ASESORES
DR. FELIPE ROLANDO MENCHACA GARCÍA ING. MIGUEL RAMÍREZ MONTIEL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA
Y ELÉCTRICA
“COMUNICACIÓN DE DATOS A
TRAVÉS DE CABLEADO ELÉCTRICO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A N :
MÉXICO D.F. 2008.
A MIS PADRES
Sabiendo que no existirá una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo, porque gracias a su cariño, guía y apoyo he llegado a realizar uno de mis anhelos
más grandes de mi vida, fruto del inmenso apoyo, amor y confianza que en mi se depositó y con los cuales he logrado terminar mis estudios profesionales que
constituyen el legado más grande que pudiera recibir y por lo cual les viviré eternamente agradecido.
Con cariño y respeto.
A mis hermanas
Como una muestra de mi cariño y agradecimiento, por todo el amor y el apoyo brindado y porque hoy veo llegar a su fin una de las metas de mi vida, les agradezco la orientación y los ánimos que siempre me han otorgado.
por esto y mas… gracias.
A mis profesores Quiero expresar un profundo agradecimiento a quienes con su ayuda, apoyo y comprensión me alentaron a logar esta hermosa realidad, en reconocimiento a todo el poyo brindado a través de mis estudios y con la promesa de seguir siempre adelante, gracias.
ÍNDICE
Introducción……… 8
Justificación……… 9
Objetivo……….. 10
Capitulo I Antecedentes. 1.1.1-Orígenes y evolución de Internet……… 11
1.1.2.-Elementos imprescindibles para acceder a Internet……….. 13
1.1.3.-Servicios básicos en Internet………..………… 13
1.1.4.-ISOC (Internet Society)……… 14
Capitulo II.- Medios de conexión existentes a Internet y servicios de telecomunicaciones 2.-Fibra Óptica……….. 15
2.1.1.-Fibra monomodo……….. 17
2.1.1.2.-Fibra multimodo de índice Gradual………. 17
2.1.1.3.-Fibra multimodo de índice escalonado……….. 17
2.1.2.1.-Características Técnicas………..… 18
2.1.2.2.-Características Mecánicas………..……. 18
2.1.3.1.-Algunas ventajas de la fibra óptica……….. 19
2.1.3.2.-Algunas desventajas de las fibras ópticas………. 20
2.1.4.1.-En el ámbito de las Redes……… 20
2.1.4.2.-En el campo de la telefonía………... 21
2.1.5.-Otras aplicaciones……… 22
WLANS 2.2.1.-Generalidades sobre redes de área local inalámbricas………. 23
2.2.1.2.-Definición de Red de Área Local Inalámbrica……….…. 23
2.2.1.3.-Aplicaciones de los sistemas WLAN………..……… 24
2.2.1.4.-Configuraciones WLAN……… 25
2.2.1.4.2.-A. Conexión uno a uno……… 25
2.2.1.4.3.-B. Modo Infraestructura……… 25
2.2.1.4.4.-C. Enlace entre varias LAN o WMAN………. 26
2.2.2.-Arquitectura de capas 802.11………...………... 27
2.2.3.1.--Tecnologías utilizadas en las Redes Inalámbricas……… 28
2.2.3.2..-A. Tecnologías de espectro ensanchado………….………. 28
2.2.3.3.-A.1 Tecnología de espectro ensanchado por secuencia directa
(DSSS)... 28
2.2.3.4.-A.2 Tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS)………... 30
2.2.3.5.-B.Tecnología de infrarrojos 31 2.2.4.1.-Nivel de Acceso al Medio (MAC)…... 32
2.2.5.-Descripción Funcional MAC………. 32
2.2.5.2.-DFC Función de Coordinación Distribuida………. 33
2.2.5.3.-Protocolo de Acceso al medio CSMA/CA y MACA…... 33
2.2.5.4.-Espaciado entre tramas IFS………. 35
2.2.5.5.-Conocimiento del medio……… 36
2.2.5.6.-PFC Función de Coordinación Puntual………. 37
2.2.5.7.-Formato de las tramas MAC……… 39
2.2.5.8.-Direccionamiento en modo infraestructura……… 41
2.2.6.-Servicios del Sistema de Distribución. Asociación……… 42
2.2.7.-Algoritmo de Asociación Activa……… 43
2.2.8.-Subnivel de Gestión MAC……… 44
2.2.9.-Sincronización……… 44
2.2.10.-Gestión de Potencia……… 45
DSL 2.3.1.-XDSL……… 47
2.3.1.2.-Envió y recepción en XDSL……….. 48
2.3.2.- El splitter……… 48
2.3.3.1.-Canal Downstream (de bajada)……… 48
2.3.3.2.-Canal Upstream (o subida)………. 48
2.3.3.3.-Canal telefónico………. 48
2.3.4.1.-Tipos de modulaciones……… 49
2.3.4.2.-2B1Q (dos-binario, uno cuaternario)……… 49
2.3.4.3.-Implementacion de QAM para xDSL (CAP Carrier less amplitude modulation)………. 49
2.3.4.4.-DMT (Discrete multi-tone modulation)……… 50
2.3.5.-Proceso de Modulación……… 50
2.3.6.-ADSL……… 50
2.3.6.2.-Splitter para línea ADSL……… 51
2.3.7.1.-Ventajas……….. 52
2.3.7.2.-Inconvenientes……… 52
Capitulo III. Tecnología PLC 3.1.1.-Tecnología PLC……… 53
3.1.2.-Equipos de PLC. Baja tensión……… 56
3.3.-Equipo de cabecera (Head end) 56
3.4.-Home Gateway (Repetidor)……… 56
Capitulo IV.- Arquitectura PLC 4.1.1.-Arquitectura PLC……… 58
4.2.1.-Elementos necesarios para la provisión de servicio de Internet mediante PLC……… 58
4.2.2.-Transformadores……… 59
4.2.3.-MODEM de usuario……….. 59
4.2.4.-MODEM cabecera……… 59
4.2.5.-Dispositivos de interconexión………. 60
4.3.-Frecuencia de PLC y la del suministro de la CA………. 62
4.4.1.-Arquitectura PLC Outdoor o de Acceso……… 62
4.4.2.-Indoor……….. 62
4.4.3.-modem PLC……… 63
4.5.1.-Ventajas al utilizar la tecnología PLC……… 64
4.5.2.-Inconvenientes de la tecnología PLC……… 65
4.6.-Comparación con otras alternativas………. 65
Capitulo V.- Topologías PLC 5.1.-Topología de la red PLC. Troncal……….. 66
5.2.-Topología de la red PLC. Distribución……….. 67
5.3.-Topología de la red PLC. Acceso………. 68
5.4.-Topología de la red PLC. LAN……… 69
Capitulo VI.- Formas Codificación / Modulación 6.1.1.-Tecnología PLC – Nivel Físico……… 70
6.1.2.-Tecnología PLC – Nivel de Enlace……… 72
6.2.-Redes Hogareñas utilizando tecnología PLC………. 75
6.3.-Coexistencia con otras tecnologías……… 76
6.4.-Estandarización………. 76
6.5.1.-Pruebas de implantación……….. 76
6.5.2.-Puesta en funcionamiento……… 76
Capitulo VII.- Redes Híbridas 7.1.-Redes Hibridas existentes……….. 79
7.2.-La red troncal……… 79
7.3.-Red de distribución……….. 81
7.4.-ventajas de esta red hibrida……… 82
7.5.-Desventajas de la red hibrida……… 82 7.6.-red de acceso……… 7.7 Propuesta de red hibrida………...
Capitulo VIII.- Conclusiones
CONCLUSIONES……… 92
GLOSARIO……… 93
REFERENCIAS……… 100
INTRODUCCIÓN
Con el tiempo se ha hecho necesario disponer de sistemas de comunicación para la transmisión de datos y a raíz de ello las compañías han ofertado diferentes sistemas para satisfacer dichas necesidades. Primero fueron los modem lentos que no permitían conexiones rápidas y sobre todo el envío de información masiva. Surgieron nuevas tecnologías de “Banda Ancha“, conexiones por cable, ADSL y Wireless. Recientemente ha surgido un nuevo sistema de comunicaciones denominado PLC
(Power Line Communications) para atender la demanda de una “Banda Ancha Real“.
PLC o también denominada BPL (Broadband over Power Lines) es una tecnología basada en la transmisión de datos utilizando como infraestructura la red eléctrica. PLC (Power Line Communications) es simplemente un conjunto de elementos y sistemas de transmisión que se basan en la infraestructura de transporte y distribución eléctrica, para ofrecer servicios de telecomunicaciones tales como el acceso a Internet, telefonía IP, videoconferencia, datos a alta velocidad, televisión etc.
Esto supone que se podrá tener acceso a Internet y a múltiples servicios en cualquier punto de la geografía donde llegue la red eléctrica, no siendo necesario acceso a la red telefónica, lo que posibilita el brindar servicios en puntos donde la red telefónica no llega.
Gracias a esta tecnología los beneficios que nos puede proporcionar son generosos tales como movilidad de equipos, flexibilidad para poder reubicarlos, crear una nueva red, tener una mayor penetración de banda ancha en la mayoría de los hogares, además de no requerir de grandes inversiones para poder implantar esta tecnología ya que se aprovecha en gran parte de la infraestructura existente y tan solo se requiere introducir algunos elementos en la red eléctrica para poder ofrecer servicios de telecomunicaciones sobre ella.
Es por esta causa que en el presente trabajo se propone el análisis de la tecnología PLC, siendo una alternativa muy viable para proporcionar servicios de telecomunicaciones a una mayor cantidad de usuarios.
JUSTIFICACIÓN
Hoy en día el Internet, es el principal medio de comunicación, al cual recurren millones y millones de usuarios, que van desde escuelas hasta grandes consorcios industriales, pasando por todas las áreas tecnológicas.
Desafortunadamente muchas personas no ven entre sus posibilidades el uso de este servicio, debido a que el tendido telefónico no esta disponible. Para darle servicio a estos lugares que por lo regular son zonas rurales con geografía complicada, es necesario implementar la tecnología PLC, la ventaja es de que el tendido eléctrico es muy superior al cableado telefónico en cuanto a cobertura, con esta tecnología la población de zonas rurales podrá adentrarse al mundo de las comunicaciones, la educación a distancia será una realidad , los investigadores que convivan de cerca con la naturaleza, ya no tendrán que trasladarse grandes distancias para enviar sus avances de sus proyectos, y en general mucha gente se beneficiara considerablemente con esta opción de comunicación.
La importancia del presente trabajo radica en la implantación de una nueva tecnología la cual hace uso de la infraestructura eléctrica, de tal manera que no se requieren de grandes inversiones para ponerla en marcha, solo se instalarían equipos PLC (módems especiales) en los transformadores de las zonas habitacionales con los cuales se inyectaría la señal de telecomunicaciones y repetidores que se encargarían de regenerar la señal y distribuirla a los hogares.
Nosotros como ingenieros en comunicaciones y electrónica nos vemos obligados a plantear soluciones de comunicación en especial a las personas que no han tenido entre sus posibilidades la forma de acceder al mundo de la información que hoy es conocido como el Internet y otros servicios, que es el medio de comunicación mas usado hoy en día.
OBJETIVO
• Investigar las tecnologías de servicio de telecomunicaciones sobre cables de alimentación de energía eléctrica.
• Estudio de las tecnologías de conexión existentes y su operación.
• Realizar una propuesta tecnológica para aplicar la tecnología de transmisión de datos sobre líneas de energía eléctrica, especialmente para PyMES
Capitulo
ANTECEDENTES
1.1.1.-Orígenes y evolución de Internet
Los orígenes de Internet se remontan a casi cuarenta años atrás, como un proyecto de investigación en redes de conmutación de paquetes, dentro de un ámbito militar. A finales de los años sesenta (1969), en plena guerra fría, el Departamento de Defensa Americano (DoD) llegó a la conclusión de que su sistema de comunicaciones era demasiado vulnerable. Estaba basado en la comunicación telefónica (Red Telefónica Conmutada, RTC), y por tanto, en una tecnología denominada de conmutación de circuitos, (un circuito es una conexión entre llamante y llamado), que establece enlaces únicos y en número limitado entre importantes nodos o centrales, con el consiguiente riesgo de quedar aislado parte del país en caso de un ataque militar sobre esas arterias de comunicación.
Como alternativa, el citado Departamento de Defensa, a través de su Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados (Advanced Research Projects Agency, ARPA) decidió estimular las redes de ordenadores mediante becas y ayudas a departamentos de informática de numerosas universidades y algunas empresas privadas.
Esta investigación condujo a una red experimental de cuatro nodos, que arrancó en Diciembre de 1969, se denominó ARPAnet. La idea central de esta red era conseguir que la información llegara a su destino aunque parte de la red estuviera destruida. ARPA desarrolló una nueva tecnología denominada conmutación de paquetes, cuya principal característica reside en fragmentar la información, dividirla en porciones de una determinada longitud a las que se llama paquetes. Cada paquete lleva asociada una cabecera con datos referentes al destino, origen, códigos de comprobación, etc. Así, el paquete contiene información suficiente para llegar a su destino pasando por los distintos nodos que atraviese. El camino a seguir, sin embargo, no está preestablecido, de forma que si una parte de la red cae o es destruida, el flujo de paquetes será automáticamente encaminado por nodos alternativos. Los códigos de comprobación permiten conocer la pérdida o corrupción de paquetes, estableciéndose un mecanismo que permite la recuperación.
Este sistema de transmisión reúne múltiples ventajas:
Fiabilidad independiente de la calidad de líneas utilizadas y de las caídas de la red. Distribución más fácil de los datos debido a que cada paquete contiene información necesaria para llegar a su destino, hay paquetes con diferentes destinos pero pueden compartir el mismo canal de comunicaciones.
Posibilidad de técnicas de compresión, de esta forma aumenta la capacidad de transmisión y de encriptado permitiendo una codificación de forma segura garantizando la confidencialidad de los datos.
Al igual que los equipos o las conexiones también se evolucionó en los servicios que ofrecía ARPAnet, ya que si bien al principio sólo permitía ejecutar programas en modo remoto, en 1972 se introdujo un sistema de correo electrónico, que liberó a los usuarios de la dependencia de los usos horarios (algo de importancia evidente en Estados Unidos, por su gran extensión), y supuso un sorprendente aumento en el tráfico generado, convirtiéndose en la actividad que mayor volumen generaba, en contra de las previsiones iniciales.
Para que los ordenadores puedan comunicarse entre sí es necesario que todos ellos envíen y reciban la información de la misma manera. La descripción de los pasos a seguir se denomina “protocolo”. En 1974, se presentó el protocolo “Transmission Control Protocol / Internet Protocol” (TCP/IP). Este protocolo proporcionaba un sistema independiente de intercambio de datos entre ordenadores y redes locales de distinto origen, eso sí, conservando las ventajas relativas a la técnica de conmutación de paquetes.
A principios de los ochenta el Departamento de Defensa de Estados Unidos decidió usar el protocolo TCP/IP para la red ARPAnet, desdoblándola en Arpanet y Milnet, siendo esta segunda de uso exclusivamente militar, conectada a Arpanet bajo un tráfico extremadamente controlado. Igualmente en Europa se creó la red Minet, como extensión de Milnet.
Dado que una gran cantidad de los organismos tenían sus propias redes de área local (RAL) conectadas a los nodos de la red se fue evolucionando hacia una red llamada ARPA Internet formada por miles de equipos. El nombre sufrió algunos cambios más, como: Federal Research Internet, TCP/IP Internet y finalmente, INTERNET.
Teniendo en cuenta que se estima un crecimiento del censo de usuarios de Internet de aproximadamente un diez por ciento mensual, se deduce que para el año dos mil diez se superarían los trescientos millones de usuarios conectados a la ‘Red de redes’. Internet no es simplemente una red de ordenadores, es decir, unos cuantos ordenadores conectados entre sí. Se trata de una asociación de miles de redes conectadas entre sí. Todo ello da lugar a la “RED DE REDES”, en la que un ordenador de una red puede intercambiar información con otro situado en una red remota.
En gran parte, este espectacular crecimiento se debe a la notable mejora en la facilidad del uso de los servicios ofrecidos, dado que, aún manteniéndose los servicios originales de transferencia de ficheros, correo electrónico o acceso remoto, la irrupción de la ‘TELARAÑA MUNDIAL’, World Wide Web (www), un servicio de consulta de documentos hipertextuales, ha sido el paso definitivo hacia la popularidad de la que actualmente goza.
1.1.2.-Elementos imprescindibles para acceder a Internet
Para utilizar Internet son necesarios los elementos
La PC y el módem: Para ingresar a Internet lo hacemos desde una PC conectada al proveedor mediante un módem que por su puesto deberá estar conectado a una línea telefónica.
Proveedor: El proveedor te proporciona acceso a la Red, mediante un número de telefónico.
1.1.3.-Servicios básicos en Internet.
El internet proporciona una gran variedad de servicios de los cuales mencionaremos los más demandados.
Correo electrónico: gracias a él se mandan mensajes a cualquier persona que disponga de una cuenta en Internet. Los mensajes abarcan tanto texto como ficheros informáticos de cualquier característica, que se almacenan en el servidor de correo hasta que el destinatario se conecta y los recoge. El correo electrónico es una forma rápida y barata de comunicarse con todo el mundo.
Transferencia de archivos o FTP: Internet contiene gigabytes de software y millones de archivos a los que se accede fácilmente mediante un proceso llamado FTP o protocolo de transferencia de archivos, que te permite conectarte a un ordenador de acceso público y copiar archivos a tu disco duro.
World Wide Web: las páginas de la WWW son el aspecto más vistoso e innovador de Internet. Haciendo clic en palabras, imágenes e iconos, se pasa de un sitio a otro de una forma rápida y sencilla.
1.1.4.-ISOC (Internet Society)
La red de redes está formada por redes que tienen su propio gobierno y equipo directivo. Sin embargo, no es posible una existencia totalmente anárquica, se necesita una mínima organización para subsistir, al menos, algo que aporte una cierta coherencia en el plano técnico, estableciéndose para ello una serie de normas comunes a todos los usuarios. Sin la coherencia en plano técnico sería inviable la interconexión de equipos de marcas y sistemas operativos tan variados como los que actualmente conviven en la red.
Con este fin, se fundó en 1992 una sociedad de voluntarios denominada Sociedad Internet o ISOC (Internet Society), que regula su labor mediante la elaboración de recomendaciones.
En Internet no existe una empresa o institución que se encargue de forma global de la operación y explotación de la red, ese es un tema del que se ocupa el administrador de cada subred.
El Internet es el medio de comunicación global, sin el Internet no hay transmisión de datos. Para acceder a este mundo de las comunicaciones lo podemos hacer de muchas formas pero hablaremos de las más deseadas que sin lugar a duda son las de acceso a Internet a través de banda ancha, actualmente contamos con tres alternativas en funcionamiento:
• Por un lado, y menos desarrolladas, están las tecnologías basadas en cable, ya sea coaxial ó fibra. Como la tecnología XDSL, basadas en líneas telefónicas convencionales.
• WIRELESS o WLANS.
Capitulo
Capitulo II.- Medios de conexión existentes a Internet y servicios de telecomunicaciones
2.-Fibra óptica
La historia de la comunicación por medio de fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producía ya en cantidades importantes.
En 1959, como resultado de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos o canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.
Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos para la producción de un ducto o canal, conocido hoy en día como fibra óptica.
En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.
Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros.
El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años. Sin embargo, no fue hasta mediado de los años setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos trabajos indicaban que era posible confiar en un haz luminoso, en lo que conocemos como la fibra óptica que es transparente flexible y provee un canal análogo óptico de comunicación.
El problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica residía en la composición de la misma fibra, por que absorben la luz dificultando el proceso.
Para la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas intensas por muchos kilómetros. El vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias superiores en comparación con el vidrio ordinario. Estos vidrios empezaron a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio ímpetu a la industria de fibras ópticas. Se usaron láseres o diodos emisores de luz como fuente luminosa en los cables de fibras ópticas. Ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerablemente la labor de investigadores y desarrolladores. Los láseres generan luz "coherente" intensa que permanece en un camino sumamente estrecho. Los diodos emiten luz "incoherente" que no es fuerte ni concentrada. Lo que se debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas.
La fibra Óptica consiste en una guía de luz a través de materiales mejorados en varios aspectos. A esto le podemos añadir que en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de la luz consiguiendo así buenos rendimientos, en el caso del cobre, las señales se ven atenuadas por la resistencia que presenta el material a la propagación de las ondas electromagnéticas. En la fibra óptica se pueden emitir al mismo tiempo varias señales pero con distintas frecuencias para así poder distinguirlas.
A continuación mencionaremos los tipos de fibra óptica
2.1.1.-Fibra monomodo
Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene un ancho de banda del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. En esta fibra sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 mm. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.
2.1.1.2.-Fibra multimodo de índice Gradual
Las fibras multimodo de índice gradual tienen un ancho de banda que llega hasta los 500 MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.
La fibra multimodo de índice gradual tiene el tamaño de 62.5/125 mm (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta dando como tamaño 0.5 mm.) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de fibras:
Fibra Multimodo de índice escalonado 100/140 mm. Fibra Multimodo de índice gradual 50/125 mm.
2.1.1.3.-Fibra multimodo de índice escalonado
2.1.2.1.-Características Técnicas
La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.
Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, a la cual se le denominada núcleo y de una zona externa que se denomina envoltura o revestimiento, ambas son necesarias para que se produzca el mecanismo de propagación.
La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:
a) Del diseño geométrico de la fibra.
b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (Diseño óptico)
c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de la fibra, presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes.
Un cable de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10mm., y proporciona la misma o más información que un coaxial de 10 tubos.
El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación.
El silicio tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, se funde a 600°C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme que va desde –550° C a +125°C sin degradación de sus características.
2.1.2.2.-Características Mecánicas
La F.O. como elemento resistente puesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización directa.
Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo.
La micro-curvatura y tensión se determinan por medio de los ensayos de:
Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen microcurvaturas. Compresión: es el esfuerzo transversal.
Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.
Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase.
Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.
Limitaciones Térmicas: estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos.
Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la atenuación con la temperatura.
Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción.
2.1.3.1.-Algunas ventajas de la fibra óptica
1.-La fibra óptica hace posible la transferencia de datos por Internet a una velocidad de dos millones de bps.
2.-Da acceso ilimitado y continuo las 24 horas del día, sin congestiones. 3.-Proporciona video y sonido en tiempo real.
4.-Fácil de instalar.
5.-Es casi inmune al ruido.
6.-Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada
7.-Las fibras ópticas carecen de señales eléctricas, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Son convenientes para trabajar en ambientes explosivos. 8.-Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes.
10.-La materia prima para fabricar fibras ópticas es abundante en la naturaleza. 11.-las Fibras ópticas presentan gran compatibilidad con la tecnología digital
2.1.3.2.- Algunas desventajas de las fibras ópticas
1.-Sólo pueden suscribirse las personas que viven en las zonas de la ciudad por las cuales ya esté instalada la red de fibra óptica.
2.-El costo de conexión por medio de fibra óptica es alto, las empresas no cobran por tiempo de utilización sino por cantidad de información transferida a la PC, que se mide en mega bytes
3.-El costo generado por la instalación de la fibra óptica es elevado. 4.-Su composición física la hace frágil.
5.-Tiene limitaciones en cuanto a al uso de conectores
6.-Las fibras ópticas presentan dificultad para ser reparadas en campo.
2.1.4.1.-En el ámbito de las Redes
Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en un grupo de usuarios y reduce el costo de explotación.
También tenemos las redes de área amplia WAN (Wide Área Network) o también conocidas como centrales particulares (PBX).
Las WAN conectan computadoras que están separadas por distancias mayores, conectando equipos situados en distintos lugares ya sea en el mismo país o en diferentes países. Las WAN emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones. Las PBX proporcionan conexiones informáticas continuas para la transferencia de datos especializados como transmisiones telefónicas, pero no resultan adecuadas para emitir y recibir los picos de datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas.
Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como el alcance que tengan. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas a portadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.
2.1.4.2.-En el campo de la Telefonía
2.1.5.-Otras aplicaciones
Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales.
La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y óptimamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa.
WLAN´S
2.2.1.-GENERALIDADES SOBRE REDES DE ÁREA LOCAL INALÁMBRICAS
En los últimos años se ha producido un crecimiento espectacular en lo referente al desarrollo y aceptación de las comunicaciones móviles y en concreto de las redes de área local (Wireless LANs). La función principal de este tipo de redes es la de proporcionar conectividad y acceso a las tradicionales redes cableadas (Ethernet, Token Ring), como si de una extensión de éstas últimas se tratara, pero con la flexibilidad y movilidad que ofrecen las comunicaciones inalámbricas. El momento decisivo para la consolidación de estos sistemas fue la conclusión del estándar IEEE 802.11 en junio de 1997. En este estándar se encuentran las especificaciones tanto físicas como a nivel MAC que hay que tener en cuenta a la hora de implementar una red de área local inalámbrica. Otro de los estándares definidos y que trabajan en este mismo sentido es el ETSI HIPERLAN.
La norma 802.11 ha sufrido diferentes extensiones sobre la norma para obtener modificaciones y mejoras. De esta manera, tenemos las siguientes especificaciones: 802.11 Especificación para 1-2 Mbps en la banda de los 2.4 GHz, usando salto de frecuencias (FHSS) o secuencia directa (DSSS).
802.11b Extensión de 802.11 para proporcionar 11Mbps usando DSSS. Wi-Fi (Wireless Fidelity) Promulgado por el WECA para certificar productos 802.11b capaces de ínter-operar con los de otros fabricantes.
802.11a Extensión de 802.11 para proporcionar 54Mbps usando OFDM. 802.11g Extensión de 802.11 para proporcionar 20-54Mbps usando DSSS y OFDM. Es compatible hacia atrás con 802.11b. Tiene mayor alcance y menor consumo de potencia que 802.11a
2.2.1.2.-Definición de Red de Área Local Inalámbrica
Una red de área local inalámbrica puede definirse como a una red de alcance local que tiene como medio de transmisión el aire.
Por red de área local entendemos una red que cubre un entorno geográfico limitado, con una velocidad de transferencia de datos relativamente alta (mayor o igual a 1 Mbps tal y como especifica el IEEE), con baja tasa de errores y administrada de forma privada.
Estos enlaces se implementan básicamente a través de tecnologías de microondas y de infrarrojos.
En las redes tradicionales cableadas esta información viaja a través de cables coaxiales, cables de pares trenzados o fibra óptica. Una red de área local inalámbrica, también llamada wireless LAN (WLAN), es un sistema flexible de comunicaciones que puede implementarse como una extensión o directamente como una alternativa a una red cableada. Este tipo de redes utiliza tecnología de radiofrecuencia minimizando así la necesidad de conexiones cableadas. Este hecho proporciona al usuario una gran movilidad sin perder conectividad.
El atractivo fundamental de este tipo de redes es la facilidad de instalación y el ahorro que supone la supresión del medio de transmisión cableado. Aún así, debido a que sus prestaciones son menores en lo referente a la velocidad de transmisión que se sitúa entre los 2 y los 10 Mbps frente a los 10 y hasta los 100 Mbps ofrecidos por una red convencional, las redes inalámbricas son la alternativa ideal para hacer llegar una red tradicional a lugares donde el cableado no lo permite, y en general las WLAN se utilizarán como un complemento de las redes fijas.
2.2.1.3.- Aplicaciones de los sistemas WLAN
Las aplicaciones más típicas de las redes de área local que podemos encontrar actualmente son las siguientes:
1.- Implementación de redes de área local en edificios históricos, de difícil acceso y en general en entornos donde la solución cableada es inviable.
2.- Cuenta con la posibilidad de reconfigurar la topología de la red sin añadir costos Esta solución es muy típica en entornos cambiantes que necesitan una estructura de red flexible que se adapte a estos cambios.
3.- Son la alternativa para crear redes locales en situaciones de emergencia o si hay congestión de la red cableada.
4.- Estas redes permiten el acceso a la información mientras el usuario se encuentra en movimiento. Habitualmente esta solución es requerida en hospitales, fábricas, almacenes etc.
5.- Generación de grupos de trabajo eventuales y reuniones ad-hoc (conocidas como conexiones par a par, o uno a uno). En estos casos no valdría la pena instalar una red cableada. Con la solución inalámbrica es viable implementar una red de área local aunque sea para un plazo corto de tiempo.
7.- Interconexión de redes de área local que se encuentran en lugares físicos distintos. Por ejemplo, se puede utilizar una red de área local inalámbrica para interconectar dos o más redes de área local cableada situadas en dos edificios distintos.
2.2.1.4.-Configuraciones WLAN
El grado de complejidad de una red de área local inalámbrica es variable, dependiendo de las necesidades a cubrir y en función de los requerimientos del sistema que queramos implementar podemos utilizar diversas configuraciones de red.
2.2.1.4.2.-A. Configuración uno a uno
La configuración más básica es la llamada de uno a uno o ad-hoc, la figura 2.2.1.4.2 muestra esta configuració, esta consiste en una red de dos terminales móviles equipados con la correspondiente tarjeta adaptadora para comunicaciones inalámbricas. En la figura 2.2.1.4.2 se muestra un ejemplo. Para que la comunicación entre estas dos estaciones sea posible hace falta que se vean mutuamente de manera directa, es decir, que cada una de ellas esté en el rango de cobertura radioeléctrica de la otra. Las redes de tipo ad-hoc son muy sencillas de implementar y no requieren ningún tipo de gestión administrativa.
Configuración uno a uno
Figura 2.2.1.4.2
2.2.1.4.3.-B. Modo Infraestructura
Para aumentar el alcance de una red del tipo uno a uno hace falta la instalación de
un punto de acceso. Figura 2.2.1.4.3.-B Con este nuevo elemento doblamos el
Para dar cobertura en una zona determinada habrá que instalar varios puntos de acceso de tal manera que podamos cubrir la superficie con las celdas de cobertura que proporciona cada punto de acceso y también deben de estar ligeramente apuntándose entre ellas para permitir el paso de una celda a otra sin perder la comunicación.
Modo Infraestructura
Figura 2.2.1.4.3.B
2.2.1.4.4.-C. Enlace entre varias LAN o WMAN
Para finalizar, otra de las configuraciones de red posibles es la que incluye el uso de antenas direccionales. El objetivo de estas antenas direccionales es el de enlazar redes que se encuentran situadas geográficamente en sitios distintos tal y como se muestra en la figura 2.2.1.4.4.C. Un ejemplo de esta configuración lo tenemos en el caso en que tengamos una red local en un edificio y la queramos extender a otro edificio. Una posible solución a este problema consiste en instalar una antena direccional en cada edificio apuntándose mutuamente. A la vez, cada una de estas antenas está conectada a la red local de su edificio mediante un punto de acceso. De esta manera podemos interconectar las dos redes locales.
Enlace entre varias LAN o WMAN
2.2.2.- Arquitectura de capas 802.11
La capa física proporciona una serie de servicios a la capa MAC o capa de acceso al medio. Figura 2.2.2. Diferentes tecnologías de capa física se definen para transmitir por el medio inalámbrico.
[image:27.612.85.538.182.460.2]Arquitectura de capas 802.11
Figura 2.2.2 La capa física de servicios consiste en dos protocolos:
1. Una función de convergencia de capa física, que adapta las capacidades del sistema físico dependiente del medio (PMD). Esta función es utilizada por el protocolo PLCP o procedimiento de convergencia de capa física, que define una forma de mapear MPDUs o unidades de datos MAC en un formato de tramas susceptibles de ser transmitidas o recibidas entre diferentes estaciones a través de la capa PMD.
2. Un sistema PMD, cuya función define las características y un medio de transmitir y recibir a través de un medio sin cables entre dos o más STAs. La comunicación entre MACs de diferentes estaciones se realizará a través de la capa física mediante de una serie de puntos de acceso al servicio, donde la capa MAC invocará las primitivas de servicio.
por definición las variables de gestión, los atributos, las acciones y las notificaciones requeridas para gestionar una estación.
MIB Consiste en un conjunto de variables donde podemos especificar o contener el estado y la configuración de las comunicaciones de una estación.
2.2.3.1.- Tecnologías utilizadas en las Redes Inalámbricas
Podemos distinguir tres tecnologías, dos de espectro ensanchado y una de infrarrojos.
2.2.3.2.-A. Tecnologías de espectro ensanchado
La tecnología de espectro ensanchado consiste en difundir la señal de información a lo largo del ancho de banda disponible, es decir, en vez de concentrar la energía de las señales alrededor de una portadora concreta lo que se hace es repartirla por toda la banda disponible. Este ancho de banda total se comparte con el resto de usuarios que trabajan en la misma banda frecuencial. Existen dos tipos de tecnologías de espectro ensanchado.
1.- Espectro Ensanchado por Secuencia Directa (DSSS). 2.- Espectro Ensanchado por Salto en Frecuencia (FHSS).
Ambas arquitecturas están diseñadas para operar en la banda de los 2.4 GHz
2.2.3.3. A.1 Tecnología de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS)
En este sistemas cada bit de información se representa por un número mayor de bits codificados llamados chips; por ejemplo si la tasa de un bit de información es de 10 Kbps y si cada bit de los 10 Kbps se codifica por 100 chip (bits del código) entonces la velocidad resultante es de 1Mbps, la cual necesita una ancho de banda de 1MHz Se define como secuencia barket a la secuencia de bits utilizada para modular cada uno de los bits de información esta se representa por la figura 2.2.3.3, y tiene la siguiente forma:
Secuencia de Barket
Figura 2.2.3.3
En la figura 2.2.3.3 mostramos el aspecto de una señal de dos bits a la cual le hemos aplicado la secuencia de Barket. DSSS tiene definidos dos tipos de modulaciones al aplicar a la señal de información una vez se sobrepone la señal de chip tal y como especifica el estándar IEEE 802.11: la modulación DBPSK, Differential Binary Phase Shift Keying y la modulación DQPSK, Differential Quadrature Phase Shift Keying proporcionan velocidades de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente, teniendo frecuencias comprendidas entre 2.412GHz y 2.484GHz.
En el caso de Estados Unidos y de Europa la tecnología de espectro ensanchado por secuencia directa, DSSS, opera en el ancho de banda que va desde los 2.4 GHz hasta los 2.4835 GHz, es decir, con un ancho de banda total disponible de 83.5 MHz. Este ancho de banda total se divide en un total de 14 canales con un ancho de banda por canal de 5 MHz de los cuales cada país utiliza un subconjunto de los mismos según las normas reguladoras para cada caso particular. En el caso de España se utilizan los canales 10 y 11 ubicados en una frecuencia central de 2.457 GHz y 2.462 GHz respectivamente.
Esto significa que de los 83.5 MHz de ancho de banda total disponible podemos obtener un total de 3 canales independientes que pueden operar simultáneamente en una determinada zona geográfica sin que aparezcan interferencias en un canal procedentes de los otros dos canales. Esta independencia entre canales nos permite aumentar la capacidad del sistema de forma lineal con el número de puntos de acceso operando en un canal que no se esté utilizando y hasta un máximo de tres canales. En el caso de España esta extensión de capacidad no es posible debido a que no existe el ancho de banda mínimo requerido (la información sobre la distribución de las frecuencias en distintas regiones del mundo se encuentra disponible en el estándar IEEE 802.11).
2.2.3.4.-A.2 Tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS)
La tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia figura 2.2.3.4., consiste en transmitir una parte de la información en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada tiempo retenido e inferior a 400ms. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisión y se sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo.
Cada una de las transmisiones a una frecuencia concreta se realiza utilizando una portadora de banda estrecha que va cambiando (saltando) a lo largo del tiempo. Este procedimiento equivale a realizar una partición de la información en el dominio temporal.
Tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia
Figura 2.2.3.4.
Si se mantiene una correcta sincronización de estos saltos entre los dos extremos de la comunicación el efecto global es que aunque vamos cambiando de canal físico con el tiempo se mantiene un único canal lógico a través del cual se desarrolla la comunicación.
Para un usuario externo a la comunicación la recepción de una señal FHSS equivale a la recepción de ruido impulsivo de corta duración. El estándar IEEE 802.11 describe esta tecnología mediante la modulación en frecuencia FSK, Frequency Shift Keying, y con una velocidad de transferencia de 1Mbps ampliable a 2Mbps bajo condiciones de operación óptimas también especificadas en la trama.
2.2.3.5.- B. Tecnología de infrarrojos
Una tercera tecnología, no demasiado utilizada a nivel comercial para implementar WLANs, es la de infrarrojos. Los sistemas de infrarrojos se sitúan en altas frecuencias, justo por debajo de las frecuencias de la luz visible. Las propiedades de los infrarrojos son, por tanto, las mismas que tiene la luz visible. De esta forma los infrarrojos no pueden pasar a través de objetos opacos pero se pueden reflejar en determinadas superficies.
Las longitudes de onda de operación se sitúan alrededor de los 850-950 nm, es decir, a unas frecuencias de emisión que se sitúan entre los 3.15·10e14 Hz y los 3,52·10e14 Hz. Los sistemas que funcionan mediante infrarrojos se clasifican según el ángulo de apertura con el que se emite la información en el emisor en:
• Sistemas de gran apertura, reflejados o de difusión que radian tal y como lo haría un foco, permitiendo el intercambio de información.
La norma IEEE 802.11 especifica dos modulaciones para esta tecnología: la modulación 16 ppm (Por Posición de Impulsos) y la modulación 4ppm (Por Posición de Impulsos), proporcionando unas velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps respectivamente. Esta tecnología se utiliza típicamente en aéreas donde se desee implementar enlaces punto a punto de corto alcance o redes locales en aéreas muy pequeñas como puede ser un aula o un laboratorio.
2.2.4.1.- NIVEL DE ACCESO AL MEDIO (MAC)
Los diferentes métodos de acceso de IEEE802 están diseñados según el modelo OSI y se encuentran ubicados en el nivel físico y en la parte inferior del nivel de enlace o subnivel MAC.
Además, la capa de gestión MAC controlará aspectos como sincronización y los algoritmos del sistema de distribución, que se define como el conjunto de servicios que precisa o propone el modo infraestructura. Por último, veremos el aspecto y los tipos de tramas MAC.
2.2.5.- Descripción Funcional MAC.
La arquitectura MAC del estándar 802.11 se compone de dos funcionalidades básicas: la función de coordinación puntual (PCF) y la función de coordinación distribuida como se muestra en la figura 2.2.5.
[image:32.612.97.534.447.723.2]Descripción Funcional MAC
2.2.5.2.- DFC Función de Coordinación Distribuida
Definimos función de coordinación distribuida como la funcionalidad que determina, dentro de un conjunto básico de servicios (BSS), cuándo una estación puede transmitir y/o recibir unidades de datos de protocolo a nivel MAC a través del medio inalámbrico. En el nivel inferior del subnivel MAC se encuentra la función de coordinación distribuida y su funcionamiento se basa en técnicas de acceso aleatorias de contienda por el medio. El tráfico que se transmite bajo esta funcionalidad es de carácter asíncrono ya que estas técnicas de contienda introducen retardos aleatorios y no predecibles no tolerados por los servicios síncronos.
Las características de DFC las podemos resumir en estos puntos:
• Utiliza CSMA/CA con RTS/CTS como protocolo de acceso al medio
• Es necesario realizar tramas de control de reconocimiento(ACKs), provocando retransmisiones si no se recibe información
• Contiene tiempo de reserva para transmisión de tramas de control de
reconocimiento. Esto quiere decir que todos los nodos sabrán cuando el canal quede libre
• Implementa fragmentación de datos
• Concede prioridad a tramas mediante el espaciado entre tramas (IFS)
• Soporta amplia emisión y múltiple emisión sin necesidad de las tramas de control de reconocimientos
2.2.5.3.- Protocolo de Acceso al medio CSMA/CA y MACA
El algoritmo básico de acceso a este nivel es muy similar al implementado en el estándar IEEE 802.3 y es el llamado CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Advoidance). Este algoritmo funciona tal y como describimos a continuación:
1.- Antes de transmitir información una estación debe de reconocer el medio, o canal inalámbrico, para determinar su estado (libre / ocupado).
2.- Si el medio no esta ocupado por ninguna otra trama la estación ejecuta una espera adicional llamada espaciado entre tramas (IFS).
3.- Si durante este intervalo temporal, o bien ya desde el principio, el medio se determina ocupado, entonces la estación debe esperar hasta el final de la transacción actual antes de realizar cualquier acción.
aleatoria escogida uniformemente en un intervalo llamado ventana de contienda (CW). El algoritmo de Backoff nos da un número aleatorio y entero de ranuras temporales (slot time) y su función es la de reducir la probabilidad de colisión que es máxima cuando varias estaciones están esperando a que el medio quede libre para transmitir, la probabilidad de colisión depende del medio y de las estaciones que desean transmitir, formando así la tasa de colisión definida como
Tasacolisión=Ncol / (Ncol + Ntramas)
Tasacolisión=Tasa de colisión, Ncol=Número de colisiones por segundo, Ntramas=Número de tramas transmitidas correctamente
5.- Mientras se ejecuta la espera marcada por el algoritmo de Backoff se continúa escuchando el medio de tal manera que si el medio se determina libre durante un tiempo de al menos IFS esta espera va avanzando temporalmente hasta que la estación consume todas las ranura temporales asignadas. En cambio, si el medio no permanece libre durante un tiempo igual o superior a IFS el algoritmo de Backoff queda suspendido hasta que se cumpla esta condición. Cada retransmisión provocará que el valor de CW, que se encontrará entre CWmin y CWmax se duplique hasta llegar al valor máximo. Por otra parte, el valor del slot time es 20 ms.
[image:34.612.90.541.360.711.2]Acceso al medio CSMA/CA y MACA
En la figura 2.2.5.3 podemos ver un ejemplo de funcionamiento de acceso CSMA/CA.
Sin embargo, CSMA/CA en un entorno inalámbrico y celular presenta una serie de problemas que intentaremos resolver con alguna modificación. Los dos principales problemas que podemos detectar son:
• Nodos ocultos. Una estación cree que el canal está libre, pero en realidad está ocupado por otro nodo que no oye
• Nodos expuestos. Una estación cree que el canal está ocupado, pero en realidad está libre pues el nodo al que oye no le interferiría para transmitir a otro destino.
La solución que propone 802.11 es MACA o MultiAccess Collision Avoidance.
Según este protocolo, antes de transmitir el emisor envía una trama RTS (Request to Send), indicando la longitud de datos que quiere enviar. El receptor le contesta con una trama CTS (Clear to Send), repitiendo la longitud. Al recibir el CTS, el emisor envía sus datos.
Los nodos seguirán una serie de normas para evitar los nodos ocultos y expuestos:
• Al escuchar un RTS, hay que esperar un tiempo por el CTS
• Al escuchar un CTS, hay que esperar según la longitud
La solución final de 802.11 utiliza MACA con CSMA/CA para enviar los RTS y CTS.
2.2.5.4.-Espaciado entre tramas IFS
Espaciado entre tramas IFS
Figura 2.2.5.4
• SIFS (Short IFS). Este es el periodo más corto, se utiliza fundamentalmente para transmitir los reconocimientos. También es utilizado para transmitir cada uno de los fragmentos pertenecientes a una trama. Por último, es usado por el PC (Point Control “Punto de control”) para enviar colisiones entre estaciones que quieran transmitir datos síncronos
• PIFS (PCF). Es utilizado por STAs para ganar prioridad de acceso en los periodos libres de contienda. Lo utiliza el PC para ganar la contienda normal, que se produce al esperar DIFS.
• DIFS (DCF). Es el tiempo de espera habitual en las contiendas con mecanismo MACA. Se utiliza pues para el envío de tramas MAC MPDUs y tramas de gestión MMPDUs.
• EIFS (Extended IFS). Controla la espera en los casos en los que se detecta la llegada de una trama errónea. Espera un tiempo suficiente para que le vuelvan a enviar la trama u otra solución.
2.2.5.5.- Conocimiento del medio
Las estaciones tienen un conocimiento específico de cuando la estación, que en estos momentos tiene el control del medio porque está transmitiendo o recibiendo, va a finalizar su periodo de reserva del canal.
Esto se hace a través de una variable llamada NAV (Network Allocation Vector) que mantendrá una predicción de cuando el medio quedará liberado.
Las estaciones que estén a la escucha modificarán su NAV según el valor de este campo Duration/ID. En realidad, hay una serie de normas para modificar el NAV, una de ellas es que el NAV siempre se situará al valor más alto de entre los que se disponga figura 2.2.5.5
[image:37.612.86.507.134.359.2]Conocimiento del medio
Figura 2.2.5.5
2.2.5.6.- PFC Función de Coordinación Puntual
Por encima de la funcionalidad DCF se sitúa la función de coordinación puntual,
PCF, asociada a las transmisiones libres de contienda que utilizan técnicas de acceso deterministas figura 2.2.5.9.a y figura 2.2.5.9.b El estándar IEEE 802.11, en concreto, define una técnica de interrogación circular desde el punto de acceso para este nivel. Esta funcionalidad está pensada para servicios de tipo síncrono que no toleran retardos aleatorios en el acceso al medio.
PFC Función de Coordinación Puntual
Figura 2.2.5.9.a
Cabe comentar que el funcionamiento de PFC es totalmente compatible con el modo DFC, observándose que el funcionamiento es transparente para las estaciones. De esta manera, una estación se dará de alta en un modo infraestructura de modo que pueda actuar en el periodo CFP, declarándose como CFPollable, o por el contrario, se situará en NAV según las indicaciones del punto de coordinación.
Existe un nodo organizador o director, llamado punto de coordinación o PC. Este nodo tomará el control mediante el método PIFS, y enviará un CF-Poll a cada estación que pueda transmitir en CFP, concediéndole poder transmitir una trama MPDU. El PC mantendrá una lista Pollable donde tendrá todos los datos de las estaciones que se han asociado al modo CF-Pollable. La concesión de transmisiones será por riguroso listado y no permitirá que se envíen dos tramas hasta que la lista se haya completado.
El nodo utilizará una trama para la configuración de la supertrama, llamada Beacon, donde establecerá una CFRate o tasa de periodos de contienda. Pese a que el periodo de contienda se puede retrasar por que el medio este ocupado, la tasa se mantendrá en el siguiente periodo como medio libre.
PFC Función de Coordinación Puntual
Figura 2.2.5.9.b
Como podemos observar, la transmisión de CF-Polls espera un tiempo SIFS. También podemos ver que si una estación no aprovecha su CF-Poll se transmite a la siguiente en el listado Pollable.
Las estaciones que no usen el CF, situarán su NAV al valor del final del CF y luego lo resetearán para poder modificarlo en el periodo de contienda en igualdad de condiciones.
Un problema importante que podemos encontrarnos en solapamiento de redes wireless ocurrirá cuando varios sistemas con coordinación puntual compartan una tasa CFRate semejante. Una solución suele ser establecer un periodo de contienda entre PCs para ganar el medio esperando un tiempo DIFS+ BackOff (1-CWmin). Sin embargo, podemos encontrarnos con mayores dificultades que exigirían un estudio diferente.
2.2.5.7.- Formato de las tramas MAC
Las tramas MAC contienen los siguientes componentes básicos:
• una cabecera MAC, que comprende campos de control, duración, direccionamiento y control de secuencia
• un cuerpo de trama de longitud variable, que contiene información específica del tipo de trama
Las tramas MAC se pueden clasificar según tres tipos:
• Tramas de datos.
• Tramas de control. Los ejemplos de tramas de este tipo son los reconocimientos o ACKs, las tramas para multiacceso RTS y CTS, y las tramas libres de contienda
• Tramas de gestión. Como ejemplo podemos citar los diferentes servicios de distribución, como el servicio de Asociación, las tramas de Beacon o portadora y las tramas TIM o de tráfico pendiente en el punto de acceso.
El formato de la trama MAC genérica tiene el siguiente aspecto figura 2.2.5.10
Formato de la trama MAC
Figura 2.2.5.10
Los campos que componen esta trama son: 1.-El Campo de control.
2.- Duration/ID. En tramas del tipo PS Power Save “Ahorro de energía” para dispositivos con limitaciones de potencia, contiene el identificador o AID de estación. En el resto, se utiliza para indicar la duración del periodo que se ha reservado una estación.
3.- Campos address1-4. Contiene direcciones de 48 bits donde se incluirán las direcciones de la estación que transmite, la que recibe, el punto de acceso origen y el punto de acceso destino.
4.- Campo de control de secuencia. Contiene tanto el número de secuencia como el número de fragmento en la trama que se está enviando.
Los campos de control de trama tienen el formato que se aprecia en la figura 2.2.5.11
Campos de control de trama
Figura 2.2.5.11
1.-Protocolo Versión, en primer lugar tenemos la versión del protocolo.
2.-Type/Subtype. Mientras “Tipo” identifica si la trama es de datos, control o gestión, el campo subtipo nos identifica cada uno de los tipos de tramas de cada uno de estos tipos.
3.-ToDS/FromDS. Identifica si la trama envía al sistema de distribución o si recibe del sistema de distribución. En redes ad-hoc, tanto ToDS como FromDS están a cero. El caso más complejo contempla el envío entre dos estaciones a través del sistema de distribución. Para ello situamos a uno tanto ToDS como FromDS.
4.-More Frag “Más fragmentos”, se activa si se usa fragmentación. 5.- Retry. Se activa si la trama es una retransmisión.
6.- Power Management. Se activa si la estación utiliza el modo económico de potencia.
7.- More Data. Se activa si la estación tiene tramas pendientes en un punto de acceso.
8.- WEP. Se activa si se usa el mecanismo de autenticación y encriptado. 9- Order. Se utiliza con el servicio de ordenamiento estricto.
2.2.5.8.-Direccionamiento en modo infraestructura
Veamos de manera específica como funciona el direccionamiento en modo infraestructura. Como hemos comentado con anterioridad, el caso más complejo de direccionamiento se produce cuando una estación quiere transmitir a otra ubicada en otro sistema de servicios básicos BSS.
acceso final, la dirección 3 sería la del punto de acceso origen y por último, la dirección 4 sería la del nodo origen.
En la figura 2.2.5.12 podemos ver un ejemplo de transmisión del nodo A al nodo E.
[image:42.612.152.460.131.379.2]Transmisión del Nodo A al Nodo E
Figura 2.2.5.12
2.2.6.- Servicios del Sistema de Distribución. Asociación.
La especificación IEEE802.11 define el sistema de distribución como la arquitectura encargada de interconectar diferentes IBSS o redes inalámbricas independientes. El componente fundamental de este sistema de distribución es el punto de acceso, y además la especificación define lo que llama los servicios de distribución que facilitan y posibilitan el funcionamiento en modo infraestructura. Se definirán servicios diferentes para cada componente, según se tratase de punto de acceso o estación. Enumeraremos los servicios y expondremos el servicio de asociación, por su carácter básico. Los cinco primeros los implementa el punto de acceso y los cuatro últimos la estación. La especificación añade en algunos servicios la información necesaria para implementarlo pero no se detiene en esta implementación.
- Integración. Se encarga de la función de pasarela con otros sistemas IEEE802.x. En concreto, define el componente portal que se encargará de aspectos necesarios como redireccionamiento.
- Asociación. Servicio necesario para que una estación pueda adherirse al modo infraestructura y utilizar sus servicios.
- Reasociación. Consiste en el campo de punto de acceso al que se asocia la estación para adherirse al modo infraestructura. También se utiliza para modificar las características de la asociación.
- Autenticación y Deautenticación. Proceso necesario para que la estación se pueda conectar a la wireless LAN y consiste en la identificación de la estación. El proceso de conexión, pasa por la autenticación previamente a la asociación.
- Privacidad. Este servicio utilizará WEP para el encriptado de los datos en el medio.
- Reparto de MSDUs entre STAs. Este es el servicio básico de intercambio.
2.2.7.- Algoritmo de Asociación Activa.
Veremos como ejemplo como funciona el sencillo algoritmo de asociación activa, según la cual la estación utilizará las tramas de prueba y respuesta para mantenerse asociada a un punto de acceso que puede variar si tiene la condición de móvil. El algoritmo consiste en los siguientes pasos:
- El nodo envía una trama de prueba (Probe)
- Los puntos de acceso alcanzados responden con una trama de respuesta (Response)
- El nodo seleccionará generalmente por nivel de señal recibida el punto de acceso al que desea asociarse, enviándole una trama de requerimiento de asociación
- El punto de acceso responderá con una respuesta de asociación afirmativa o Negativa
2.2.8.-Subnivel de Gestión MAC
La subcapa de gestión MAC implementa las siguientes funcionalidades: - Sincronización.
- Gestión de potencia - Asociación-Reasociación
- Utiliza el MIB o Management Information Base Describiremos los dos primeros puntos.
2.2.9.-Sincronización
La sincronización se consigue mediante una función de sincronización (TSF) que mantendrá los relojes de las estaciones sincronizados. Según el modo de operación, distinguiremos el modo de funcionamiento.
En el modo infraestructura, la función de sincronización recaerá en el punto de acceso, de tal manera que el punto de acceso enviará la sincronización en la trama portadora o Beacon y todas las estaciones se sincronizarán según su valor.
En el modo ad-hoc, el funcionamiento es más complejo. Por una parte, la estación que instancie la red establecerá un intervalo de beacon, esto es, una tasa de transferencia de portadoras que permitan la sincronización.
Función de sincronización (TSF)
Figura 2.2.9. En la figura 2.2.9, podemos ver este funcionamiento.
2.2.10.-Gestión de Potencia
Las estaciones en la red pueden adoptar un modo limitado de potencia. Este modo de funcionamiento implicará que la estación se “despertará” sólo en determinados momentos para conectarse a la red figura 2.2.10
Estas estaciones se denominan PS-STAs (Power Save Station) y estarán a la escucha de determinadas tramas como la de portadora y poco más. El control de este tipo de estaciones lo llevará el punto de acceso, que tendrá conocimiento de qué estación se ha asociado en este modo.
Gestión de Potencia
DSL (Línea de abonado digital
)DSL sigla de Digital Subscriber Line (Línea de abonado digital) ó XDSL es un término utilizado para referirse de forma global a todas las tecnologías que proveen una conexión digital sobre línea de abonado de la red telefónica local: ADSL (Asymmetric
Digital Subscriber Line "Línea de Abonado Digital Asimétrica"), ADSL2, ADSL2+ SDSL, IDSL, HDSL, SHDSL, VDSL y VDSL2.
Tienen en común que utilizan el par trenzado de hilos de cobre convencionales de las líneas telefónicas para la transmisión de datos a gran velocidad.
2.3.1.-XDSL
XDSL es un grupo de tecnologías de comunicación que permiten transportar información multimedia a mayores velocidades, que las que se obtienen actualmente vía modem, simplemente utilizando las líneas telefónicas convencionales.
Puesto que la red telefónica también tiene grandes limitaciones, tales como la de que su ancho de banda tan solo llega a los 4KHz, no permite el transporte de aplicaciones que requieran mayor amplitud de banda, nace la tecnología DSL (Digital Subscriber Line), que soporta un gran ancho de banda con un costo de inversión relativamente bajo y que trabaja sobre la red telefónica ya existente, y que convierte la línea analógica convencional en una línea digital de alta velocidad.
Son unas tecnologías de acceso punto a punto a través de la red telefónica pública (circuitos locales de cable de cobre) sin amplificadores ni repetidores de señal a lo largo de la ruta del cableado, que soportan un gran ancho de banda entre la conexión del cliente y el primer nodo de la red, que permiten un flujo de información tanto simétrico como asimétrico y de alta velocidad sobre el bucle de abonado.
XDSL es una tecnología en la que se necesita un dispositivo módem XDSL terminal en cada extremo del circuito de cobre, que acepte flujo de datos en formato digital y lo superponga a una señal analógica de alta velocidad.
El factor común de todas las tecnologías xDSL es que funcionan sobre líneas de cobre simples, y aunque cada una tiene sus propias características, todas utilizan la modulación para alcanzar elevadas velocidades de transmisión
Esta tecnología ofrece servicios de banda ancha sobre conexiones que no superen los 6 Km. de distancia entre la central telefónica y el lugar de conexión del abonado; dependiendo de:
1. – La velocidad alcanzada.
3.- La distancia.
4.-Del calibre del cable.
5.- El esquema de modulación utilizado.
La ventaja de las técnicas consiste en soportar varios canales sobre un único par de cables. Basándonos en esto, los operadores telefónicos proporcionan habitualmente tres canales: dos para datos (bajada y subida) y uno para voz.
2.3.1.2.-Envió y recepción en XDSL
Los servicios envío y recepción de datos se establecen a través de un módem xDSL.
Estos datos pasan por un dispositivo, llamado "splitter", que permite la utilización simultánea del servicio telefónico básico y del servicio xDSL.
2.3.2.- El splitter se coloca entre el módem del usuario y de la central telefónica;
está formado por dos filtros, uno paso bajo y otro paso alto cuya finalidad es la de separar las señales transmitidas por el canal, en señales de alta frecuencia que son los datos y las señales de baja frecuencia que son las telefónicas.
2.3.3.1.-Canal Downstream (de bajada)
Este canal va desde la central telefónica hasta el usuario, con el se pueden alcanzar velocidades entre 1.544 Mbps y 6.3 Mbps. Este canal se puede presentar al usuario como uno solo, ó múltiples subcanales, siempre dependiendo de la función a realizar.
Las transmisiones de recepción residen en la banda de espectro más alta (Khz).
2.3.3.2.-Canal Upstream (o subida)
Este canal va desde el usuario hasta la central telefónica, con velocidades que varían entre 16 Kbps y 640 kbps. Las transmisiones de envío residen en la banda de espectro más alta.
2.3.3.3.-Canal telefónico
Puede ser usado para el servicio tradicional telefónico (RTB) o bien para RDSI (Red Digital de Servicios Integrados).
Este canal es separado de los dos anteriores mediante el uso de filtros externos, y es alimentado por la central telefónica, para mantenerlo operativo aún en el caso de una caída de tensión en la oficina o casa del abonado.
Las transmisiones de envío y recepción de voz, se realizan en la banda base, de hasta 4KHz.
