Propuesta de métodos para el diseño de redes de transmisión de datos inalámbricos

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Propuesta de métodos para el diseño de redes de transmisión de datos inalámbricos”. Autor: N`kupete Lagos Lidimu Tutor: MsC. José de las Nieves Rodríguez Sánchez. Santa Clara Curso 2014-2015 "Año 57 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Propuesta de métodos para el diseño de redes de transmisión de datos inalámbricos” Autor: N`kupete Lagos Lidimu E-mail: [email protected] Tutor: MsC. José de las Nieves Rodríguez Sánchez Jefe del Grupo de Fibra Óptica de la Provincia de Villa Clara. ETECSA. E-mail: [email protected]. Santa Clara Curso 2014-2015 "Año 57 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Tu tiempo es limitado, no lo malgastes viviendo la vida de alguien distinto. No quedes atrapado en dogma, el cual es vivir como otros piensan que deberías. No dejes que el ruido de las opiniones de los demás callen tu propia voz interior. Y lo más importante, ten coraje para hacer lo que tu corazón y tu intuición te dicen. Ellos ya saben de algún modo en que quieres convertirte realmente. Todo lo demás es secundario”. Steve Jobs.

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres Lagos y Teresa Lidimu y a mis hermanos, que son la razón de mi existencia, personalidad y ética, pues siempre pusieron la educación ante todo. Por último y no menos importante, a Ercília Lopes, mi prometida, por su amor, paciencia y creencia en mí persona, porque siempre tuvo una palabra de aliento en los momentos difíciles a lo largo de mi carrera universitaria y vida social. Por ellos y para ellos, hoy hago realidad una de mis metas. ..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a Dios. A mis padres por traerme al mundo, por haber creado a sus hijos en un hogar con un ambiente alegre y saludable, donde nada faltó. A mi prometida que mi completa por, más que novia, haber sido, mi mejor amiga y compañera de los malos momentos que pasamos y de los buenos que aún están por venir. A toda mi familia, que hacen de mí una mejor persona. A mis compatriotas que me acompañaron desde la preparatoria en esta jornada estudiantil. Al Departamento de Atención a Estudiantes Extranjeros. A mis colegas por el apoyo aportado a lo largo de los años y por la amistad. A mi amigo, el alcalde Anacleto. Al colectivo de profesores que colaboraron en mi formación. A la Revolución Cubana por darme la oportunidad de superarme intelectualmente. A mi tutor José de las Nieves por la ayuda brindada. También quiero agradecer a quienes en algún momento negaron su apoyo, pues asimismo me ayudaron a fortalecer, a ser quien soy.. Muchas Gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Revisión de documentos actualizados sobre los componentes integrales de una red de transmisión de datos inalámbricos. 2. Comparación entre los fabricantes de AP y fibra óptica, en una red de transmisión de datos inalámbricos en el mundo y en Cuba. 3. Proponer los métodos y consideraciones para las redes de transmisión, de transporte e inalámbricas. 4. Evaluación de los resultados obtenidos en los diferentes escenarios mediante el Software Opnet Modeler versión 17.5. 5. Elaboración del informe del trabajo de diploma.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. En el presente trabajo, se realizó un estudio de las redes de transmisión de datos inalámbricos que existen en Cuba, así como las existentes a nivel internacional. Se ofrece información de algunas tecnologías de acceso de banda ancha inalámbrica que se ajustan a la realidad cubana. Además, se llevan a cabo una serie de simulaciones del proyecto desarrollado con la herramienta de modelación y simulación OPNET Modeler versión 17.5. Para desarrollar el trabajo fue necesario hacer una búsqueda de información que permitiera conformar el marco teórico y conceptual de la investigación. Se utilizó como base de la fundamentación de métodos y consideraciones para el diseño de una red de transmisión de datos inalámbricos de alta velocidad en Cuba, ilustrada a través de gráficas. También se obtuvo habilidades relevantes en el uso de herramientas de modelación y simulación para evaluar el comportamiento de los perfiles y aplicaciones configuradas en una red. Brindando cada una de ellas aportes para el conocimiento del desempeño de una red en cuanto a perfiles, tráfico de aplicaciones, comportamiento de los enlaces, según la configuración y topología de la red modelada..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ...................................................................................................................................... i DEDICATORIA ...................................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................................. iv RESUMEN................................................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................1 Organización del informe......................................................................................................................3 CAPITULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISIÓN DE DATOS INALÁMBRICA ......................................................................................................................................4 Red de transporte ......................................................................................................................................4 1.1. Antecedentes del cable de fibra óptica .......................................................................................4. 1.2. Estructura de la fibra ..................................................................................................................4. Componentes de fibra óptica.............................................................................................................5 1.2.1 Conectores ................................................................................................................................5 1.2.2 Empalmes .................................................................................................................................6 1.3 Redes Ópticas Pasivas (PON) .........................................................................................................6 1.3.1 Gigabit PON (GPON) ..............................................................................................................7 1.3.2 Funcionamiento de GPON .......................................................................................................7.

(10) vii 1.4 Degradación de la señal ..................................................................................................................7 1.5. Efectos lineales ...........................................................................................................................8. 1.5.1. Atenuación ..........................................................................................................................8. 1.5.2. Dispersión .........................................................................................................................10. 1.5.2.1. Dispersión modal ...........................................................................................................10. 1.5.2.2. Dispersión cromática .....................................................................................................11. 1.5.2.3. Dispersión PMD ............................................................................................................11. 1.5.2.4. Efectos de la dispersión .................................................................................................12. 1.6. Velocidad de transmisión .........................................................................................................13. 1.7. Características de transmisión ..................................................................................................13. 1.8 Apertura Numérica (AN) ..............................................................................................................14 Red inalámbrica ..................................................................................................................................15 1.9. WLAN/WMAN ........................................................................................................................15. 1.10. Seguridad en tecnologías inalámbricas .................................................................................17. 1.11. Wi - fi (Wireless Fidelity).....................................................................................................17. 1.12. WiMAX ................................................................................................................................18. 1.12.1 EMAX ...............................................................................................................................18 1.13. MIMO ...................................................................................................................................18. 1.14. Red de datos ..........................................................................................................................19. 1.14.1 Requisitos de la comunicación de datos. ..........................................................................19 1.14.2 Clasificación de las redes de comunicación de datos .......................................................20 1.14.3 Redes de telecomunicación ...............................................................................................20 1.12.1 Técnica de modulación digital en amplitud (ASK) ..........................................................21 1.12.2 Modulación digital en frecuencia (FSK) ...........................................................................21.

(11) viii 1.12.3 Modulación digital en fase (PSK) .....................................................................................22 1.13. El protocolo TCP/IP .............................................................................................................23. 1.14. Topologías de red .................................................................................................................23. 1.14.1 Configuración en estrella ..................................................................................................23 1.14.2 Configuración en anillo .....................................................................................................24 1.14.3 Configuración en bus. .......................................................................................................25 1.15. Interconexión de redes de área local .....................................................................................25. 1.15.1 Frame Relay ......................................................................................................................25 1.15.2 ATM ..................................................................................................................................26 1.15.3 MPLS ................................................................................................................................26 1.15.3.1 1.16. Operación MPLS ...........................................................................................................27. Conclusiones parciales del capítulo ......................................................................................28. CAPÍTULO 2. EQUIPAMIENTO A UTILIZAR EN UNA REDE DE ACCESO A ALTA VELOCIDAD .........................................................................................................................................29 2.1. Fabricantes de AP .....................................................................................................................29. 2.1.1. NETGEAR ........................................................................................................................29. 2.1.2. CISCO ...............................................................................................................................30. 2.1.3 HUAWEI ...............................................................................................................................32 2.1.4. Tablas comparativas y selección de los fabricantes de AP ...............................................33. 2.1.5. Justificación ......................................................................................................................33. 2.2. Fabricantes de cable de fibra óptica .........................................................................................34. 2.2.1. FURUKAWA....................................................................................................................34. 2.2.2. DRAKA ............................................................................................................................35. 2.2.3. CORNING ........................................................................................................................37. 2.2.4. Tablas comparativas y selección de los fabricantes de fibra óptica ..................................38.

(12) ix 2.2.5 2.3. Software OPNET Modeler 17.5 ...............................................................................................39. 2.3.1 2.4. Justificación ......................................................................................................................39. Modos de simulación en OPNET......................................................................................39. Conclusiones parciales del capitulo .........................................................................................41. CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE MÉTODOS PARA EL DISEÑO DE REDES DE TRANSMISIÓN DE DATOS INALÁMBRICOS..............................................................................................................42 3.1. Método general a implementar .................................................................................................42. 3.1.1. Estudio y análisis de la topología de las redes existentes .................................................42. 3.1.2. Estudio y análisis de las tecnologías de redes de acesso inalámbricas en la actualidad ..42. 3.1.3. Proceso de proyecto e implementación de la red ..............................................................42. 3.2. Diagrama en bloque..................................................................................................................43. 3.2.1. Consideraciones para selección de la red de transporte ....................................................43. 3.2.2. Consideraciones para selección de la red inalambrica ......................................................43. 3.3. Topología General ....................................................................................................................44. 3.4. Topología específica.................................................................................................................44. 3.5. Propuesta de diseño de la red ...................................................................................................45. 3.5.1. Estructura ..........................................................................................................................45. 3.5.2. Despliegue inalámbrico.....................................................................................................46. 3.5.3. Topología ..........................................................................................................................46. 3.5.4. Selección de la tecnología .................................................................................................46. 3.5.5. Consideraciones de tráfico ................................................................................................46. 3.5.6. Selección de estadísticas y recolección de datos ..............................................................46. 3.5.7. Análisis y valoración .........................................................................................................46. Aplicaciones ............................................................................................................................................47 3.6. Email ........................................................................................................................................47.

(13) x 3.6.1. Tiempos de respuesta de descarga y Tiempos de Respuesta de subida en la red .............47. 3.6.2. Tráfico Recibido y tráfico enviado en la red .....................................................................48. 3.6.3. Retardo en la red ...............................................................................................................49. 3.7. FTP ...........................................................................................................................................50. 3.7.1. Tiempos de respuesta de descarga y Tiempos de Respuesta de subida en la red .............50. 3.7.2. Tráfico Recibido y tráfico enviado ...................................................................................52. 3.8. HTTP ........................................................................................................................................53. 3.8.1. Tiempo de respuesta de un objeto y Tiempo de Respuesta de una pagina .......................53. 3.8.2. Retardo en la red inalámbrica ...........................................................................................54. 3.8.3. Carga en la red inalámbrica ..............................................................................................55. 3.8.4. Retardo en cola punto a punto...........................................................................................55. 3.8.5. Throughput punto a punto .................................................................................................56. 3.6 Impacto socio-económico .............................................................................................................57 3.7. Conclusiones parciales del capítulo .........................................................................................58. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................................................................................59 Conclusiones .......................................................................................................................................59 Recomendaciones................................................................................................................................59 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................60 GLOSARIO ............................................................................................................................................63 ANEXOS ................................................................................................................................................66 Anexo 1 ...............................................................................................................................................66 Anexo 2 ...............................................................................................................................................66 Anexo 3 ...............................................................................................................................................67 Anexo 4 ...............................................................................................................................................67.

(14) xi Anexo 5 ...............................................................................................................................................68 Anexo 6 ...............................................................................................................................................68 Anexo 7 ...............................................................................................................................................69 Anexo 8 ...............................................................................................................................................69 Anexo 9 ...............................................................................................................................................71 Anexo 10 .............................................................................................................................................71 Anexo 11 .............................................................................................................................................73.

(15) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Con el desarrollo de las tecnologías de redes de transmisión de datos inalámbricos a alta velocidad se incrementó la disponibilidad de los cables de fibra óptica y se mejoró la velocidad de conectividad. Las redes sobre fibra óptica se han convertido actualmente en una variante muy necesaria para el transporte de datos a gran velocidad, estas redes van en aumento según se incrementa la demanda de ancho de banda, con ello la instalación de nuevos tipos de cables de fibra óptica que cumplan con los requisitos establecidos por esta tecnología. La red nacional de transporte por fibra óptica desplegada por ETECSA presenta un alto nivel de saturación debido a la poca cantidad de enlaces entre elementos de red y los niveles de protección de los servicios. Debido a la evolución y a la oferta comercial de nuevos servicios informáticos de valor agregado, tales como video bajo demanda, videoconferencia remota, telemedicina, aplicaciones multimedia, entre otros, las empresas de telecomunicaciones y operadores, han tenido que implementar nuevas tecnologías de transmisión de datos sobre los enlaces de fibra óptica existentes para así soportar grandes requerimientos de ancho de banda. En el diseño y en la implementación de las redes normalmente se busca bajar costos, como los derivados de la operación de la red y de las obras de instalación de fibra óptica. Las redes inalámbricas de área local (WLAN) tienen un papel importante en las comunicaciones del mundo de hoy. Debido a su facilidad de instalación y conexión, se han convertido en una excelente alternativa para ofrecer conectividad en lugares donde resulta inconveniente o imposible brindar servicio con una red alambrada (LAN). Hoy en día, las redes WLANs son instaladas en universidades, oficinas, hogares y en espacios públicos. Las WLANs típicamente consisten de dispositivos como teléfonos móviles celulares, tabletas, computadoras portátiles o de escritorio que se conectan a dispositivos fijos llamados "puntos de acceso o AP" (access points) vía señales de radio o infrarrojo..

(16) INTRODUCCIÓN. 2. El empleo de las herramientas de Modelación y Simulación de Redes para la enseñanza de los Sistemas de Telecomunicaciones, exige nuevos retos de actualización ante el desarrollo tecnológico. Tomando en cuenta estos antecedentes, para el presente trabajo de diploma se define la siguiente situación problemática:  Existe una gran necesidad de la sociedad, al acceso a las Redes informáticas públicas, precisamente en este momento en Cuba, el internet está restringida mayoritariamente a pocos telepuntos de Etecsa y Cimex, empresas e instituciones y en su minoría a algunos clientes particulares en sus hogares. De la problemática anteriormente planteada surgió la siguiente hipótesis:  La creación de una red de datos inalámbricos, posibilitará una transmisión de datos a alta velocidad al alcance del público. Objeto de la investigación: Redes de transmisión de datos inalámbricos. Campo de la Investigación: Métodos y consideraciones para el diseño de una red con la herramienta de modelación y simulación OPNET Modeler versión 17.5. •. En este trabajo de diploma se plantea como objetivo general, proponer métodos para el diseño de una red de transmisión de datos inalámbricos.. Para dar cumplimiento al anterior objetivo, el mismo se ha subdividido en los objetivos específicos siguientes: 1. Analizar los componentes integrales de una red de transmisión de datos inalámbricos. 2. Comparar los fabricantes de componentes de una red de transmisión de datos inalámbricos en el mundo. 3. Describir los métodos, pasos y consideraciones para implementar una red de datos inalámbricos en Cuba. 4. Proponer un diseño de una red de datos inalámbricos..

(17) INTRODUCCIÓN. 3. Organización del informe Este trabajo está estructurado de la siguiente manera: introducción, desarrollo, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas, anexos y glosario. En la introducción queda definida la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda y se hace alusión a los elementos del diseño. En el Capítulo I se realiza la revisión bibliográfica del fundamento teórico sobre redes de transmisión de datos inalámbricos. En el Capítulo II se desarrollan las comparaciones de los fabricantes de componentes de la red y también se introduce la herramienta de Modelación y Simulación OPNET Modeler versión 17.5. Por último, en el tercer capítulo, se propone la guía de pasos para implementar una red y se evalúan los resultados alcanzados a través de graficas con el software OPNET 17.5..

(18) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. CAPITULO. 1.. FUNDAMENTO. TEÓRICO. SOBRE. RED. 4. DE. TRANSMISIÓN DE DATOS INALÁMBRICA En el presente capítulo se realiza una valoración de los contenidos relacionados con, las redes de transmisión de datos, redes de transporte y redes inalámbricas.. Red de transporte 1.1 Antecedentes del cable de fibra óptica La historia de la comunicación por fibra óptica es relativamente corta. Fue en 1972 cuando los laboratorios americanos de Corning Glass Works anunciaron la puesta a punto de fibras ópticas de sílice dopado monomodo, cuya atenuación no superaba los 20dB/Km. En 1975, se instaló un sistema de prueba por la marca Corning en China, dos años después en Inglaterra. El mismo año ya se producían cantidades importantes de pedidos de este material. Antes en 1959, como derivación 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 y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en dicha fuente. Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica enfocaron todos sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la 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. 1.2 Estructura de la fibra La fibra óptica es un material, utilizado principalmente como medio de transmisión guidado, que transporta las señales en forma de luz. La misma está constituida por un núcleo de cristal por el que se envía un haz de naturaleza óptica y se basa en el principio de reflexión total para guiar la luz. El núcleo puede estar rodeado por otro cristal o plástico con propiedades ópticas distintas al núcleo, de esta.

(19) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 5. forma se consigue el fenómeno de la reflexión total, ya que este se da cuando el índice de refracción del núcleo (por donde viajará la luz) es mayor que el medio que le rodea. Básicamente, en las fibras ópticas los rayos de luz que inciden con un determinado ángulo en el núcleo se reflejan y se propagan dentro del núcleo, para otros ángulos de incidencia, los haces de luz serán absorbidos por el material que forma el revestimiento (ver figura 1.1). Algunas fibras de vidrio tienen un diámetro de núcleo entre 50 y 64 micras y tienen un índice de refracción de tipo gradual o escalonado. Ahora que ya tenemos el núcleo y con el fin de retener la luz dentro de él, necesitamos recubrirlo con alguna clase de material, de un índice de refracción diferente. Si no lo hacemos, no se obtendrían las reflexiones necesarias en la unión de ambos materiales. De este modo, se ha formado otro revestimiento en el núcleo que se denomina cubierta (silicona) y que tiene un índice de refracción menor que el del propio núcleo. Encima del revestimiento se coloca una capa acrílica, destinada a la protección contra la humedad y para darle mayor flexibilidad a la fibra óptica (POMARES, 2010).. Figura 1.1 Estructura básica de una fibra óptica. Fuente: (Elaboración propia) Componentes de fibra óptica 1.2.1 Conectores Son conexiones temporales de fibras ópticas para conectarlas o desconectarlas de un transmisor, receptor o cualquier otro equipo o dispositivo (ver figura 1.2). Este sistema debe tener una precisión grande para evitar la atenuación de la luz. Suelen emplear los denominados Lentes Colimadores, produciendo pérdidas menores de 1 dB. Las fibras monomodo necesitan una precisión más alta en su alineación (HERRERA, 2008)..

(20) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. FDDI - Se usa para redes de fibra óptica de datos. 6. SC - Se utilizan para la transmisión de datos. Figura 1.2 Conectores de fibra óptica FDDI y SC 1.2.2 Empalmes Son interconexiones permanentes entre fibras. En este caso, los núcleos de las fibras que se unan deben estar perfectamente alineados a fin de que no se produzca ninguna pérdida. Dentro de los empalmes, existen dos formas de los mismos. Los primeros son los empalmes por fusión, en la cual las dos fibras ópticas son calentadas hasta obtener el punto de fusión, y ambas quedan unidas. Este método siempre tiene una ligera pérdida de 0.2 dB. El segundo tipo es el empalme mecánico, en el cual, por elementos de sujeción mecánicos, las puntas adecuadamente cortadas de las fibras se unen, permitiendo el pasaje de la luz de una fibra a otra. La pérdida de información en este segundo caso es ligeramente mayor al primero, de 0.5 dB ( HERRERA, 2008). 1.3 Redes Ópticas Pasivas (PON) PON es una tecnología punto-multipunto, todas sus transmisiones se realizan entre la OLT, localizada en el nodo óptico u oficina central y el terminal de usuario. Estas son redes implementadas sobre fibras ópticas, donde todos los componentes de distribución son pasivos, compuestas fundamentalmente por:  OLT (Terminal de Línea Óptico, de las siglas en inglés Optical Line Termination).  ONT (Terminal de Red Óptico, del inglés Optical Network Termination).  MDU (Unidad Remota Multiusuario, derivado del inglés Multi Dwelling Unit).  ONU (Unidad de Red Óptica, provenido del inglés Optical Network Unit)..

(21) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 7.  SPLITTER divisor óptico. 1.3.1 Gigabit PON (GPON) GPON es una tecnología que permite una convergencia total de todos los servicios de telecomunicaciones sobre una única infraestructura de red basada en IP. Es una red de fibra totalmente pasiva, no existen repetidores dentro de la red y tampoco fuentes de poder intermedias, solo splitters, acopladores y atenuadores (CEVALLOS y MONTALVO, 2010). 1.3.2 Funcionamiento de GPON Tanto para el sentido ascendente como para el descendente, la información viaja sobre un mismo hilo de fibra; esto gracias a la técnica de multiplexación WDM, que permite enviar tres longitudes de onda sobre un hilo de fibra, los intervalos de trabajo de estas longitudes de onda son (ITU-T, 2008): 1480 – 1500 (1490 ± 50) nm para el canal descendente de datos. 1260 – 1360 (1310 ± 50) nm para el canal ascendente de datos. 1550 – 1560 nm para multicast (difusión múltiple) de video. 1.4 Degradación de la señal La fibra óptica posee extraordinarias ventajas sobre otros tipos de canales de comunicación, como por ejemplo, la capacidad de transmitir altas cantidades de información a muy bajas pérdidas, a velocidades muy altas, un tamaño y una flexibilidad más conveniente, además de poseer una confiabilidad que otros medios no son capaces de proveer. A pesar de sus excelentes propiedades, existen efectos y parámetros críticos que limitan la distancia de los repetidores, amplificadores y el ancho de banda de la fibra, que causan la necesidad de incorporar en los enlaces ciertos elementos que permitan producir una correcta transmisión de información. En un sistema hay muchos parámetros que pueden afectar, algunos de ellos son mencionados en este trabajo, los otros efectos que producen problemas se pueden separar en dos grandes grupos, los efectos lineales y los no lineales, pero solo mencionaremos los efectos más relevantes, los lineales (BOCALANDRO, 2010)..

(22) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 8. 1.5 Efectos lineales Estos efectos son los más conocidos en el estudio de las fibras ópticas, se trata de aquellos fenómenos que pueden ser modelados por sistemas o ecuaciones lineales, de ahí su nombre. Se hará referencia a los efectos lineales más conocidos en las fibras. 1.5.1 Atenuación La transmisión de luz a través de las fibras ópticas no está desprovista de pérdidas, por varias razones: una causa es la absorción producida por la composición de la fibra, que se manifiesta como una disipación de potencia óptica transformada en calor. Otra es la filtración de la luz a través del revestimiento. En una instalación de fibra óptica además de esta, tenemos los empalmes y conectores, por lo que la atenuación total de la instalación se calcula como: A = ncAc + neAe + αL + M Donde: nc - Numero de conector. Ac- Atenuación de conector. ne - Numero de empalme. Ae - Atenuación de empalme. α - Coeficiente de atenuación de la fibra óptica L - Longitud de la instalación M (Margen) – Atenuación extra que se introduce en la fórmula para compensar posibles defectos en la instalación y en la explotación, además del envejecimiento de la fibra, donde normalmente se escoge la 3dB. Ac y Ae - Dependen de la norma de cada empresa, País y las recomendaciones internacionales. α - Es un dato del fabricante, pero las recomendaciones internacionales exigen <0.4 dB/Km para la ventana de 1310 nm y <0.25 dB/Km para la ventana de 1550 nm. Estos datos son los que se usan en el proyecto. Son varios los mecanismos de degradación que contribuyen a esta pérdida de energía, siendo uno de carácter intrínseco a la fibra, tal como la composición del vidrio y otros de origen externo, causados por impurezas, defectos de cableado, de geometría de la fibra, etc. Su consecuencia es que limita la distancia a la que se puede transmitir la señal (GOMEZ, 2007)..

(23) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 9. La medida del coeficiente de atenuación está dada en dB/Km, y se rige por la siguiente ecuación: α (dB/Km) = 10/L log Pi/Po Donde Pi y Po representan las potencias ópticas recibidas y transmitidas (respectivamente) en un enlace, y L el largo de la fibra. Se debe señalar que la atenuación también es dependiente de la longitud de onda. En Cuba se utilizan las fibras ópticas comprendidas en las recomendaciones G.652 B (figura 1.3) y D (figura 1.4). De estas dos la recomendada para trabajar en espectros más amplios es la G.652D. La fibra comprendida en la recomendación G.652C y D, (fibra estándar monomodo con bajo pico de agua traducido del inglés Low Water Peak Standard Single Mode Fiber) se diferencian por la curva de atenuación espectral donde no se aprecian los picos de atenuación producidos por el ión OH (SÁNCHEZ, 2014).. Figura 1.3 Diagrama típico de atenuación de una fibra G.652 A y B. (Fuente: EMCORP, 2013). Figura 1.4 Atenuación espectral G.652 C y D. Fuente: (EMCORE, 2013).

(24) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 10. Las fibras comprendidas en la Rec. de la UIT G652 son óptimas por dispersión para trabajar a 1310 nm (menor atenuación), aunque puede utilizarse en 1550 nm (mayor dispersión), la longitud de onda de dispersión nula está situada en torno a 1300 nm.. 1.5.2 Dispersión Dispersión es el nombre dado a algunos efectos donde diferentes componentes de frecuencia de la señal transmitida viajan a diferentes velocidades, llegando en diferentes tiempos al receptor. Un pulso es transmitido a través de una fibra y se ensancha a lo largo de esta, esto ocurre para señales análogas y digitales. Existen diferentes tipos de dispersión que ocurren en la Fibra Óptica, dos de los más importantes efectos son la dispersión cromática y la dispersión modal (GÓMEZ, 2007). La dispersión modal solo existe en la fibra multimodo, donde los diferentes modos viajan con diferentes velocidades. Las longitudes en enlaces de fibra multimodos son usualmente limitadas por la dispersión modal y no por las pérdidas. Este tipo de dispersión no presenta ningún problema en las fibras monomodo. La principal forma de dispersión en fibras es la dispersión cromática, que tiene un profundo impacto en los sistemas diseñados con fibras monomodo y existe debido a que los diferentes componentes de frecuencia del pulso viajan a distintas velocidades y llegan en diferentes tiempos en el lado receptor. Este tipo de dispersión puede ser causada por las propiedades dispersivas del material (dispersión por guía de ondas). La primera se debe porque en el índice de refracción del silicio, material con que se construyen las fibras, cambia con respecto a la frecuencia óptica de las señales, en cambio la segunda se produce porque las características de propagación de una Fibra Óptica dependen de la longitud de onda. La dispersión usualmente es medida en unidades de ps/(nm-Km), donde ps representa el tiempo de ensanchamiento del pulso, nm representa el ancho espectral del pulso y Km corresponde a la longitud del enlace que cubre la fibra. 1.5.2.1 Dispersión modal La dispersión, también conocida como esparcimiento del pulso, explicada anteriormente es causada por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Es la apertura del impulso de luz y por lo tanto su unidad de medida es (ms/Km)..

(25) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 11. 1.5.2.2 Dispersión cromática Las fibras ópticas sufren otro tipo de dispersión, la cual está asociada al hecho de que las fuentes ópticas no son monocromáticas, a este tipo de dispersión se denomina cromática y se debe principalmente a dos fenómenos físicos:  Dispersión cromática de material  Dispersión cromática de guía-onda Dispersión cromática de material: Los materiales que se emplean para fabricar Fibras Ópticas tienen índices de refracción en función de la longitud de onda, y por lo tanto la velocidad de onda de los fotones es en función de su longitud. La dispersión cromática puede eliminarse utilizando una fuente emisora monocromática tal como un diodo de inyección láser (ILD). Dispersión cromática de guía-onda: Esta clase de distorsión es debido a la anchura espectral de la fuente de luz, cuando el índice de refracción permanece constante. La razón de esto es que la geometría de la fibra causa que la constante de propagación de cada modo cambie con la longitud de onda de la luz. Este tipo de dispersión es prácticamente despreciable. Una comparación de los mecanismos de dispersión que sufre un pulso óptico cuando se propaga a lo largo de una fibra óptica se ilustra en la figura1.5. (Ver anexo 1) 1.5.2.3 Dispersión PMD La dispersión por modo de polarización (PMD) es un tiempo de retardo de grupo diferencial (DGD, Differential Group Delay) entre dos modos ortogonalmente polarizados, que causa la dispersión de los impulsos en los sistemas digitales y distorsiones en los sistemas analógicos. Las causas son que el proceso de fabricación de la fibra provoca modificaciones en las propiedades de la sílice, debido al proceso de estiramiento, sufre tensiones mecánicas y térmicas y no se puede alcanzar simetría perfecta del núcleo y del revestimiento. Como consecuencia las fibras dejan de ser totalmente isótropas, es decir, que tienen propiedades ópticas idénticas en todas las direcciones de la observación presentando una cierta birrefringencia (KUMAR, 2011). Características del PMD: 1. No se especifica para velocidades ≤ a 2,5 Gbit/s..

(26) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 12. 2. Se tiene en cuenta para velocidades > a 2,5 Gbit/s (10 y 40Gbit/s). 3. Menor mientras más monocromática es la fuente. 4. Influye en el ancho de banda. 6. Valores típicos de PMD son: •. G.652 SMF < 0.1  0.2 ps/  km.. •. G.655 NZDSF < 0.04 ps/  km.. 7.. PMD se considera alta cuando > 0.5 ps/  km.. 8.. Los valores pueden variar teniendo en cuenta si el cable esta enrollado o instalado.. 9.. Puede variar drásticamente de fibra a fibra en el mismo cable.. 10. Variación acumulativa no lineal con la distancia (ps/ Km1/2) PMDtotal= √ (PMD12 + PMD22 + PMDn2) 1.5.2.4 Efectos de la dispersión El ancho de banda de una fibra óptica está limitado por la dispersión total de la fibra (ensanchamiento del pulso). La dispersión limita la capacidad de transmisión de información porque los pulsos se distorsionan y se ensanchan, solapándose unos con otros y haciéndose indistinguibles para el equipo receptor. Para evitar que esto ocurra, los pulsos se deben transmitir a una frecuencia menor, reduciendo la velocidad de transmisión de datos. La figura 1.6 representa la señal distorsionada: a) Los pulsos originales de datos ópticos son discretos, unos y ceros que pueden ser fácilmente identificados. b) Después de que la señal se ha propagado una cierta distancia a lo largo de la fibra óptica, tiene lugar la dispersión. Los pulsos se ensanchan pero pueden ser todavía decodificados por el equipo receptor. c) Tras una propagación aún mayor por la fibra, la señal se distorsiona totalmente y el equipo receptor no puede decodificarla..

(27) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 13. Figura 1.6 Señal distorsionada. Fuente: (PANDA, 2013) La dispersión cromática puede ser posteriormente subdividida en dispersión guía-onda y dispersión material, como se representa gráficamente en la figura 1.7 (Ver anexo 2). 1.6 Velocidad de transmisión Es común denominar ancho de banda digital a la cantidad de datos que se pueden transmitir en una unidad de tiempo. Esto es en realidad la tasa de transferencia máxima o velocidad de transmisión o bit rate permitida por el sistema, que depende del ancho de banda analógico, de la potencia de la señal, de la potencia de ruido y de la codificación de canal. Con la aparición de los sistemas OTN se emigro a transmitir a velocidades de 40Gbit/s y más adelante hasta 100Gbit/s, estas redes son completamente ópticas en el tratamiento de las señales y están definidos en la recomendación de la UIT G.709. Sobre estos flujos ópticos solo transitan protocolos IP como también son conocidas como tecnologías de envoltura digital (ZORRILLA, 2003). 1.7 Características de transmisión Las características de transmisión dependen en gran medida de la longitud de onda utilizada para transportar la información. La longitud de onda es la distancia que ocupa un ciclo de una onda electromagnética, depende de la velocidad de la luz y de la frecuencia de la onda. Se enuncia matemáticamente como:.

(28) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 14. λ=c/f Donde: λ = longitud de onda [nm] c = velocidad de la luz [m/s] f = frecuencia [Hz] Se ha descubierto por medio del análisis matemático y también a través de experimentos que en varios materiales existen las llamadas “ventanas ópticas”. Esto significa que a unas determinadas frecuencias, las ondas pasarán a través de estos materiales más fácilmente que a otras frecuencias. En el caso de las fibras ópticas, si se modula a determinadas frecuencias los efectos de la dispersión y las pérdidas de material debidas a propagación de ondas tienden a cancelarse unas con otras y crear “ventanas”. (BOCALANDRO, 2010) Existen 2 ventanas (regiones de longitud de onda) que hoy en día se utilizan más para transmitir información a través de una fibra.  1310 nm: Líneas interurbanas de transmisión  1550 nm: Propósitos generales 1.8 Apertura Numérica (AN) La apertura numérica representa la cantidad de luz aceptada por la Fibra Óptica. Entre más grande sea la Apertura Numérica mayor será la cantidad de luz recogida por la fibra de la fuente de luz emisora. Se define matemáticamente como el seno del ángulo de aceptación que es el ángulo máximo del rayo con respecto a la normal de la superficie de la fibra, para el cual la reflexión interna total tiene lugar en la frontera núcleo-revestimiento (DÍAZ, 2008). Su representación en la figura 1.8 (Ver anexo 3). Por lo tanto: AN = sen φ = θ (n12 – n22).

(29) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 15. Red inalámbrica 1.9 WLAN/WMAN WLAN (Wireless Local Area Network) es un sistema de comunicación de datos inalámbrico frecuentemente utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de estas. Este sistema utiliza ondas de radio para llevar la información de un punto a otro sin necesidad de un medio físico guiado. De esta forma, se realiza la modulación donde la información viaja sobre las portadoras de radio hasta el receptor remoto. Gracias a que utiliza la tecnología de radiofrecuencia, esta permite mayor movilidad a los usuarios al minimizar las conexiones cableadas. Este tipo de redes van adquiriendo con el tiempo una mayor importancia permitiendo la transmisión en tiempo real. Si bien la movilidad permite a este tipo de redes mejorar su productividad y posibilidades de servicio también se puede destacar la facilidad de instalación. Al no usar cables, se evita el tener que realizar un recorrido para cada punto de red y con esto se reduce el tiempo de instalación (MIGGA, 2013). La tecnología WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) permite a los usuarios establecer conexiones inalámbricas entre varias ubicaciones dentro de un área metropolitana, sin el alto coste que supone la instalación de cables de fibra o cobre y el alquiler de las líneas. WMAN utiliza ondas de radio o luz infrarroja para transmitir los datos. Las redes de acceso inalámbrico de banda ancha, que proporcionan a los usuarios acceso de alta velocidad, tienen cada vez mayor demanda. Aunque se están utilizando diferentes tecnologías, como el servicio de distribución multipunto de canal múltiple (MMDS) y los servicios de distribución multipunto local (LMDS), el grupo de trabajo de IEEE 802.16 para los estándares de acceso inalámbrico de banda ancha sigue desarrollando especificaciones para normalizar el desarrollo de estas tecnologías. (CORREA, 2007). Evolución técnica de los protocolos 802.11: 802.11: Estándar original de la IEEE conocido, aprobado en el año 1997 también como 802.11legacy, especifica velocidades de transmisión teóricas de 1 a 2Mbps que se transmiten por señales infrarrojas en la banda de ISM a 2.4Ghz, define el protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) como método de acceso. 802.11: Estándar conocido como WIFI5. Aprobado en el año 1999. En el año 2001 aparece en el mercado con los productos 802.11a, usa el mismo juego de protocolos que el estándar original, opera.

(30) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 16. en la banda de 5Ghz, utiliza 52 subportadoras OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing), opera con un ancho de banda de canal de 25Mhz y ofrece una velocidad de transmisión teórica de hasta 54Mbps. 802.11b: Estándar aprobado en el año 1999. Ofrece una velocidad teórica máxima de 11Mbps, opera con un ancho de banda de canal de 25Mhz y utiliza el método de acceso CSMA/CA. Opera en la banda ISM de 2.4Ghz y utiliza la interfaz aire DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, es que se obtiene una velocidad real de 5.9Mbps sobre TCP y 7.1Mbps sobre UDP. 802.11g: Estándar aprobado en el año 2003, surge como evolución del estándar 802.11b; De esta manera 802.11g ofrece una velocidad teórica máxima de 54Mbps en la banda de 2.4Ghz aunque la velocidad de transmisión real sea de 24.7Mbps, sus interfaces aire son DSSS y OFDM. Al ser compatible con 802.11b, utiliza las mismas frecuencias de operación, de esta manera 802.11g reemplaza a 802.11b en las redes inalámbricas. 802.11n: De esta manera 802.11n ofrece una velocidad teórica máxima de 540Mbps en las bandas de2.4Ghz y 5Ghz otorgando una velocidad mínima de transmisión de 100Mbps y tiene un radio de cobertura de 300Km. Este nuevo estándar usa una modulación de 16QA y 64QAM que le permite lograr ese incremento de velocidad de transmisión. La figura 1.9 ilustra un esquema de canales Banda 2.4Ghz.. Figura 1.9 Esquema de canales Banda 2.4Ghz. Fuente: http://www.wi-fi.org.

(31) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 17. 1.10 Seguridad en tecnologías inalámbricas El acceso sin necesidad de cables, la razón que hace tan populares a las redes inalámbricas, es a la vez el problema más grande de este tipo de redes en cuanto a seguridad se refiere. Cualquier equipo que se encuentre a 100 metros o menos de un punto de acceso, podría tener acceso a la red inalámbrica. Si bien, la flexibilidad y la movilidad proporcionada por las nuevas redes inalámbricas han permitido que el desarrollo de estas redes crezca sobre manera, por otro lado nos ha llevado a darnos cuenta del peligro existente debido a la utilización de un medio de transmisión tan observable como son las ondas de radio. De esta forma, estas redes se someten a posibles ataques por inserción ya sea por un usuario no autorizado o por la ubicación de un punto de acceso ilegal con mayor potencia que capte las estaciones en vez del punto de acceso legítimo. A pesar de los riesgos también existen soluciones y mecanismos de seguridad (ZEINDIN et al., 2003). 1.11 Wi - fi (Wireless Fidelity) Wi-Fi, se utiliza para identificar los productos que incorporan cualquier variando de la tecnología sin hilos de los estándares IEEE 802.11, que permiten la creación de redes de área local sin hilos conocidas como WLAN4, y que son plenamente compatibles con los de cualquier otro fabricante que utilice estos estándares (PELLEJERO y LESTA, 2006). Los elementos que forman una red Wi-Fi son los siguientes:  Punto de acceso (AP): Es el dispositivo que gestiona la información transmitida y la hace llegar a destino. Asimismo, proporciona la unión entre la red Wi-Fi y la red fija.  Antena: Las antenas son los elementos que envían al aire señales en forma de ondas electromagnéticas que contienen la información dirigida en el dispositivo de destino; y a la vez, captan del aire las señales de las cuales se extraerá la información que llega de otro dispositivo.  Dispositivo externo Wi-Fi: La tarjeta Wi-Fi es una tarjeta de red de área local (CHAL) que cumple la certificación Wi-Fi y permite por lo tanto la conexión de un terminal de usuario en una red 802.11. Hay tarjetas diferentes para cada subestándar (a, b o gr), pero también hay mixtas. Estos dispositivos externos pueden conectarse a ranuras PCI o PCMCIA o en puertos USB..

(32) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 18.  Antena de usuario y conector pigtail: La antena de usuario proporciona la cobertura necesaria a un usuario para el acceso a la red Wi-Fi. El conector pigtail es un tipo de cable que conecta y adapta la tarjeta Wi-Fi y la antena del usuario. Hay que decir que el pigtail no es un elemento estándar, depende del fabricante de la tarjeta. 1.12 WiMAX El estándar de transmisión inalámbrica de datos 802.16d WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) se basa en OFDM y trabaja en la banda de frecuentas de 2 a 11Ghz, consta de 256 subportadoras que permiten que este sistema sea utilizado en el área metropolitana o MAN proporcionando accesos concurrentes en áreas de hasta 50 kilómetros de radio y a velocidades de hasta 75Mbps con una eficiencia espectral de 5bps/Hz . De esta manera WiMAX ofrece soporte para miles de usuarios con una escalabilidad de canales de 1.5Mhz a 20Mhz, es por esto que es considerado como el nuevo sistema de Internet de banda ancha. Este sistema consta de una red de estaciones base, (BS), con antenas emisoras/receptoras capaces de soportar el servicio de unas 200 estaciones suscriptoras, (SS), situadas dentro de un radio de 50Km (MARUGAN, 2010). 1.12.1 EMAX En la actualidad existe un proveedor de servicios WiMAX llamado EMAX. Ofrece tarjetas inalámbricas para conectar al puerto PCMCIA (Personal Computer Memory Card Internacional Association) en laptops así como módems EMAX ya configurados con un IP para una conexión fija. La red WIMAX otorgada por EMAX es una red WAN y funciona mediante estaciones suscriptoras similares a las celdas de telefonía celular que otorgan un radio de 10Km de cobertura. Cabe resaltar que actualmente existen quejas del servicio de banda ancha propuesto por EMAX, debido a que no cumple con la cobertura propuesta ni tampoco con la tasa de transferencia que debería otorgar WiMAX. Es por esto que este servicio se le conoce actualmente como PRE-WiMAX. 1.13 MIMO La tecnología MIMO (multiple-input multipleoutput), emplea una técnica llamada multiplexado espacial permitiendo una transmisión y recepción simultánea de dos o más flujos de datos en el mismo canal de frecuencia. De esta forma se logra una mejora considerable de la tasa de transmisión. Si bien.

(33) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 19. la interferencia multicamino dada en canales inalámbricos por el reflejo de las señales en las paredes y estructuras generan en las tecnologías legadas 802.11a/b/g una distorsión de la señal en el receptor, en 802.11n los receptores en los sistemas MIMO procesan cada componente multicamino, eliminando los que estén fuera de fase y de esta forma se elimina la distorsión mejorando la calidad de la señal transmitida. En cada enlace de RF existen caminos multiplexados de maneras que cada trama puede ser multiplexada y ser ensamblada en el receptor (ver figura 1.10).. Figura 1.10 Tecnología MIMO. 1.14 Red de datos Los sistemas de transmisión de datos constituyen el apoyo de los sistemas de cómputo para el trasporte de la información que manejan. Sin estos sistemas no hubiera sido posible la creación de las redes avanzadas de cómputo de procesamiento distribuido, en las que compartir información y transferir datos entre computadoras con gran difusión geográfica, sumamente rápido y en grandes volúmenes, es vital para el funcionamiento eficiente de todo el engranaje económico, político y social del mundo (FOROUZAN et al., 2007). 1.14.1 Requisitos de la comunicación de datos. La comunicación de datos presupone mayores requisitos en su red básica que el servicio de señal analógica o de voz para conseguir la transferencia correcta de los datos. En efecto, las computadoras, aunque inteligentes, no son seres humanos que pueden, por su capacidad de juicio, entablar una comunicación organizada en la que la información fluye apropiada y ordenadamente para representar una sesión coherente y con significado. Además, la redundancia natural de la voz permite que la comunicación se entienda aun con distorsiones de alguna magnitud de las señales. Por el contrario, las.

(34) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 20. señales de datos son muy celosas de su contenido de información, de modo que cualquier error, por pequeño que sea, puede ser desastroso para la comunicación; es decir, la transmisión de datos debe ser más confiable. De esta manera, dos de las principales medidas adicionales que se deben tomar para satisfacer los mayores requisitos de la transmisión de datos son el control adecuado del flujo de datos durante la transmisión y la codificación para la detección y corrección de errores. Estos aspectos se incluyen en lo que se conoce como protocolo de comunicación, cuya función es asegurar la comunicación correcta, completa y entendible para las computadoras. (LOPEZ, 2005) 1.14.2 Clasificación de las redes de comunicación de datos Las redes de comunicación de datos, en cuanto al ámbito o cobertura, se clasifican en: LAN (Local Area Network): cuando el ámbito se reduce a un edificio o incluso campus o recinto. Se caracterizan por tener velocidad de transmisión elevada, entre 10 Mbits y 1 Gbits o mayores; una tasa de error de transmisión despreciable y los recursos y el mantenimiento de la red son por cuenta del propietario. WAN (Wide Area Network): cuando la cobertura de la red no tiene límite predefinido. Generalmente hacen uso de los servicios portadores proporcionados por los operadores nacionales. MAN (Metropolitan Area Network): red intermedia entre WAN y LAN. Tradicionalmente, las redes LAN han seguido un desarrollo independiente de las redes WAN. De hecho, se habla de "Redes Locales" como el concepto de "Red de ordenadores" y sus estándares y topologías. Como se verá más adelante, esta distinción por ámbito empieza a ser cada vez menos clara, con una marcada tendencia a la integración LAN/WAN como red única. 1.14.3 Redes de telecomunicación Las redes de telecomunicación se diseñan y construyen con el objetivo de prestar servicios de comunicación. de. diversa. naturaleza. (voz,. datos. e. imagen).. Tradicionalmente. éstas,. independientemente de ser públicas o privadas, se han clasificado en redes de voz y de datos aunque hoy en día no tenga mucha validez. Ya se ha conseguido transmitir voz por una red de datos IP (ZUÑIGA, 2005). En una red de telecomunicación, se distingue la red de transporte, la red de conmutación y la red de acceso. La red de transporte contiene los elementos de transmisión y de interconexión entre los.

(35) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 21. distintos elementos de red, además puede ser válida y compartida por distintos tipos de servicio (voz, imagen, etc). La red de conmutación, en cambio, suele ser específica para el servicio prestado (conmutación de circuitos en RTB y de paquetes en X.25, Frame Relay, ATM). Por último, la red de acceso la constituyen los elementos que permiten conectar a cada abonado con la central local de la que dependa, representado en la figura 1.11 (Ver anexo 4). 1.12.1 Técnica de modulación digital en amplitud (ASK) En ASK el módem produce el cambio de amplitud de la portadora de cierto valor a cero de acuerdo con los unos y los ceros de la corriente de bits o como se muestra en la figura 1.12, de un valor A a un valor B, ambos diferentes de cero (RIVERA, 2006).. Figura 1.12 Modulación digital en amplitud (ASK). Fuente: (LOPEZ, 2005) 1.12.2 Modulación digital en frecuencia (FSK) En FSK se cambia la frecuencia de la portadora de un valor f1 a uno f2 para representar el digito 1 o 0 de la corriente moduladora de bits; la amplitud y la fase de la portadora permanecen fijos en este caso. Un tipo común de módem FSK emplea cuatro frecuencias diferentes, dos para transmitir y dos para recibir; esto permite la transmisión y recepción simultanea (transmisión duplex) de datos en el módem empleando solo un circuito de dos hilos, como se muestra en la figura 1.13..

(36) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 22. Figura 1.13 Modulación digital en frecuencia (FSK). Fuente: (LOPEZ, 2005) 1.12.3 Modulación digital en fase (PSK) En PSK, la portadora se adelanta o se retrasa en su ciclo de fase de acuerdo con la corriente moduladora de bits. Lo que importa aquí es si la fase cambia o no al principio de cada nuevo bit. Si la fase cambia, el siguiente bit será un 0, si no cambia será un 1 como lo muestra la figura 1.14. La PSK se realiza mediante la comparación de la fase de señal en un periodo de tiempo con la del periodo anterior. Así, lo importante no es el valor absoluto de la fase sino el cambio de fase que ocurre al principio de cada periodo de tiempo.. Figura 1.14 Modulación digital en fase (PSK). Fuente: (LOPEZ, 2005).

(37) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 23. 1.13 El protocolo TCP/IP El protocolo TCP/IP fue desarrollado a principios de los años 70 para utilizarse en la red ARPANET, cuya evolución ha dado paso a la red INTERNET. TCP e IP no son protocolos OSI, sin embargo el servicio que ofrece el protocolo IP (Internet Protocol) es similar al servicio de red no orientado a la conexión que proporciona el nivel 3 de OSI. De modo similar, TCP (Transmission Control Protocol) puede ser comparado en funcionalidad con el nivel 4 de OSI. Las mayores diferencias se encuentran en el espacio de direcciones y el hecho de que TCP no tiene límite en su unidad de datos de protocolo (RODRÍGUEZ, 2009). 1.14 Topologías de red La manera de interconectar los distintos elementos de una red determina el comportamiento de ésta. Aunque, su eficiencia y aprovechamiento dependerá también de los protocolos de comunicación que se utilicen. Según la topología elegida, la red va a estar condicionada por: • La mayor o menor flexibilidad de la red para añadir o quitar nuevos nodos. • La repercusión que en el comportamiento de la red pueda tener el fallo de un nodo. • El flujo de información que pueda transitar por la red sin que se produzcan interferencias ni retrasos. Las múltiples configuraciones que puedan presentarse obedecen básicamente a tres tipos: 1. Estrella. 2. Anillo. 3. Bus (lineal o en árbol). 1.14.1 Configuración en estrella En una red en estrella todas las estaciones se comunican entre sí a través de un dispositivo central. Éste asume todas las transferencias de información que se realicen en la red, así como las tareas de control. Además posee todos los recursos comunes de la red..

(38) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 24. Esta configuración presenta buena flexibilidad para incrementar o disminuir el número de estaciones, debido a que estas modificaciones no representan ninguna alteración de su estructura y están localizadas en el nodo central. La repercusión en el comportamiento global de la red de un fallo en uno de los nodos periféricos es muy baja y sólo afecta al tráfico relacionado con éste. Sin embargo, un fallo en el nodo central, resultaría catastrófico y afectaría a toda la red. Generalmente, se tienen un conmutador hacia un nodo central alternativo, como en la figura 1.15 (Ver anexo 5). En cuanto al flujo de información puede ser elevado y los retardos pequeños si la mayoría del flujo fluye entre el nodo central y los periféricos. Si las comunicaciones se establecen entre estaciones, el sistema se vería restringido por la posible congestión del dispositivo central. El inconveniente principal de esta topología es el alto coste del trazado del cableado y de la tecnología del conmutador. 1.14.2 Configuración en anillo Los nodos de la red están conectados formando un anillo de forma que cada estación tiene conexiones con otras dos. Los mensajes viajan por el anillo de nodo en nodo y en una única dirección, de manera que todas las informaciones pasan por todos los módulos de comunicación de las estaciones. Cada nodo reconoce los mensajes a él dirigidos y retransmite los mensajes que se dirigen a otra estación. El control de la red puede ser centralizado o distribuido entre varios nodos. Esta topología, dado que tiene que cerrar físicamente el anillo, presenta dificultades en el diseño como en futuras ampliaciones. En cuanto al flujo de información se verá limitado por el ancho de banda del medio de transmisión. Debido a que cada estación está obligada a retransmitir cada mensaje, si existe un número elevado de estaciones, el retardo introducido puede ser demasiado grande para ciertas aplicaciones. En la estructura en anillo, cualquier fallo en el módulo de transmisión de uno de los nodos deja bloqueada la red en su totalidad. Para evitar esto, se hace uso de concentradores, que cortocircuitan la entrada al nodo fuera de servicio y restablece el anillo, representado en la figura 1.16 (Ver anexo 6)..

(39) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO SOBRE RED DE TRANSMISION DE DATOS INALAMBRICA. 25. 1.14.3 Configuración en bus. En esta topología todos los nodos están conectados a un único canal de comunicación. Cada nodo reconoce su dirección y capta los mensajes que van a él dirigidos. Cuando una estación deposita un mensaje en la red, esta información es difundida por el bus y todas las estaciones pueden recibirla. Debido al hecho de compartir el medio, cada nodo antes de transmitir un mensaje debe averiguar si el bus está disponible. Esta topología es la más extendida ya que es sencilla de instalar, se adapta bien a las características del terreno o local, presenta gran flexibilidad en lo referente a aumentar o disminuir el número de nodos y además es muy fiable. El fallo en una estación aislada sólo repercutirá en los mensajes a ella vinculados, siendo su efecto nulo en el resto de la red. Una ruptura en el bus, en cambio, deja la red divida en dos o inutilizada totalmente, dependiendo de cómo esté concebido el control de la misma. El hecho de que exista un bus común al que acceden todas las estaciones, obliga a que el control de acceso a la red sea más delicado que en el caso de la topología en anillo o en estrella. Existe topología en bus lineal y bus en árbol, que se puede ver en la figura 1.17 (Ver anexo 7). 1.15 Interconexión de redes de área local El crecimiento de redes de área local ha llevado a la necesidad desarrollar soluciones que aporten mayor ancho de banda y flexibilidad a los usuarios. Entre ellas se encuentra Frame Relay y ATM. La primera disponible y utilizada por un gran número de usuarios, la segunda en desarrollo y empezando a implantarse. 1.15.1 Frame Relay Es un estándar propuesto por el CCITT, usado para interconectar redes con gran variedad de velocidades (de 64 Kbps a 2Mbps), métodos de transmisión, protocolos y medios. Es un servicio orientado a la conexión. Este servicio ofrece ventajas sobre los servicios basados en X.25 pues se apoya en una red más fiable y terminales más eficientes a los que les transfiere algunas de las tareas como son la de corrección de errores y control de flujo, consiguiendo así un mayor rendimiento..