevas para cada conexión.

internet, o por filtrado MAC, identificador del dispositivo. Una dirección MAC es

una dirección implementada en hardware de red y es fija, teniendo una longitud de 48 bits.

Es posible configurar una red inalámbrica de dos maneras diferentes:

 Como Ad-Hoc: En esta no existe un punto de acceso. El área que cubre es llamada IBSS (Idependent Basic Service Set). Se utiliza esta configuración para compartir archivos e información entre clientes, o para hacer una red punto a punto.

 Como Infraestructura: Al área que cubre se llama BSS (Basic Service Set) o Celda. Un dispositivo de la red asume el control de la celda inalámbrica. Los demás dispositivos no se comunican directamente, sino lo hacen a través del punto de acceso definido. Esto puede garantizar un acceso al medio equitativo.

Bluetooth

Opera en la banda de frecuencia de los 2.4GHz. Basado en la tecnología de transmisión por salto de frecuencia. Es común ver su aplicación en la transmisión de datos de baja velocidad, inferiores a los 3 Mbps, y corto alcance, según la potencia

utilizada, para intercambio de información entre dos o más dispositivos al mismo tiempo. Una de las ventajas por las cuales se ha elegido para ser implementado en equipos móviles es por su bajo consumo de energía.

Sus especificaciones se encuentran en la norma de la IEEE 802.15.1. Los objetivos principales que intenta cubrirse con el uso de Bluetooth son:

 Transmisión de datos a múltiples dispositivos al mismo tiempo

 Bajo consumo de energía al integrase a dispositivos que trabajan con batería

 Bajo coste en la implementación

Su velocidad de transmisión de datos difiere entre las distintas versiones del núcleo:

 Versión 1.2 a 723.1 Kbps

 Versión 1.2 a 1 Mbps

 Versión 2.0 + EDR (velocidad de datos mejorada): 2.1 3Mbps

La potencia de transmisión la encontramos en tres clases:

 Clase 1: 100 mW/20 dBm en rango de 100m

 Clase 2: 2.5 mW/4 dBm en rango de 10m

 Clase 3: 1 mW/0 dBm en rango de 1m

Se pueden crear dos tipos de enlace: Asíncrono (sin conexión) y Síncrono (orientado a conexión).

Bluetooth utiliza direcciones MAC de 6 bytes para direccionamiento d equipos a nivel

de red. En cuestión de seguridad se tiene un protocolo llamado LMP (Link Manager Protocol, Protocolo de Gestión de Enlace) y es el responsable de la autenticación, encriptación, control y configuración del enlace.

El servicio RFCOMM con el que cuenta bluetooth ofrece emulación de puertos seriales con sus respectivas señales de control y datos RS-232 sobre la banda base Bluetooth, soportando dos tipos de comunicación: directa entre dispositivos actuando como equipos terminales y dispositivo-modem-dispositivo.

Bluetooth normalmente es utilizado para trabajar a distancias cortas y para aplicaciones donde la presencia de obstáculos físicos es frecuente no es viable.

Aplicación de un sistema inalámbrico

Se puede ver diferentes dispositivos que poco a poco van introduciendo tecnología inalámbrica para lograr la movilidad de los sistemas. Los radio enlaces tienen su mayor aplicación en las radiocomunicaciones, en los celulares, en la transmisión de señales televisivas, señales de Radiodifusión. Esto es gracias al ancho de banda que pueden soportar, y la cantidad de canales que pueden abarcar, además de la necesidad de cubrir distancias grandes para un número de receptores grande.

observar sustituciones del cable por un dispositivo inalámbrico por ejemplo en los periféricos de una computadora: mouse, teclado, impresora. En sistemas domóticos, que son usados en aplicaciones del hogar o problemas domésticos, se ve la utilización de dispositivos inalámbricos para facilitar la instalación, comunicación entre terminales de datos.

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APÍTULO

3

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CAPITULO 3 COMUNICACIÓN INALAMBRICA

Introducción

Una de las necesidades más grandes del hombre ha sido establecer contacto con sus semejantes, para ello inventó a través del tiempo una serie de formas de interrelacionarse con su misma especie, primero fueron ademanes, posteriormente sonidos y señales, y llego un tiempo en el que se invento el lenguaje o código con el cual expresa sus ideas e intercambia información con sus semejantes, dicho proceso puede llamársele comunicación.

La comunicación se refiere al proceso de intercambio de información. La Comunicación también se trata de algo fundamental entre personas con el fin de transmitir una idea; para que haya un mensaje a transmitir se requiere de un emisor, o persona que envía el mensaje, la información o mensaje donde el código debe ser común para quienes se comunican y el receptor, que recibe el mensaje.

El mensaje es enviado a través de un canal con una codificación que sea entendible para tanto el emisor como el receptor. Con el avance de la ciencia, el crecimiento de las poblaciones y la unificación de un código, surgió la necesidad de comunicar cosas a distancia, es decir, transmitir información ya no solo de persona a persona, sino de colonia y municipio, municipio y estado, estados y países, incluso entre países de diferentes continentes. Con ello nacen las tecnologías que hacen posible dicho envío de información o enlaces, que podríamos considerar como los canales.

La comunicación en un principio era únicamente por medio de cables y extensos tendidos de cable y terminales por todo el territorio para poder comunicarse de un lugar con otro. Con el tiempo era necesario comunicarse sin tener que estar conectado por un cable, o algo físico, por ello la tecnología evoluciono para llegar a lo que ahora se conoce como la comunicación inalámbrica, o sin medios físicos.

Para estos usuarios, la comunicación inalámbrica es la respuesta. En las siguientes secciones se explicara la comunicación inalámbrica en general, y se observara que tiene otras aplicaciones importantes además de proporcionar conectividad a los usuarios que navegan desde sitios urbanos hasta los rurales. Algunas personas creen que en el futuro sólo habrá dos clases de comunicación: de fibra óptica e inalámbrica.

donde partes considerablemente grandes del océano Pacífico separaban a los usuarios, y el sistema telefónico era inadecuado.

La comunicación sin hilos ha estado en el mercado desde hace ya bastante tiempo, siendo su principal utilidad dentro de las comunicaciones de voz. Hoy en día, millones de personas utilizan los sistemas de radio de dos vías para comunicaciones de voz punto a punto o multipunto, con normalidad.

Desde hace algunos años, el potencial de esta clase de redes hizo que aparecieran los primeros sistemas que utilizaban ondas de radio para interconectar ordenadores. Estos primeros sistemas inalámbricos eran dependientes totalmente de su fabricante en cuanto a implantación y conectividad, lentos (con velocidades de 1.5 Mbps) y concebidos para cubrir un reducido grupo de aplicaciones.

Con el desarrollo tecnológico alcanzado en el transcurso de estos últimos años, nuevas soluciones se han presentado de tal forma que cubran un estándar y funciones que hagan posible los acoplamientos entre los sistemas de diferentes fabricantes. Las tecnologías más prometedoras, en la que se pueden comunicar sistemas informáticos y dispositivos de diversa naturaleza y capacidades mediante la tecnología inalámbrica están basadas en la emisión de ondas de radio o de luz infrarroja.

De tal forma surge el concepto de WLAN (Wireless Local Area Network) que se corresponde con un sistema de comunicación de datos flexible utilizado como alternativa a las redes locales cableadas (o como una extensión de ellas).

Historia del surgimiento de tecnología inalámbrica

Para hablar de la historia de la tecnología inalámbrica se debe recordar que en el año 1888, en el que el físico alemán Rudolf Hertz realizó la primera transmisión sin cables con ondas electromagnéticas mediante un oscilador que usó como emisor y un resonador que hacía el papel de receptor. Seis años después, las ondas de radio ya eran un medio de comunicación. En 1899 Guillermo Marconi consiguió establecer comunicaciones inalámbricas a través del canal de la Mancha, entre Dover y Wilmereux (utilizando 14 patentes de Tesla, entre otros trabajos de Hertz, Maxwell etc.). En 1907, se transmitían los primeros mensajes completos a través del Atlántico.

Espectro Disperso

El espectro disperso es una tecnología inalámbrica que trabaja en la frecuencia de 902-928MHz, 2450-2483.5MHz y 5725-5850MHz y transmite información en bandas que no requieren autorización para su uso (industriales, científicas y médicas (ICM)). La forma de trabajar de esta tecnología es que dispersa la señal sobre una gama de frecuencias, utilizando un ancho de banda mayor al necesitado, sin afectar otros sistemas de comunicación.

La dispersión del espectro se logra antes de transmitir la información a través del uso de un código que es independiente de la secuencia de datos. Las principales características de esta tecnología son:

 Conectan múltiples sitios hasta distancias de 40km

 Manejar una velocidad de transmisión de hasta 10Mbps

 Es compatible con todos los sistemas operativos de redes tradicionales

 Cumple con el estándar IEEE 802.3 y 802.11 Ethernet

 Es de fácil uso e instalación entre otras.

Ventajas del espectro disperso

 Su principal ventaja es simplificar los costos de soporte, instalación y futuros cambios para conexiones de red,

 Alternativa y/o crecimiento de cableados existentes que no permiten o hacen muy costosa la creación de nuevas conexiones de red, además de otras ventajas como: Buenas características de desempeño, resistencia a la interferencia externa, seguridad, bajos costos de operación, facilidad de instalación, facilidad en el mantenimiento y detección de fallas, útil en ciertas circunstancias geográficas, menor tiempo de instalación, buen nivel de integración con redes tradicionales existentes, mínima capacitación para la instalación.

En cuanto a sus desventajas, se tiene que la potencia, las largas distancias, y la velocidad de transmisión son limitadas.

Principales aplicaciones

 Aplicaciones en donde se encuentra un gran potencial son lugares donde es difícil o compleja la instalación de una LAN cableada: Ej. museos, edificios históricos, o en lugares temporales donde no sería costeable la instalación de cableado.

Principales tecnologías que manejan espectro disperso

Una de las primeras tecnologías basada en enlace de radio de corto alcance fue MC link conocido hoy en día como bluetooth. Apareció a principios de 1997 cuando varios fabricantes de equipos portátiles se interesaron por un proyecto realizado por Sony Ericsson en 1994.

Este se basaba en una interfaz vía radio, de bajos costo y consumo, para la interconexión entre teléfonos móviles y otros accesorios con el objetivo de eliminar cables entre aparatos. Con el avance del proyecto se considero que este tipo de enlace podía ser altamente útil en un gran número de aplicaciones, pues poseía como ventaja principal el hecho de basarse en un chip de radio relativamente económico.

Ello fue lo que originó a principios de 1998, la creación de un Grupo de Especial Interés en Bluetooth (SIG), formado por cinco promotores y que fueron Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel.

A finales de los años 90, compañías como Lucent, Nokia o Symbol Technologies, decidieron realizar una alianza con el fin de crear una asociación conocida como la WECA (Wireless Ethernet Compatibility), cuyo objetivo no solo se limitaba a la distribución de la tecnología Wi-Fi sino que el objetivo era afianzar estándares para que los sistemas y equipos portadores de esta tecnología inalámbrica fueran compatibles entre sí.

En abril de 2000 se establece la primera norma: Wi-Fi 802.11b, que utilizaba la banda de los 2.4Ghz y que alcanzaba una velocidad de 11Mbps. En 2003 pasó a llamarse Wi-Fi Alliance.

Bluetooth

Se denomina Bluetooth a la tecnología de comunicaciones diseñado para dispositivos de bajo consumo, con una cobertura de transmisión corta basados en

transceptores de bajo costo. Dada su popularidad esta tecnología se introdujo como especificación industrial para Redes Inalámbricas de Area Personal (WPANs), que principalmente es utilizada para la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son:

 Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.

 Eliminar cables y conectores entre éstos.

 Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.

Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las telecomunicaciones y la informática, como PDA, teléfono móvil, computadoras portátiles, ordenadores personales, impresoras o cámaras digitales.

Características de Bluetooth en la actualidad

La especificación de Bluetooth define un canal de comunicación de máximo 720 Kb/s (1 Mbps de capacidad bruta) con rango óptimo de 10 m (opcionalmente 100 m con repetidores).

La frecuencia de radio con la que trabaja está en el rango de 2,4 a 2,48 GHz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en Full Dúplex

con un máximo de 1600 saltos/s. Los saltos de frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1Mhz; esto permite dar seguridad y robustez.

Arquitectura de Bluetooth

Esta sección se trata de explicar lo que compone a bluetooth, es decir las partes de hardware y software, que le componen.

Hardware

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth está compuesto por dos partes:

 Un dispositivo de radio, encargado de modular y transmitir la señal

 Un controlador digital, compuesto por una CPU, por un procesador de señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (o controlador de Enlace) y de los interfaces con el dispositivo anfitrión.

El LC o Link Controller está encargado de hacer el procesamiento de la banda base y del manejo de los protocolos ARQ y FEC de capa física. Además, se encarga de las funciones de transferencia (tanto asíncrona como síncrona), codificación de Audio y cifrado de datos.

El CPU del dispositivo se encarga de atender las instrucciones relacionadas con Bluetooth del dispositivo anfitrión, para así simplificar su operación. Para ello, sobre el CPU corre un software denominado Link Manager que tiene la función de comunicarse con otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes:

 Envío y Recepción de Datos.

 Empaginamiento y Peticiones.

 Determinación de Conexiones.

 Autenticación.

 Negociación y determinación de tipos de enlace.

 Determinación del tipo de cuerpo de cada paquete.

 Ubicación del dispositivo en modo sniff o hold.

Software

Figura 14. En la figura se muestran dos piconets conectados y forman una scatternet.

Además de los siete nodos esclavos activos de una piconet, puede haber incluso hasta 255 nodos estacionados en la red. Los nodos estacionados se refieren a dispositivos que el nodo maestro ha modificado a un estado de bajo consumo de energía para reducir el desgaste innecesario de sus pilas. Lo único que un dispositivo en estado estacionado puede hacer es responder a una señal de activación por parte del maestro.

En esencia, una piconet es un sistema TDM centralizado, en el cual el maestro controla el reloj y determina qué dispositivo se comunica en un momento determinado. Todas las comunicaciones se realizan entre el maestro y el esclavo; no existe comunicación directa de esclavo a esclavo. Para la transmisión de la información hay una estructura definida, la cual será mostrada en la siguiente figura.

Compatibilidad y Clasificación

Los dispositivos que utilizan esta tecnología tienen la posibilidad de comunicación sin requerir una alineación como en el caso de infrarrojos, incluso pueden estar en lugares donde existan barreras como paredes dependiendo de la potencia de transmisión.

Su clasificación se basa en dispositivos "Clase 1", "Clase 2" o "Clase 3" en referencia a su potencia de transmisión, siendo totalmente compatibles los dispositivos de una clase con los de las otras, las características de cada clase se muestran a continuación en la tabla 1.

CLASE Potencia máxima permitida dBm Potencia máxima permitida mW Rango aprox.

1 20 100 ~100 metros

2 4 2.5 ~25 metros

3 0 3.1 ~1 metro Tabla 1. Las diferentes clases de bluetooth que existen.

Por ejemplo si se quiere recibir información de un dispositivo de clase 2 a una distancia mayor a la que permite dicho dispositivo, podrá ser posible siempre y cuando el receptor sea un dispositivo clase 1 dada la condición de cobertura que posee el dispositivo de clase 1. Por otra parte la mayor sensibilidad del dispositivo de clase 1 permite recibir la señal del otro pese a ser más débil.

Los dispositivos con Bluetooth también pueden clasificarse según su ancho de banda:

Versión Ancho de banda

Versión 1.2 1 Mbit/s Versión 2.0 + EDR 3 Mbit/s UWB Bluetooth (propuesto) 53 480 Mbit/s

Ventajas en las versiones

Bluetooth tiene la ventaja de simplificar el descubrimiento y configuración de los dispositivos, ya que éstos pueden indicar a otros los servicios que ofrecen, lo que redunda en la accesibilidad de los mismos sin un control explícito de direcciones de red, permisos y otros aspectos típicos de redes tradicionales.

El bluetooth es un sistema altamente popular y rentable, por ello no se ha descansado en la búsqueda de mejoras, y los avances se han hecho notar a través de las versiones. A continuación se mencionan algunas de las versiones de bluetooth y se describen algunas de sus características:

 Bluetooth v.1.1: se trata de 721.3 kbps de capacidad de transmisión de información, se busca solucionar erratas de la especificación 1.0., añade el Indicador de Calidad de Señal Recibida (RSSI).

 Bluetooth v.1.2: a diferencia de la 1.1, provee una solución inalámbrica complementaria para coexistir Bluetooth y Wi-Fi en el espectro de los 2.4 GHz, sin interferencia entre ellos. Su velocidad de transmisión se eleva a 1Mbps, hay mejoras en la calidad en audio, realiza la sincronización más rápida.

 Bluetooth v.2.0: creada para ser una especificación separada, principalmente incorpora la técnica "Enhanced Data Rate" (EDR) que le permite mejorar las velocidades de transmisión en hasta 3Mbps a la vez que intenta solucionar algunos errores de la especificación 1.2.

 Bluetooth v.2.1: simplifica los pasos para crear la conexión entre dispositivos, además el consumo de potencia es 5 veces menor.

 Bluetooth v3.0 (mediados 2009): aumenta considerablemente la velocidad de transferencia, para envío de datos en tiempo real. La idea es que el nuevo Bluetooth trabaje con Wi-Fi, de tal manera que sea posible lograr mayor velocidad en los smartphones.

Avances de Bluetooth

Ultra Wide Band Bluetooth

El 28 de marzo de 2006, el Bluetooth SIG anunció su intención de utilizar Ultra-Wideband/MB-OFDM como capa física para futuras versiones de Bluetooth.

Ultra Low Power Bluetooth

En el 2007, Nokia y el Bluetooth SIG anunciaron que Wibree formará parte de la especificación de Bluetooth como versión de muy bajo consumo. Sus aplicaciones son principalmente dispositivos sensores o mandos a distancia. Puede resultar interesante para equipamiento médico. La propuesta de Nokia es utilizar esta tecnología como enlace de bajo coste hasta un teléfono móvil que actúe de puerta de enlace hacia otras tecnologías como hspda, Wi-Fi o incluso el mismo Bluetooth.

Interconexión

En la especificación Bluetooth se han definido dos tipos de enlace que permiten soportar incluso aplicación-es multimedia:

 Enlace de sincronización de conexión orientada (SCO)

 Enlace asíncrono de baja conexión (ACL)

Los SCO soportan conexiones asimétricas, punto a punto, usadas normalmente en conexiones de voz. Dichos enlaces están definidos en el canal y se reservan dos slots consecutivos (envío y retorno) en intervalos fijos. Los ACL soportan conmutaciones punto a punto, simétrico o asimétrico, típicamente usado en la transmisión de datos.

Un conjunto de paquetes se ha definido para cada tipo de enlace físico: para los SCO existen tres tipos de slot simple, cada uno con una portadora a una velocidad de 64 kbit/s. La transmisión de voz se realiza sin ningún mecanismo de protección, pero si el intervalo de las señales en el enlace SCO disminuye, se puede seleccionar una velocidad de corrección de envío de 1/3 ó 2/3.

Para los enlaces ACL se ha definido el slot-1, slot-3 y slot-5. Cualesquiera de los datos pueden ser enviados protegidos o sin proteger con una velocidad de corrección de 2/3. La máxima velocidad de envío es de 721 Kbit/s en una dirección, y 57.6 Kbit/s en la otra.

Aplicaciones de Bluetooth

En contraste, la especificación Bluetooth V1.1 designa el soporte de 13 aplicaciones en particular y proporciona diferentes pilas de protocolos para cada una.

En la agrupación que esta a continuación se describen las 13 aplicaciones, las cuales se denominan perfiles. Al analizarlas brevemente en este momento, se puede observar con mayor claridad lo que pretende el SIG de Bluetooth.

No. de Aplicación Nombre Descripción

1 Acceso genérico Procedimientos para el manejo de enlaces

2 Descubrimiento de servicios Protocolo para descubrir los servicios que se ofrecen

3 Puerto serie Reemplazo para un cable de puerto serie

4 Intercambio genérico de objetos Define la relación cliente servidor para el traslado de objetos

5 Acceso a LAN Protocolo entre una computadora móvil y una LAN fija

6 Acceso telefónico a redes Permite que una computadora portátil realice una llamada por medio de un teléfono móvil

7 Fax Permite que un fax móvil se comunique con un teléfono móvil

8 Telefonía inalámbrica Conecta un handset (teléfono) con su estación base local

9 Intercom (Intercomunicador) Walkie -Talkie

10 Headset (Diadema telefónica) Posibilita la comunicación de voz sin utilizar las manos

11 Envío de objetos Ofrece una manera de intercambiar objetos simples

12 Transferencia de archivos Proporciona una característica para transferencia de archivos más _general

13 Sincronización Permite a un PDA sincronizarse con otra computadora

Tabla 3. Perfiles de Bluetooth.

Wi-Fi (

wireless fidelity

)

WI-FI es el conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las especificaciones IEEE 802.11. mientras que Wi-Fi se refiere al sistema inalámbrico de envío de datos entre las redes de computadoras, funciona a base de ondas de radio, es una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organización comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares 802.11.

El estándar propuesto tenía que trabajar en dos modos:

1. En presencia de una estación base. 2. En ausencia de una estación base.

En el primer caso, toda la comunicación se hacía a través de la estación base, que en la terminología del 802.11 se conoce como punto de acceso. En el segundo caso, las computadoras podrían enviarse mensajes entre sí directamente. Este modo se llama a veces red ad hoc. Un ejemplo típico es el de dos o más personas que se encuentran juntas en un cuarto no equipado con una LAN inalámbrica y cuyas computadoras se comunican entre sí de manera directa. Los dos modos se ilustran en la figura.

Figura 16. a) Red inalámbrica con estación base b) Red ad hoc.

Dada la existencia de estándares LAN como 802.1, 802.2, hasta 802.10, se decidió utilizar como 802.11 para el nuevo estándar WI-FI.

Arquitectura de una red Wi-Fi

Compatibilidad

En particular, se podría enviar un paquete IP sobre la LAN inalámbrica del mismo modo en que una computadora conectada mediante cable enviaba un paquete IP a través de Ethernet. No obstante, existen algunas diferencias inherentes con Ethernet en las capas física y de enlace de datos y tuvieron que manejarse mediante el estándar.

Llegado el momento en que tres especificaciones diferentes conviven en el mercado, se da el caso de que son incompatibles, por lo que el siguiente paso fue crear equipos capaces de trabajar con las tres, y lanzado soluciones que se etiquetaban

como “multipunto”

Hoy estamos inmersos en la especificación 802.11n, que trabaja a 2,4GHz a una velocidad de hasta 300 Mbps, una velocidad que gracias a diferentes técnicas de aceleración, es capaz de alcanzar la velocidad de la especificación 802.11g (54Mbps).

Ventajas en los estándares

Wi-Fi, o 802.11b, es un estándar robusto, actual y bien establecido que continúa creciendo y evolucionando. En el año de 2004 se certificaron dos nuevas versiones de especificaciones: 802.11a y 802.11g, mostrando este ultimo un crecimiento dramático:

 Estándar 802.11b: La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una velocidad máxima de transmisión de 11 Mbit/s y utiliza el mismo método de acceso CSMA/CA definido en el estándar original. El estándar 802.11b funciona en la banda de 2.4 GHz. Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, en la práctica, la velocidad máxima de transmisión con este estándar es de aproximadamente

5.9 Mbit/s sobre TCP y 7.1 Mbit/s sobre UDP.