SEMINARIO DE TITULACIÓN
“PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES”
SISTEMA REMOTO DE CONTROL POR HUELLA DACTILAR GATE
T E S I N A
Que para obtener el grado de:
INGENIERO EN
COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.
Presentan:
BARBOSA CRUZ JESÚS ALFONSO NERI ALVARADO DIANA RUBI REYES NARANJO JUAN JOSÉ
SÁNCHEZ ESPAÑA MARTHA ROSA
ASESORES:
M. en C. BRAULIO SANCHEZ ZAMORA M. en C. ORLANDO BELTRÁN NAVARRO.
México, D. F. Agosto de 2008.
UNIDAD CULHUACAN
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN
TESINA
Por la opción: Seminario de titulación. Procesamiento Digital de Señales.FNS19493/15/2008
Que para obtener el título de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica
Presentan: BARBOSA CRUZ JESÚS ALFONSO NERI ALVARADO DIANA RUBI REYES NARANJO JUAN JOSÉ
SÁNCHEZ ESPAÑA MARTHA ROSA
SISTEMA REMOTO DE CONTROL POR HUELLA DACTILAR GATE Descripción: El termino biometría viene del griego "bio" que significa vida y "metría" que significa medida o medición, de acuerdo al diccionario de la real academia de la lengua española biometría es el estudio mensurativo o estadístico de los fenómenos o procesos biológicos, sin embargo más
recientemente y para el tema que nos concierne el significado de biometría es el conjunto de métodos automatizados que analizan determinadas
características humanas para identificar o autentificar personas.
CAPITULO I. Biométrico CAPITULO II. Bluetooth
CAPITULO III. Teoría de Control CAPITULO IV. Desarrollo del Proyecto
México D.F. Agosto de 2008
M. en C. Orlando Beltrán Navarro M. en C. Braulio Sánchez Zamora
Coordinador del seminario Asesor
M. en C. Héctor Becerril Zamora
SISTEMA REMOTO DE CONTROL
POR HUELLA DACTILAR GATE
Introducción
A lo largo de estos años se ha incrementado en forma alarmante la cantidad de robos a casa habitación(1) y automóviles(2).
Este “sistema innovador de la ingeniería estudiantil, desarrollado dentro de los planteles del IPN”, proporciona apoyo entre otras cosas en ahorrar tiempo, así como brindar seguridad por medio de un pequeño dispositivo electrónico que permita controlar un dispositivo mecánico, activado mediante un dispositivo programable activado por un sistema biométrico, comunicado por acceso remoto dentro de nuestro hogar, dando como resultado un sistema útil, practico, seguro, económico y único por la clave de acceso.
Con la evolución de las tecnologías asociadas a la información, nuestra sociedad está cada día más conectada electrónicamente. Labores que tradicionalmente eran realizadas por seres humanos son, gracias a las mejoras tecnológicas, realizadas por sistemas automatizados.
En la actualidad las huellas dactilares representan una de las tecnologías biométricas más maduras y son consideradas pruebas legítimas de evidencia criminal en cualquier parte del mundo.
Por lo cual se considera que para el entorno es una atractiva solución a través de un dispositivo electrónico instalado en un automóvil el cual transmitirá una señal que será enviada a un sistema mecánico de control colocado en un garage el cual activará el mecanismo con la detección de la huella dactilar en la pantalla del dispositivo, evitando todos los problemas que suceden en la vida cotidiana.
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1 El robo de automóviles en el país reporta un incremento considerabl e, al registrarse al mes de septiembre de 2007 la ci fra más alta de vehículos robados en los últimos 10 años, con 37 mil 582 unidades. De acuerdo con el reporte elaborado por l a Asociación Mexicana d e Instituciones d e Seguros (AMIS), esta ci fra s upera a igu al periodo d e 2006 por alred edor d e cinco mil unidades, cuando se reportó el robo d e 32 mil 826 vehículos. De enero a s eptiembre de 2007, la entidad con el mayor número de vehí culos robados fu e el Distrito Federal, con 10 mil 633 unidades; seguido por el estado de M éxico, con ocho mil 766; Jalisco, dos mil 447; mientras que l os restantes 15 mil 736 se distribuyeron en el resto del país. Las 10 entidades con mayor índice de robos son el Distrito Federal, el estado de México, Nuevo León, Jalisco, Baja California, Chihuahua, Sinaloa, Puebl a, Veracruz y Guerrero, que sumaron 84.61 por ciento del total de robos en el país.
2 La Procuraduría Gen eral de la Justicia del DF inform a que el robo a cas a habitación ha ido en decremento en los últimos años Según estadísticas que van de 1993-2006. El año con mayor número de robos fue 1996 con un 23.79 robos diariamente a comp aración con el 2006 (Ultimo año de Registro) que fu e de 14.27 robos diariamente dicha in fo rmación se en cuentra hasta el mes de Septiembre del 2006.
Objetivo
Brindar comodidad, seguridad, eficiencia y rapidez para ingresar al hogar, en base a dispositivos biométricos.
Índice
Capítulo I Biométrico ... 7
Datos Históricos ... 7
¿Qué es la Biometría? ... 7
Características de Operación de Tecnologías Biométricas ... 8
¿Cómo trabaja el Lector de Huella Digital?... 8
Conceptos generales de la Biometría ... 9
Sistema biométrico genérico ... 11
Proceso de captura y verificación de usuario ... 12
Modalidades Biométricas... 14
Reconocimiento de Huella digital ... 14
Características de Huellas digitales... 15
Proceso de comparación... 16
Sensores para Huella Dactilares... 17
Sensor de Matriz Capacitivo ... 17
Sensor de Matriz de Antena ... 17
Sensores Ópticos ... 18
Sensores Termoeléctricos ... 19
Sensores sin contacto ... 19
Capítulo II Bluetooth ...20
¿Qué es Bluetooth? ... 20
Antecedentes ... 20
El SIG... 21
La interfase aérea Bluetooth ... 21
Banda de frecuencia libre... 21
Salto de frecuencia ... 21
Definición de canal... 22
Definición de paquete... 23
Definición de enlace físico ... 23
Inmunidad a las interferencias ... 24
Red inalámbrica... 24
Piconets ... 24
Estableciendo conexión ... 25
Scatternet ... 26
Comunicación inter-piconet ... 26
¿Cuáles son los protocolos? ... 27
Interconexión de sistema abierto (OSI) ... 28
Capa de Aplicación ... 29
Capa de presentación ... 30
Capa de sesión ... 31
Capa de transporte ... 32
Capa de red ... 33
Capa de Datos-Acoplamiento ... 34
Capa física ... 35
Protocolos y Arquitectura en Bluetooth ... 36
Radio ... 36
Banda Base ... 37
Link Manager Protocol (LMP) ... 38
Host Controller Interface (HCI) ... 38
Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) ... 38
Service Discovery Protocol (SDP)... 38
RFCOMM ... 39
Perfiles en Bluetooth ... 39
Bluetooth vs. IEEE 802.11... 39
Movilidad ... 40
Seguridad ... 41
Capítulo III Teoría de Control ...43
Teoría de Control ... 43
Revisión Histórica ... 43
Variable controlada y variable manipulada ... 44
Plantas ... 44
Procesos ... 44
Sistemas ... 44
Perturbaciones ... 45
Control Realimentado ... 45
Control en Lazo Cerrado en comparación con Control en Lazo Abierto ... 45
Sistemas de Control Realimentados... 45
Sistemas de Control en Lazo Cerrado ... 45
Sistemas de Control en Lazo Abierto ... 45
Comparación entre Sistemas de Control en Lazo Cerrado y Lazo Abierto ... 46
Relevador ... 46
Tipos de Relevadores ... 48
Relé de corriente alterna ... 48
Relé de Láminas ... 48
Ventajas del Uso de Relés... 48
N. E. M. A. (National Electrical Manufacturers Association) ... 49
Fusible de Cartucho ... 50
Botón Operador ... 50
Contacto... 51
Bobinas y Contactos Eléctricos. ... 51
Interruptor Límite ... 51
Relés Temporizados Electrónico (ON DELAY) ... 52
Contactos Temporizados con Retardo a la Desconexión (OFF DELAY)... 52
Justificación ... 53
Corriente alterna ... 54
Corriente alterna frente a continua ... 54
Motores... 54
Motores de Corriente Alterna ... 55
Jaula de ardilla ... 55
Rotor de jaula de ardilla ... 55
Capítulo IV Desarrollo del Proyecto ... 57
Estructura del automóvil ... 57
Montaje... 57
Transmisión y recepción (Bluetooth) ... 57
Promi-SD™ ... 58
Aspecto físico ... 59
Indicadores de Led ... 59
Diagrama de bloques ... 60
Fuente de alimentación... 60
Interfase RS232 ... 61
Interfase del Bluetooth ... 62
Configuración... 63
Usando Promi-WIN™ ... 63
Configuremos SD01 para ser Desconectado/Conectado ... 63
Usando un programa Terminal ... 68
Especificaciones técnicas ... 72
Configuración por defecto del serial ... 72
Consumo de energía ... 72
Condiciones ambientales... 72
Interfaz de serie ... 73
Distancia máxima entre Promi - SD™s ... 73
Proceso de seguridad... 74
Biométrico... 74
Terminal Kimaldi FIM 30 ... 74
Descripción ... 74
Características del Sistema... 74
Aplicaciones Típicas ... 75
Especificaciones técnicas ... 75
Diseño mecánico ... 76
Sistema de Control por Huella Dactilar GATE ... 76
Puerta eléctrica ... 76
Diagrama Eléctrico de Control Manual ... 77
Descripción Técnica... 78
Operación y funcionamiento del sistema de Control Por Huella Dactilar Gate ... 78
Funcionamiento del sistema de Control para la puerta ... 79
Recepción de Datos por Bluetooth a través del Diagrama Eléctrico de Control... 81
Caja Negra (Color Naranja) ... 82
Control de Velocidad para Motor de CA. ... 82
Diagrama Eléctrico de Control Manual... 83
Simulación en 3D ... 84
Conclusiones... 86
Bibliografía ... 89
Anexos ... 90
Capítulo I Biométrico Datos Históricos
El nacimiento de las técnicas de identificación a través de las huellas dactilares, a pesa r de transcurrido el tiempo es la herramienta más eficaz para la identificación de personas.
La utilidad de la huella digital aparece gracias a que un científico que se encontraba en Japón, se le ocurre tomar muestras de las personas que habitaban el pobl ado para compararlas con otras huellas obtenidas en unas excavaciones arqueológicas, el investigador Henry Faulds pretendía determinar la antigüedad de las excavaciones sin embargo logra detectar que las huellas son diferentes en cada persona independiente mente de su raza.
¿Qué es la Biometría?
Es una tecnología de lectura basada en el reconocimiento de una característica física intransferible de las personas, como por ejemplo, la Huella Digital.
Fig. 1.1.
Los sistemas de lectura biométricos incluyen un sistema de captación y un software biométrico que interpreta la muestra física y la transforma en una secuencia numérica.
Fig. 1.2.
La principal ventaja de esta tecnología es que es mucho más segura y cómoda que los sistemas tradicionales basados en los passwords o en las tarjetas.
Si se utilizan como complemento de una estrategia de seguridad integral, los dispositivos biométricos pueden garantizar la identidad de los individuos y franquearles, o en su caso negarles, el acceso.
En el caso de Huella digital, el dispositivo capta la muestra y el software biométrico transforma los puntos característicos de esta muestra en una secuencia numérica a través de un algoritmo matemático que no tiene inversa.
Fig. 1.3.
Esta secuencia numérica, llamada patrón de registro queda almacenada en una base de datos segura y servirá para las siguientes comparaciones cada vez que la persona autorizada desee acceder al sistema.
Fig. 1.4.
El acceso no depende de lo que sabemos o de lo que tenemos que nos pueden robar o falsificar.
Características de Operación de Tecnologías Biométricas
- Huella Digital: mide características y patrones de las líneas de las huellas.
- Geometría de Mano: medidas precisas del tamaño y forma de la mano.
- Iris: cámara de video usada para examinar el Iris del ojo humano.
- Rostro: medición de características faciales utilizando una cámara.
- Voz: uso de Micrófono para capturar el habla y comparar patrones.
- Firma: se usa una pluma ó stylus para medir la velocidad, presión y dirección, gravando el patrón de una firma hecha a mano.
¿Cómo trabaja el Lector de Huella Digital?
- Utiliza un sensor de silicón u óptico para tomar la foto de la huella.
- Basado en minucia: busca por cosas interesantes.
- Basado en un patrón biométrico: busca y localiza esos patrones.
- Convierte lo que encuentra en una representación numérica.
- Se crea un archivo plantilla de 256 bytes ó mayor.
La principal ventaja de esta tecnología es que es mucho más segura y cómoda que los sistemas tradicionales basados en los passwords o tarjetas. El acceso a través de la biometría a un PC o a una sala restringida no depende de algo que sabemos o que tenemos y que nos pueden robar o copiar; depende de lo que somos.
En el caso de la huella digital, el dispositivo capta la muestra y el software biométrico transforma los puntos característicos de esta muestra en una secuencia numérica a través de un algoritmo matemático que no tiene inversa. Es por este motivo por el que la tecnología biométrica es el sistema de seguridad más fiable en la actualidad. Esta secuencia numérica, llamada patrón de registro, queda almacenada en una base de datos segura y servirá para las siguientes comparaciones cada vez que la persona autorizada desee acceder al sistema.
Funcionamiento del lector de huella: Los lectores de huella digital utilizan una tecnología similar a las de los escáneres de productos que se utilizan en los supermercados. Ambos usan un escáner de láser que hacen repercutir rayos de luz en el objeto deseado, de donde una computadora procesa el patrón refractado.
Los patrones de la huella reflejan entonces diferentes cantidades de luz que son procesadas por el escáner. Esto permite al lector crear una imagen de su dedo, la cual es trasmitida al software biométrico.
El software tiene una base de datos de huellas digitales previamente ingresadas en una plantilla matemática cifrada, contra las cuales es comparada la imagen tomada anteriormente y encriptada (codificado). Si se encuentra semejanza entre la imagen tomada y la almacenada en la base de datos, el software biométrico permitirá el acceso al sistema; de otro modo será rechazado y se generará una alarma o un registro si es necesario.
Conceptos generales de la Biometría
El termino biometría viene del griego "bio" que significa vida y "metría" que significa medida o medición, de acuerdo al diccionario de la real academia de la lengua española biometría es el estudio mensurativo o estadístico de los fenómenos o procesos biológicos, sin embargo más recientemente y para el tema que nos concierne el significado de biometría es el conjunto de métodos automatizados que analizan determinadas características humanas para identificar o autentificar personas. La biometría aprovecha que hay ciertas características biológicas o conductuales singulares e inalterables, por lo que pueden ser analizados y medidos para crear una huella biométrica. Éstas características son difíciles de perder, transferir u olvidar y son perdurables en el tiempo.
La biometría se soporta en siete pilares o conceptos básicos que son:
- Universalidad: que tan común es encontrar este biométrico en los individuos.
- Singularidad: que tan único o diferenciable es la huella biométrica entre uno y otro individuo.
- Permanencia: que tanto perdura la huella biométrica en el tiempo de manera inalterable.
- Recolectable: que tan fácil es la adquisición, medición y almacenamiento de la huella biométrica.
- Calidad: que tan preciso, veloz y robusto es el sistema en el manejo de la huella biométrica.
- Aceptabilidad: que tanta aprobación tiene la tecnología entre el público.
- Fiabilidad: que tan fácil es engañar al sistema de autenticación.
En la biometría se distinguen dos grupos de registros biométricos los fisiológicos o morfológicos y los conductuales.
Los biométricos morfológicos o fisiológicos son aquellos que se soportan sobre características físicas inalterables y presentes en la mayoría de los seres humanos tal es como: huella dactilar, geometría de la mano, características del iris, patrones vasculares de la retina, mano, etc.
Los biométricos conductuales son aquellos que se soportan sobre características de la conducta del ser humano tales como: pulsaciones del teclado, discurso, dinámica de la firma, etc.
En general un sistema biométrico se puede esquematizar de la siguiente manera:
Fig. 1.5.
Sistema biométrico genérico
En la biometría hay tres términos de uso muy frecuente que son reconocimiento, verificación e identificación, cada uno de estos términos que a simple vista parecen muy similares, tienen significados muy diferentes.
Reconocimiento es un término genérico que no implica por defecto una verificación o identificación de un individuo. Todos los sistemas biométricos realizan reconocimiento para
"distinguir de nuevo" una persona que se ha ingresado previamente al sistema.
Verificación: Es una tarea de los sistemas biométricos que busca confirmar la identidad de un individuo que la reclama comparando una muestra biométrica con la plantilla biométrica previamente ingresada al sistema.
Identificación: es una tarea donde los sistemas biométricos buscan determinar la identidad de un individuo. El dato biométrico es tomado y comparado contra las plantillas en la base de datos, la identificación puede ser cerrada (si se sabe que la persona existe en la base de datos) o abierta (si no se sabe con certeza si la persona existe en la base de datos), la identificación abierta también es llamada watchlist.
Partiendo de las definiciones anteriores sabemos que hay tres formas para comparar la muestra biométrica, la comparación uno a uno (Verificación), la comparación uno a muchos (Identificación cerrada) y la comparación uno a pocos que es una mezcla de los dos primeros (identificación abierta o watchlist).
Verificación: En el proceso de comparación uno a uno, el usuario presenta su(s) dato(s) biométrico(s) y este se compara con la plantilla biométrica almacenada en una base de datos o en un dispositivo portátil, verificando si hay o no coincidencia para esa identidad en la referencia establecida.
Fig. 1.6.
Proceso de captura y verificación de usuario
Identificación cerrada: en el proceso de comparación uno a muchos, el usuario presenta su(s) dato(s) biométrico(s) y el dato biométrico se compara contra la base de datos, donde se sabe que existe, buscando la identidad más probable del usuario.
Identificación abierta: es un proceso híbrido entre la verificación y la identificación cerrada, donde la persona no reclama una identidad específica, entonces se compara contra toda la base de datos para verificar si existe en la base de datos, una vez se verifica que posiblemente existe, dentro de las coincidencias más probables, determina quién es el usuario.
Para la toma de decisiones el resultado de cualquiera de las comparaciones que se hagan puede presentar una de tres posibilidades dependiendo la puntuación que se alcance en la comparación de la plantilla y el dato biométrico y del umbral que se le haya dado al sistema;
las tres posibles alternativas son:
- Hay correlación: es decir que al comparar el dato biométrico capturado con la(s) plantilla(s) almacenada(s) la puntuación esta dentro de los umbrales de coincidencia.
- No hay correlación: es decir que al comparar el dato biométrico capturado con la(s) plantilla(s) almacenada(s) la puntuación esta fuera de los umbrales de coincidencia.
- Imposibilidad de alcanzar conclusión definitiva: es decir que hay falta de información para poder hacer una comparación adecuada.
La precisión de un sistema biométrico está determinado por una serie de pruebas, que están divididas en tres categorías: tecnología, escenario y operacional y para su evaluación se consideran varios conceptos que se pueden generalizar en dos conceptos la probabilidad de que alguien autorizado sea rechazado y la probabilidad de que alguien no autorizado sea aceptado, el termino a usar varía, a grandes rasgos, dependiendo el tipo de comparación que se haga y en que categoría se haga la evaluación.
Los términos más comúnmente observados son los siguientes:
Tasa de falsa aceptación (FAR – False Acceptance Rate): es una estadística que muestra la actuación del biométrico, típicamente cuando opera en la tarea de verificación. En general entre más bajo sea el valor de la tasa de falsa aceptación, más alto es la precisión del sistema biométrico. En esta tasa se muestra el porcentaje de número de veces que el sistema produce una falsa aceptación. Es decir cuando un individuo es identificado como usuario de ma nera incorrecta. Este valor debe ser lo suficientemente bajo como para que no se impida el ingreso a los usuarios, pero no tanto que permita el ingreso de personal no autorizado. El valor depende de lo sensible del área o sistema a proteger y de la necesidad del usuario. A nivel de fabricantes la mayoría tienen esta tasa entre el 0.0001% y el 0.1%. La tasa dada normalmente asume intentos pasivos del impostor.
FAR= PR x FMR x (1-FTA)
Tasa de Falso Rechazo (FRR - False Reject Rate): la probabilidad de que un dispositivo rechace una persona autorizada. Comercialmente su valor varía entre el 0.00066% y el 1%.
FRR=FTA+(1-FTA)x BER +(1-FTA)x(1-BER)x FNMR
El punto de intersección entre la tasa de falsa aceptación y la tasa de falso rechazo se conoce como la tasa de error igual (EER - Equal Error Rate), algunas veces se llama tasa de error cruzada (CER – Crossover Error Rate). Es una estadística que muestra la actuación del biométrico, típicamente cuando opera en la tarea de verificación. En general entre más baj o sea el valor de la tasa de error igual, más alto es la precisión del sistema biométrico.
Fig. 1.7. Definición de la tasa de error igual
Otros términos utilizados son:
Tasa de Falsa alarma (False Alarm Rate): una estadística usada para medir la cali dad del biométrico cuando opera en el modo de identificación abierta (watchlist ó comparación uno a pocos). Este es el porcentaje de veces que una alarma suena incorrectamente en un individuo que no está en el sistema de la base de datos (el sistema alarma en Carlos cuando Carlos no está en la base de datos), o una alarma suena pero la persona incorrecta es identificada (el sistema alarma en Edgar cuando Edgar está en la base de datos, pero el sistema piensa que Edgar es Carlos).
Tasa de falsa coincidencia (FMR - False Match Rate): la probabilidad de que un sistema biométrico identifique incorrectamente un individuo o que falle para rechazar un impostor.
Alternativa a Tasa de falsa aceptación (FAR).
Tasa de falsa no-coincidencia (FNMR - False Non-Match Rate): es parecida a la tasa de falso rechazo (FRR), con la diferencia de que la FRR incluye la tasa de falla para capturar el error (Failure to Adquire error rate).
Error tipo I: este tipo de error ocurre en una prueba estadística cuando una reclamación valida es rechazada. Es decir cuando falla al rechazar una reclamación valida. Por ejemplo Claudia reclama ser Claudia, pero el sistema niega el reclamo de manera incorrecta.
Error Tipo 2: este tipo de error ocurre en una prueba estadística cuando una reclamación falsa es aceptada. Es decir cuando falla al aceptar una reclamación falsa. Por ejemplo Erika reclama ser Sandra y el sistema acepta el reclamo de manera incorrecta.
Modalidades Biométricas
Las tecnologías biométricas de mayor uso hoy y co n más apoyo por las industrias comerciales
son: la huella digital, el reconocimiento facial, la geometría de la mano, el iris, la voz, la firma.
Fig. 1.8.
Reconocimiento de Huella digital
La comparación de la huella digital es una de las técnicas más antiguas y ampliamente utilizadas y aceptadas a nivel global. Los sistemas actuales de comparación de la huella digital tienen su base en los desarrollos realizados por Galton y Purkinje.
La huella digital aparece generalmente constituida por una serie de líneas oscuras que
representan las crestas y una serie de espacios blancos que representan los valles.
La identificación con huellas digitales está basada principalmente en las minucias (la ubicación y dirección de las terminaciones de crestas, bifurcaciones, deltas, valles, cresta)
aunque existen muchas otras características de huellas digitales.
Fig. 1.9.
Fig. 1.10.
Características de Huellas digitales
Otra forma de distinguir las huellas digitales es por sus patrones, los cuales presentó Purkinje en su tesis doctoral.
Fig. 1.11. Los cuatro patrones principales
De manera general la forma de procesar una huella digital es la siguiente:
Fig. 1.12. Proceso común de escaneo de la huella digital
Dentro del proceso de reconocimiento es necesario emplear técnicas muy robustas que no se vean afectadas por algún ruido obtenido en la imagen además de incrementar la precisión en tiempo real. Un sistema comercial empleado para la identificación de huellas dactilares requiere de un muy bajo promedio de rechazos falsos (FRR) para un promedio de aceptación falso (FAR). Como por ejemplo:
Un dedo (FRR y FAR): 1:1000.
Dos Dedos (FRR y FAR): 1:1000000.
Fig. 1.13.
Proceso de comparación
El siguiente es un diagrama de bloques de un sistema utilizado para la verificación de huellas dactilares. En el mismo se describen en forma general las operaciones lógicas necesarias para llevar a cabo la identificación:
Fig. 1.14. Diagrama de bloques de un sistema reconocimiento de huellas dactilares.
Tal vez el bloque más crítico dentro del sistema propuesto arriba es el de adquisición de muestra. El mismo será detallado a continuación.
Sensores para Huella Dactilares Sensor de Matriz Capacitivo
En la superficie de un circuito integrado de silicona se dispone un arreglo de platos sensores capacitivos. La capacitancia en cada plato (pixel) sensor es medida individualmente depositando una carga fija sobre ese pixel. El voltaje estático generado por esa carga es proporcional a la capacitancia del pixel y sus alrededores. Por la geometría del dedo, las líneas de flujo generadas desde el plato sensor energizado se inducen en la porción de piel inmediatamente adyacente a este plato, terminando en platos sensores inactivos o en el sustrato.
Fig. 1.15. Sensor Capacitivo clásico
Una ventaja de este diseño es su simplicidad. Una desventaja es que debido a la geometría esférica del campo eléctrico generado por el plato sensor, tendremos un efecto de solapamiento sobre platos (pixel) vecinos, los que producirá que el área sensora aumente en tamaño, trayendo como consecuencia un efecto de información cruzada entre los sensores adyacentes, reduciendo considerableme nte la resolución de la imagen.
Para dedos jóvenes, saludables y limpios, este sistema trabaja adecuadamente. Los problemas comienzan a presentarse cuando se tienen condiciones menos óptimas en la piel. Cuando el dedo está sucio, con frecuencia no existirá aberturas de aire en los valles. Cuando la superficie del dedo es muy seca, la diferencia de la constante dieléctrica entre la piel y las aberturas de aire se reduce considerablemente. En personas de avanzada edad, la piel comienza a soltarse trayendo como consecuencia que al aplicar una presión normal sobre el sensor los valles y crestas se aplasten considerablemente haciendo difícil el proceso de reconocimiento.
Sensor de Matriz de Antena
Un pequeño campo RF es aplicado entre dos capas conductoras, una oculta dentro de un chip de silicón (llamado plano de referencia de la señal de excitación) y la otra localizada por debajo de la piel del dedo. El campo formado entre estas capas reproduce la forma de la capa conductora de la piel en la amplitud del campo AC. Diminutos sensores insertados por debajo de la superficie del semiconductor y sobre la capa conductora, miden el contorno del campo.
Amplificadores conectados directamente a cada plato sensor convierten estos potenciales a voltajes, representando el patrón de la huella. Estas señales son acondicionadas en una etapa siguiente para luego ser multiplexadas fuera del sensor.
Fig. 1.16. Sensor de Matriz de Antena
Estos dispositivos no dependen de las características de la superficie, tales como las aberturas de aire entre el sensor y el valle, empleado para detectar ese valle. En la figura 1.17 se puede observar la forma típica de un sensor aplicado a sistemas de reconocimiento de huellas dactilares.
Fig. 1.17. Disposición comercial
El sistema de seguridad biométrico para automóviles, es un sistema instalado dentro del automóvil que no permite poner en marcha el vehículo sin la previa verificación de la huella dactilar correcta, aún cuando se utilice la llave original. Esto inmoviliza el vehículo y previene el robo, asalto o uso por parte de personas no autorizadas.
Sensores Ópticos
El método óptico es uno de los más comunes. El núcleo del escáner óptico es una cámara CCD (Dispositivo de Carga Acoplada).
La cámara CCD consiste simplemente en una serie de diodos sensibles a l a luz llamados fotolitos. Normalmente el dedo se coloca en una placa de cristal y la cámara hace una foto.
El sistema CCD tiene una capa de LEDs (diodos emisores de luz) para iluminar las crestas y surcos del dedo. La ventaja de los sistemas ópticos es su bajo precio; la desventaja es que son bastante fáciles de falsificar. Otro problema es que en ocasiones pueden permanecer en la superficie del sensor algunos rasgos del dactilograma anterior.
Empresas líderes en la producción de este escáner son: Delsy, Dermalog, Smiths Heimann Biometrics (subempresa de Jenoptik/Rheinmetall).
Sensores Termoeléctricos
El método termoeléctrico es menos común. Actualmente sólo existe en el mercado el Atmel Fingerchip™.
El Fingerchip™ utiliza un sistema único para reproducir el dedo completo “arrastrándolo” a través del sensor. Durante este movimiento se realizan tomas sucesivas (slices) y se pone en marcha un software especial que reconstruye la imagen del dedo. Este método permite al Fingerchip™ obtener una gran cualidad, 500 puntos por imagen impresa de la huella dactilar con 256 escalas de gris.
El sensor mide la temperatura diferencial entre las crestas papilares y el aire retenido en los surcos. Este método proporciona una imagen de gran calidad incluso cuando las huellas dactilares presentan alguna anomalía como sequedad o desgaste con pequeñas cavidades entre las cimas y los surcos de la huella. La tecnología termal permite también su uso bajo condiciones medioambientales extremas, como temperaturas muy altas, humedad, suciedad o contaminación de aceite y agua.
Además, también cuenta con la ventaja de autolimpiado del sensor, con lo que se evitan las huellas latentes. Se denomina así a las huellas que permanecen en el sensor una vez utilizado, lo cual puede ocasionar problemas no sólo en las lecturas posteriores sino que permite que se copie la huella para falsificarla y acceder así al sistema. De hecho, este método de arrastre que utiliza la tecnología basada en el calor hace que el Fingerchip esté por encima de otras tecnologías. El Fingerchip™ funciona con bajas temperaturas, alto porcentaje de humedad.
Otra ventaja es la reproducción de una imagen grande de alta cualidad y siempre un sensor limpio. La desventaja es que la cualidad de la imagen depende un poco de la habilidad del usuario que utiliza el escáner. La segunda desventaja es el calentamiento del sensor que aumenta el consumo de energía considerablemente. Este calentamiento es necesario para evitar la posibilidad de un equilibrio térmico entre el sensor y la superficie de la yema dactilar.
El elevado volumen de diseño del escáner permite que su precio sea bajo ya que en el proceso de manufacturación se necesita menos silicona.
Sensores sin contacto
Un sensor sin contacto funciona de forma similar al sensor óptico. Normalmente con un cristal de precisión óptica a una distancia de dos o tres pulgadas de la huella dactilar mientras se escanea el dedo. La yema del dedo se introduce en un área con un hueco. Una desventaja a tener en cuenta es que a través de este hueco pueden llegar polvo y suciedad hasta el cristal óptico con la correspondiente distorsión de la imagen. Otro punto es que las huellas escaneadas son esféricas lo que origina un complejo algorítmico mucho más complejo.
Capítulo II Bluetooth
¿Qué es Bluetooth?
Es la norma que define un Standard global de comunicación inalámbrica, que posibi lita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia.
Los principales objetivos que se pretende 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 nuestros equipos personales.
La tecnología Bluetooth comprende hardware, software y requerimientos de inter-operatibilidad, por lo que para su desarrollo ha sido necesaria la participación de los
principales fabricantes de los sectores de las telecomunicaciones y la informática, tales como:
Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, Intel y otros. Posteriormente se han ido incorporando muchas más compañías, y se prevé que próximamente los hagan también empresas de sectores tan variados como: automatización industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, electrodomésticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentará un panorama de total conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como en el trabajo.
Fig. 2.1.
Antecedentes
En 1994 Ericsson inició un estudio para investigar la viabilidad de una interfase vía radio, de bajo costo y bajo consumo, para la interconexión entre teléfonos móviles y otros accesorios con la intención de eliminar cables entre aparatos. El estudio partía de un largo proyecto que investigaba sobre unos multi-comunicadores conectados a una red celular, hasta que se llegó a un enlace de radio de corto alcance, llamado MC link.
Conforme éste proyecto avanzaba se fue viendo claro que éste tipo de enlace podía ser utilizado ampliamente en un gran número de aplicaciones, ya que tenía como principal virtud el que se basaba en un chip de radio relativamente económico.
El SIG
A comienzos de 1997, según avanzaba el proyecto MC link, Ericsson fue despertando el interés de otros fabricantes de equipos portátiles. En seguida se vio claramente que para que el sistema tuviera éxito, un gran número de equipos deberían estar equipados con ésta tecnología. Esto fue lo que originó a principios de 1998, la creación de un grupo de interés especial (SIG), formado por 5 promotores que fueron: Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel.
La idea era lograr un conjunto adecuado de áreas de negocio, dos líderes del mercado de las telecomunicaciones, dos líderes del mercado de las PCS portátiles y un líder de la fabricación de chips. El propósito principal del consorcio fue y es, el establecer un standard para la interface aérea junto con su software de control, con el fin de asegurar la interoperatibilidad de los equipos entre los diversos fabricantes.
La interfase aérea Bluetooth
El primer objetivo para los productos Bluetooth de primera generación eran los entornos de la gente de negocios que viaja frecuentemente. Por lo que se debería pensar en integrar el chip de radio Bluetooth en equipos como: PCS portátiles, teléfonos móviles, PDAs y auriculares.
Esto originaba una serie de cuestiones previas que deberían solucionarse tales como:
- El sistema debería operar en todo el mundo.
- El emisor de radio deberá consumir poca energía, ya que debe integrarse en equipos alimentados por baterías.
- La conexión deberá soportar voz y datos, y por lo tanto aplicaciones multimedia.
Banda de frecuencia libre
Para poder operar en todo el mundo es necesaria una banda de frecuencia abierta a cualquier sistema de radio independientemente del lugar del planeta donde nos encontremos. Sólo la banda ISM (médico-científica internacional) de 2,45 Ghz cumple con éste requisito, con rangos que van de los 2.400 MHz a los 2.500 MHz, y solo con algunas restricciones en países como Francia, España y Japón.
Salto de frecuencia
Debido a que la banda ISM está abierta a cualquiera, el sistema de radio Bluetooth deberá estar preparado para evitar las múltiples interferencias que se pudieran producir. Éstas pueden ser evitadas utilizando un sistema que busque una parte no utilizada del espectro o un sistema de salto de frecuencia. En los sistemas de radio Bluetooth se suele utilizar el método de salto de frecuencia debido a que ésta tecnología puede ser integrada en equipos de baja potencia y bajo costo.
Éste sistema divide la banda de frecuencia en varios canales de salto, donde, los transceptores, durante la conexión van cambiando de uno a otro canal de salto de manera pseudo-aleatoria.
Con esto se consigue que el ancho de banda instantáneo sea muy pequeño y también una propagación efectiva sobre el total de ancho de banda. En conclusión, con el sistema FH (Salto de frecuencia), se pueden conseguir transceptores de banda estrecha con una gran inmunidad a las interferencias.
Definición de canal
Como hemos comentado, Bluetooth utiliza un sistema FH/TDD (salto de frecuencia/división de tiempo dúplex), en el que el canal queda dividido en intervalos de 625 µs, llamados slots, donde cada salto de frecuencia es ocupado por un slot. Esto da lugar a una frecuencia de salto de 1600 veces por segundo, en la que un paquete de puede ocupar un slot para la emisión y otro para la recepción y que pueden ser usados alternativamente, dando lugar a un esquema de tipo TDD.
Fig. 2.2.
Dos o más unidades Bluetooth pueden compartir el mismo canal dentro de una piconet, donde una unidad actúa como maestra, controlando el tráfico de datos en la piconet que se genera entre las demás unidades, donde estas actúan como esclavas, enviando y recibiendo señales hacia el maestro. El salto de frecuencia del canal está determinado por la secuencia de la señal, es decir, el orden en que llegan los saltos y por la fase de ésta secuencia. En Bluetooth, la secuencia queda fijada por la identidad de la unidad maestra de la piconet (un código único para cada equipo), y por su frecuencia de reloj. Por lo que, para que una unidad esclava pueda sincronizarse con una unidad maestra, ésta primera debe añadir un ajuste a su propio reloj nativo y así poder compartir la misma portadora de salto.
Fig. 2.3.
En países donde la banda está abierta a 80 canales o más, espaciados todos ellos a 1 MHz, se han definido 79 saltos de portadora, y en aquellos donde la banda es más estrecha se han definido 23 saltos.
Definición de paquete
La información que se intercambia entre dos unidades Bluetooth se realiza mediante un conjunto de slots que forman un paquete de datos. Cada paquete comienza con un código de acceso de 72 bits, que se deriva de la identidad maestra, seguido de un paquete de datos de cabecera de 54 bits. Éste contiene importante información de control, como tres bits de acceso de dirección, tipo de paquete, bits de control de flujo, bits para la retransmisión automática de la pregunta, y chequeo de errores de campos de cabeza. Finalmente, el paquete que contiene la información, que puede seguir al de cabeza, tiene una longitud de 0 a 2745 bits. En cualquier caso, cada paquete que se intercambia en el canal está precedido por el código de acceso.
Fig. 2.4.
Los receptores de la piconet comparan las señales que reciben con el código de acceso, si éstas no coinciden, el paquete recibido no es considerado como válido en el canal y el resto de su contenido es ignorado.
Definición de enlace físico
En la especificación Bluetooth se han definido dos tipos de enlace que permi tan soportar incluso aplicaciones multimedia:
- Enlace de sincronización de conexión orientada (SCO).
- Enlace asíncrono de baja conexión (ACL).
Los enlaces SCO soportan conexiones asimétricas, punto a punto, usadas normalmente en conexiones de voz, estos enlaces están definidos en el canal, reservándose dos slots consecutivos (envío y retorno) en intervalos fijos. Los enlaces ACL soportan conmutaciones punto a punto simétricas o asimétricas, típicamente usadas en la transmisión de datos.
Un conjunto de paquetes se han definido para cada tipo de enlace físico:
Para los enlaces 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 envió de 1/3 o 2/3.
Para los enlaces ACL, se han definido el slot-1, slot-3, slot-5. Cualquiera de los datos pueden ser enviados protegidos o sin proteger con una velocidad de corrección de 2/3. La máxima velocidad de envió es de 721 kbit/s en una dirección y 57.6 kbit/s en la otra.
Inmunidad a las interferencias
Como se mencionó anteriormente Bluetooth opera en una banda de frecuencia que está sujeta a considerables interferencias, por lo que el sistema ha sido optimizado para evitar éstas interferencias. En este caso la técnica de salto de frecuencia es aplicada a una alta velocidad y una corta longitud de los paquetes (1600 saltos/segundo, para slots-simples). Los paquetes de datos están protegido por un esquema ARQ (repetición automática de consulta), en el cual los paquetes perdidos son automáticamente retransmitidos, aun así, con este sistema, si un paquete de datos no llegase a su destino, sólo una peq ueña parte de la información se perdería.
La voz no se retransmite nunca, sin embargo, se utiliza un esquema de codificación muy robusto. Éste esquema, que está basado en una modulación variable de declive delta (CSVD), que sigue la forma de la onda de audio y es muy resistente a los errores de bits. Estos errores son percibidos como ruido de fondo, que se intensifica si los errores aumentan.
Red inalámbrica Piconets
Si un equipo se encuentra dentro del radio de cobertura de otro, éstos pueden establecer conexión entre ellos. En principio sólo son necesarias un par de unidades con las mismas características de hardware para establecer un enlace. Dos o más unidades Bluetooth que comparten un mismo canal forman una piconet. Para regular el tráfico del canal , una de las unidades participantes se convertirá en maestra, pero por definición, la unidad que establece la piconet asume éste papel y todos los demás serán esclavos. Los participantes podrían intercambiar los papeles si una unidad esclava quisiera asumir el papel de maestra. Sin embargo sólo puede haber un maestro en la piconet al mismo tiempo.
Cada unidad de la piconet utiliza su identidad maestra y reloj nativo para seguir en el canal de salto. Cuando se establece la conexión, se añade un ajuste de reloj a la propia frecuencia de reloj nativa de la unidad esclava para poder sincronizarse con el reloj nativo del maestro. El reloj nativo mantiene siempre constante su frecuencia, sin embargo los ajustes producidos por las unidades esclavas para sincronizarse con el maestro, sólo son válidos mientras dura la conexión.
Como ya hemos comentado, las unidades maestras controlan en tráfico del canal, por lo que estas tienen la capacidad para reservar slots en los enlaces SCO. Para los enlaces ACL, se utiliza un esquema de sondeo. A una esclava sólo se le permite enviar un slot a un maestro cuando ésta se ha dirigido por su dirección MAC (medio de control de acceso) en el procedimiento de slot maestro-esclavo. Éste tipo de slot implica un sondeo por parte del esclavo, por lo que, en un tráfico normal de paquetes, este es enviado a una urna del esclavo automáticamente. Si la información del esclavo no está disponible, el maestro puede utilizar un paquete de sondeo para sondear al esclavo explícitamente.
Los paquetes de sondeo consisten únicamente en uno de acceso y otro de cabecera.
Éste esquema de sondeo central elimina las colisiones entre las transmisiones de los esclavos.
Estableciendo conexión
De un conjunto total de 79 (23) portadoras del salto, un subconjunto de 32 (16) portadoras activas han sido definidas. El subconjunto, que es seleccionado pseudo-aleatóriamente, se define por una única identidad.
Acerca de la secuencia de activación de las portadoras, se establece que, cada una de ellas visitará cada salto de portadora una sola vez, con una longitud de la secuencia de 32 (16) saltos. En cada uno de los 2.048 (1.028) saltos, las unidades que se encuentran en modo standby (en espera) mueven sus saltos de portadora siguiendo la secuencia de las unidades activas. El reloj de la unidad activa siempre determina la secuencia de activación.
Durante la recepción de los intervalos, en los últimos 18 slots o 11.25 ms, las unidades escuchan una simple portadora de salto de activación y correlacionan las señales entrantes con el código de acceso derivado de su propia identidad. Si los triggers son correlativos, esto es, si la mayoría de los bits recibidos coinciden con el código de acceso, la unidad se auto-activa e invoca un procedimiento de ajuste de conexión. Sin embargo si estas señales no coinciden, la unidad vuelve al estado de reposo hasta el siguiente evento activo.
Para establecer la piconet, la unidad maestra debe conocer la identidad del resto de unidades que están en modo standby en su radio de cobertura. El maestro o aquella unidad que inicia la piconet transmite el código de acceso continuamente en periodos de 10ms, que son recibidas por el resto de las unidades que se encuentran en standby. El tren de 10ms. de códigos de acceso de diferentes saltos de portadora, se transmite repetidamente hasta que el receptor responde o bien se excede el tiempo de respuesta.
Cuando una unidad emisora y una receptora seleccionan la misma portadora de salto, la receptora recibe el código de acceso y devuelve una confirmación de recibido de la señal, es entonces cuando la unidad emisora envía un paquete de datos que contiene su identidad y frecuencia de reloj actual. Después de que el receptor acepta éste paquete, ajustará su reloj para seleccionar el canal de salto correcto determinado por emisor. De éste modo se establece una piconet en la que la unidad emisora actúa como maestra y la receptora como esclava.
Después de haber recibido los paquetes de datos con los códigos de acceso, la unidad maestra debe esperar un procedimiento de requerimiento por parte de las esclavas, diferente al proceso de activación, para poder seleccionar una unidad específica con la que comunicarse.
El número máximo de unidades que pueden participar activamente en una simple piconet es de 8, 1 maestro y 7 esclavos, por lo que la dirección MCA del paquete de cabecera que se utiliza para distinguir a cada unidad dentro de la piconet, se limita a tres bits.
Scatternet
Los equipos que comparten un mismo canal sólo pueden utilizar una parte de su capacidad de este. Aunque los canales tienen un ancho de banda de un 1 MHz, cuantos más usuarios se incorporan a la piconet, disminuye la capacidad hasta unos 10 kbit/s más o menos. Teniendo en cuenta que el ancho de banda medio disponible es de unos 80 MHz en Europa y USA (excepto en España y Francia), éste no puede ser utilizado eficazmente, cuando cada unidad ocupa una parte del mismo canal de salto de 1 MHz. Para poder solucionar éste problema se adoptó una solución de la que nace el concepto de scatternet.
Las unidades que se encuentran en el mismo radio de cobertura pueden establecer potencialmente comunicaciones entre ellas. Sin embargo, sólo aquellas unidades que realmente quieran intercambiar información comparten un mismo canal creando la piconet.
Éste hecho permite que se creen varias piconets en áreas de cobertura superpuestas. A un grupo de piconets se le llama scatternet. El rendimiento, en conjunto e individualmente de los usuarios de una scatternet es mayor que el que tiene cada usuario cuando participa en un mismo canal de 1 MHz. Además, estadísticamente se obtienen ganancias por multiplexión y rechazo de canales salto. Debido a que individualmente cada piconet tiene un salto de frecuencia diferente, diferentes piconets pueden usar simultáneamente diferentes canales de salto.
Hemos de tener en cuenta que cuantas más piconets se añaden a la scatternet el rendimiento del sistema FH disminuye poco a poco, habiendo una reducción por término medio del 10%.
Sin embargo el rendimiento que finalmente se obtiene de múltiples piconets supera al de una simple piconet.
Comunicación inter-piconet
En un conjunto de varias piconets, éstas seleccionan diferentes saltos de frecuencia y están controladas por diferentes maestros, por lo que si un mismo canal de salto es compartido temporalmente por piconets independientes, los paquetes de datos podrán ser distinguidos por el código de acceso que les precede, que es único en cada piconet.
La sincronización de varias piconets no está permitida en la banda ISM. Sin embargo, las unidades pueden participar en diferentes piconets en base a un sistema TDM (múltiplexión por división de tiempo). Esto es, una unidad participa secuencialmente en diferentes piconets, a condición de que ésta sólo se activa en una al mismo tiempo. Una unidad al incorporarse a una nueva piconet debe modificar el offset (ajuste interno) de su reloj para minimizar la deriva entre su reloj nativo y el del, por lo que gracias a éste sistema se puede participar en varias piconets realizando cada vez los ajustes correspondientes una vez conocidos los diferentes parámetros de la piconet.
Cuando una unidad abandona una piconet, la esclava informa al maestro actual que ésta no estará disponible por un determinado período, que será en el que estará activa en otra piconet.
Durante su ausencia, el tráfico en la piconet entre el maestro y otros esclavos continúa igualmente.
De la misma manera que una esclava puede cambiar de una piconet a otra, una maestra también lo puede hacer, con la diferencia de que el tráfico de la piconet se suspende hasta la vuelta de la unidad maestra. La maestra que entra en una nueva piconet, en principio, lo hace como esclava, a no ser que posteriormente ésta solicite actuar como maestra.
¿Cuáles son los protocolos?
Los protocolos son los dispositivos que intercambian la información. Para cada tipo de tecnología de red, incluyendo la especificación del Bluetooth, donde los protocolos de los sistemas o de las reglas definen exactamente como los mensajes pasan sobre el acoplamiento.
El protocolo define el formato de estos mensajes, incluyendo la dirección, control del error y datos del usuario. Los protocolos que definen el tráfico se pasan sobre el acoplamiento como los protocolos que observamos cada día. Por ejemplo, al conducir un coche hacia una intersección ocupada, sabemos observando el protocolo exhibido por el semáforo; el verde para - avanza, amarillo para – precaución, y rojo para - alto.
En los casos raros cuando encontramos secciones sin los semáforos, hay confusión general entre los conductores ya que no se sabe que vehículo debe ir después. Cuando sucede esto, el tráfico del flujo puede ser muy lento, especialmente si ocurren las colisiones. Si usted viaja en este camino, arriesga su llegada para una reunión.
Sin protocolos generalmente aceptados, una red no trabajaría correctamente porque los fabricantes de hardware y los reveladores del software todos estarían haciendo cosas a su propia manera. El resultado sería productos propietarios incapaces para comunicar el excedente de la misma red. Hasta que el trabajo comenzó en los últimos años 60 en cual era convertirse en el protocolo del control de la transmisión/el Protocolo de Internet (TCP/IP), las computadoras se basaron en plataformas propietarias, con el resultado que ellas no podía intercambiar la información a través de diversas plataformas sobre una red de trabajo.
Hoy, virtualmente todas las computadoras de cualquier marca y el modelo incluyen un Protocolo de Internet TCP/IP así que pueden llegar a ser interoperable cuando están conectadas con el Internet. A través del stack común del TCP/IP instalado en todas las computadoras, pueden intercambiar la información y tener varios accesos fácilmente y rápidamente.
A mediados de los 1970 s, las organizaciones de estándares internacionales tomó la tarea de convertir en un modelo genérico de la referencia llamó el Open Systems Interconnection (OSI). El modelo proporciona un marco útil para visuali zar las comunicaciones, el proceso y productos al comparar los términos de la conformidad de los estándares y del potencial de la interoperabilidad. Esta estructura no sólo ayuda a usuarios visualizar el proceso de las comunicaciones, provee a vendedores los medios para dividir y asignar varios requisitos de las comunicaciones en segmentos dentro de un formato realizable. Esto puede reducir mucha de la confusión asociada normalmente co n la tarea compleja de apoyar comunicaciones acertadas.
Interconexión de sistema abierto (OSI)
El modelo OSI fue publicado por la organización internacional para la estandarización (ISO) en 1974. El propósito del modelo de las siete capas era separar las funciones de la red para
promover el ínter operación de la capacidad entre los productos de diversos vendedores (tabla 2.1). Cada capa contribuye las funciones del protocolo que juntas aseguran el error de
intercambio de la información libre entre los dispositivos interconectados.
Capas del modelo OSI Descripción Funciones incluidas Aplicación Define la manera en la que
las aplicaciones interactúan recíprocamente con la red
Correo electrónico, transferencia de archivos, emulación terminal
Presentación Define la manera de la cual
se ajustan al formato los datos, presentado,
convertido y codificado
Traducción de código de carácter, conversión de los datos, datos compresión, cifrado de datos.
Sesión Define los procesos para el establecer, mantener y desconectar al acoplamiento de la comunicación entre los dispositivos de una red
Sincronización de datos,
nombre, lookup,
autentificación, registro
Transporte Define los procedimientos para asegurar la transmisión de los datos
Paquete
ensamble/desensamble, control del paquete de error, secuencia del paquete, retransmisión.
Red Define los procedimientos
para el encaminamiento de datos a través del sistema para el correcto destino del nodo
Física/dirección lógica, calidad del servicio, selección de la ruta
Datos Valida la integridad del flujo de datos a partir de un nodo a otro sincronizando bloques de datos y controlando el flujo de datos
el conjunto del montaje/
desmontaje, enmarca error- control, retransmisión de la trama
Física Define las características físicas y eléctricas del excedente del medio que los datos bajo la forma de 1s y 0s se transmiten
Atando con alambre (incluyendo el pin definiciones para los conectadores del cable), la red interconecta, la transmisión/recepción que señala, detección de señalar errores en el medio
Tabla. 2.1. Resumen de las 7 capas del Modelo OSI
Desde que fue publicado, el modelo OSI ha influenciado el desarrollo de cada tecnología de red abierta, incluyendo tecnología inalámbrica Bluetooth. Aun cuando la arquitectura de Bluetooth tiene su propio protocolo, reutiliza protocolos existentes en lo más alto de las capas. La reutilización de protocolos ayuda a adaptar usos existentes (de la herencia) al trabajo con la tecnología de la radio de Bluetooth.
Capa de Aplicación
La capa más alta del modelo OSI es la capa de aplicación se utiliza para los usos que se escriben específicamente al funcionamiento encima de la red. Cuando los programadores escriben los usos que requieren servicios de red, ésta es la capa que el programa de uso tendrá acceso. Específicamente, esta capa proporciona los servicios que apoyan directamente a usuarios, tales como correo electrónico, el acceso, y las transferencias de archivo (Fig. 2.5.).
Acordando para el modelo OSI, cada tipo de uso debe emplear su propio protocolo de la capa 7. Con la variedad amplia de disponibles usos, la capa 7 ofrece las definiciones para cada uno, incluyendo:
- El compartir el recurso.
- Acceso remoto del archivo.
- Acceso remoto de la impresora.
- Comunicación entre procesos.
Fig. 2.5.
Capa de presentación
La capa 6 se ocupa del formato y de la representación de los datos que utilizan las aplicaciones; específicamente controla los formatos de pantallas y archivos (Fig. 2.6.). La capa 6 define las cosas tales como la sintaxis, códigos de control, gráficos especiales, y juegos de caracteres. Este nivel también se determina cómo las secuencias alfabéticas variables serán transmitidas, cómo los números binarios serán presentados, y cómo los datos serán ajustados a formato.
Fig. 2.6.
La capa de presentación ajusta a formato los datos que se presentarán a la capa de aplicación.
Puede ser visto como el traductor para la red. Esta capa puede transportar los últimos datos de un formato usado por la aplicación acode en un formato común en la estación que envía, y después traduce el formato a un formato de aplicación en la recepción de la estación. La capa de presentación incluye:
- Traducción de código de carácter: Por ejemplo, ASCII al EBCDIC.
- Conversión de datos: Orden del Bit, retorno del carro (CR) o carro vuelta/ punto del avance de línea (CR/LF), del número-flotación, y otras funciones.
- Compresión de datos: Esto reduce el número de los bits que necesitan transmitirse en la red.
- Cifrado de datos: Esto cifra los datos para la seguridad.
Capa de sesión
La capa de sesión maneja comunicaciones; por ejemplo, instala, mantiene, y termina los circuitos virtuales entre enviar y recibir dispositivos (Fig. 2.7.). Fija los límites para el comienzo y el extremo de los mensajes, y establecen cómo los mensajes serán enviados: mitad-dúplex, con cada uno la computadora toma las vueltas que envían y que reciben, o full-dúplex, con cada computadora que envía y que recibe en el mismo tiempo. Estos detalles se negocian durante la iniciación de la sesión.
Capa de sesión del Modelo OSI:
- Reconocimiento del mensaje: de extremo a extremo, proporciona entrega confiable del mensaje con reconocimientos.
- Control de tráfico de mensaje: reiniciando se transmite cuando no hay almacenadores intermediarios de mensaje disponibles.
- Multiplexación de la sesión: Esto interpola varias corrientes del mensaje, o las sesiones, sobre un acoplamiento lógico y no pierde de vista que los mensajes pertenezcan a otras sesiones (véase la capa de sesión).
Fig. 2.7.
La capa de sesión per mite el establecimiento de la sesión entre los procesos del funcionamiento en diversas estaciones. Específicamente, lo que la capa de sesión proporciona.
- Establecimiento, mantenimiento, y terminación de la sesión: Esto permite que dos procesos de aplicación en diversas máquinas establezcan la aplicación, y final de una conexión llamada sesión.
- Sesión soportada: Esta se realiza c o n la s funciones que permiten los procesos a comunicarse sobre la red: a ute n ti fi c a c i ó n, reconocimiento del propósito de la seguridad, conocer, registrar, y otras funciones. La sincronización de los datos y la revisión del punteo se hacen en esta capa, de modo que cuando un acoplamiento se recupera a fal ta de los datos enviados, después de que el acoplamiento fallara se tiene la necesidad de ser retransmitido.
Capa de transporte
Capa 4 transporte fin – a - fin (Fig. 2.8.). De extremo a extremo entrega ordenada confiable, la capa de transporte forma esta función. Por ejemplo, cada paquete de un mensaje puede seguir una diversa ruta a través de la red para que guarde su destino. La capa de transporte reestablece el paquete. En esta capa, los datos perdidos se recuperan y fluyen en la ejecución. Con control de flujo, el índice de datos ajustado para prevenir cantidades excesivas de datos de sobrecargar los realmacenadores intermediarios del trabajo.
La capa 4 puede también apoyar el transporte de los datagramas, transacciones al no ser retransmitido se pierden los datos. Esto se requiere para la voz y el vídeo, que pueden tolerar la pérdida de información, pero se necesita tener punto bajo retrasado y variación baja en tiempo de la transmisión. Esta flexibilidad es el resultado de los protocolos puestos en ejecución en esta capa, extendiéndose de los cinco modelos OSI protocolos-TPO a TP4-to TCP y UDP en la habitación del TCP/IP, y muchos otros en habitaciones propietarias. Algunos de estos protocolos no se realiza la retransmisión, ordenar, sumas de comprobación, y control de flujo. Específicamente, la capa de transporte lo proporciona.
Fig. 2.8.
Segmentación del mensaje- Esto acepta un mensaje del (la sesión) acorde sobre el mensaje, fractura el mensaje en unidades más pequeñas (aun más pequeño), y pasa las unidades más pequeñas debajo de la capa de red. La capa de transporte en la estación de destino vuelve a montar el mensaje.
Capa de red
La capa de red ajusta a formato los datos en los paquetes, agrega un jefe que contiene la secuencia del paquete y la dirección del dispositivo de recepción, y especifica los servicios requeridos de la red (Fig. 2.9.). La red hace el encaminamiento para emparejar el requisito del servicio. Se ahorra a veces en el nodo una copia de cada paquete que envía hasta que recibe la confirmación que ha llegado en el nodo siguiente como se hace en las redes packet-switched X.25. Cuando un nodo recibe paquete, busca una tabla de encaminamiento para determinar la mejor trayectoria para el destino del paquete sin el orden en el mensaje.
Fig. 2.9.
En una red donde no todos los nodos pueden comunicarse directamente, la capa de red toma el cuidado de los paquetes del encaminamiento con intervención de los nodos. Los nodos que intervienen pueden reencaminar el mensaje para evitar faltas de la congestión o del nodo.
Específicamente, la capa de red proporciona:
- Encaminamiento: Esto encamina tramas entre nodos de red.
- Control de tráfico del Subnet: Rebajadoras (sistema intermedio de la capa de red) pueden mandar a una estación que envía a la escala detrás sus transmisiones del buffer cuando el almacenador intermediario del router llena para arriba.
- Fragmentación de Frame: Si se determina abajo el tamaño del Máximo de Transmisión de la unidad de los router (MTU) es menos que enmarque el tamaño, un router puede hacer fragmentos de un marco para la transmisión y los junta en la estación de destino.
- Dirección Lógico-físico: Esto traduce direcciones, lógicas o nombres, en direcciones físicas.
- Contabilidad del uso del Subnet: Esto tiene funciones de contabilizar para que no pierda de vista los marcos remitidos por los sistemas intermedios del subnet, para la información de la facturación del producto.
Capa de Datos - Acoplamiento
Todos los protocolos de comunicaciones modernos, el wire-line o los puentes de comunicaciones inalámbricas, utiliza los servicios definidos en la capa 2, incluyendo el protocolo de Bluetooth (Fig. 2.10.).
Fig. 2.10.
La capa 2 no sabe lo que encapsula, la información o los paquetes el medio o dónde se dirigen. Redes que pueden tolerar la carencia de la información es recompensada por la transmisión baja retrasada. Específicamente, las funciones proporcionadas por la capa de transmisión de datos incluyen:
- Establecimiento y terminación de acoplamiento: Esto establece y ter mina el acoplamiento lógico entre dos nodos.
- Control de tráfico del capítulo: Esto dice el nodo que transmite a la parte posterior cuando no hay almacenadores intermediarios de tramas disponibles.
- Secuencia de Frame: Esto transmite/recibe tramas secuencialmente.
- Reconocimiento de Frame: Esto proporciona/cuenta el reconocimiento. Detecta y se recupera de los errores que ocurren en la capa física de la retransmisión de marcos no reconocidos y dirigiéndolos duplicados a frame.
- Delimitar frame: Esto crea y reconoce límites de la trama.
- Error de Frame: Esto comprueba los frame recibidos o integridad de frame.
- Gerencia del acceso de los medios: Esto se determina cuando el nodo tiene el derecho de utilizar el medio físico.