MÓDULO ACCESO. ACCESO E INTERCONEXIÓN DE REDES Por: Crisman Martínez Barrera Revisión: Fredy Ricardo Mateus Gutiérrez

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1 MÓDULO ACCESO ACCESO E INTERCONEXIÓN DE REDES Por: Crisman Martínez Barrera Revisión: Fredy Ricardo Mateus Gutiérrez UNIVERSIDAD MANUELA BELTRAN UMB-VIRTUAL ESPECIALIZACION EN SERVICIOS TELEMÁTICOS E INTERCONEXIÓN DE REDES 2006

2 CONTENIDO 1. INTRODUCCION DE ACCESO 2. USO DEL CANAL DE COMUNICACIONES 2.1. Asignación estática del canal en LANs y MANs 2.2. Asignación dinámica de canales en redes LAN y MANs 3. TECNICAS DE ACCESO 3.1. Acceso aleatorio 3.2. Protocolos de acceso múltiple con detección de portadora 3.3. Protocolos libres de colisiones 3.4. Acceso por división en frecuencias 3.5. Acceso por división en el tiempo sincrono 3.6. Acceso por división en el tiempo estadística 3.7. Líneas de abonado digital asimétrica (ADSL) 3.8. xdsl 3.9. Acceso en espectro expandido GLOSARIO BIBLIOGRAFIA REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

3 1. INTRODUCCIÓN DE ACCESO En redes de comunicaciones, el acceso se refiere a las características y propiedades que tiene un nodo de hacer uso del canal de comunicaciones. Las técnicas de acceso especificadas en el estándar IEEE 802.3[3] es un conjunto de normas de la subcapa de acceso al medio perteneciente al nivel de enlace del modelo de referencia OSI, que se ocupa principalmente de la transferencia de datos entre nodos. 2. USO DEL CANAL DE COMUNICACIONES Las redes se dividen en dos categorías de acuerdo con la tecnología de transmisión (uso de canal): Conexiones punto a punto y las redes que utilizan canales de difusión (broadcasting). Conexión Punto a Punto: Los elementos de red transfieren datos a través de un canal de comunicaciones con destino a otro dispositivos. (Ver Figura 1). Figura 1. Conexión punto a Punto [1]

4 Cada uno de los equipos se conecta a otro equipo únicamente, por ello, la transmisión y el uso del canal se realiza punto a punto. Conexión en canales con difusión: Los elementos de red transfieren datos a varios dispositivos de red a través de un canal de comunicaciones. Ver Figura 2. Figura 2. Conexión Multipunto En este tipo de tecnología se presentan diferentes problemas de asignación del canal ya que el mismo canal es compartido por varias máquinas. Este es uno de los problemas que se resuelve con las diferentes técnicas de acceso Asignación estática del canal en LANs y MANs A cada usuario o nodo de la red que desea transmitir se le asigna una frecuencia determinada sobre el canal de comunicaciones (Figura 3). Esto es denominado FDM (multiplexión por división de frecuencias), que divide el ancho de banda (AB) entre la cantidad de usuarios (N) de la red.

5 Canal 1 Canal 2 Canal Figura 3. Canales de comunicación por Nodo Como se observa en la Figura 4, cada nodo o usuario se le asigna una frecuencia determinada para que pueda acceder al medio, de tal forma que cada uno pueda transmitir. Ejemplo: Para 3 usuarios sobre la red (N=3) Ancho de Banda asignado 320 Mhz. Frecuencia Inicial 20 Mhz Frecuencia final 320 Mhz Rango de Frecuencia para N1: 20 Mhz 120 Mhz Rango de Frecuencia para N2: 120 Mhz 220 Mhz Rango de Frecuencia para N3: 220 Mhz 320 Mhz Canal 1 Canal 2 Canal Figura 4. Uso del canal en FDM por nodos

6 Problemas de asignación estática del canal: Si un usuario está inactivo su ancho de banda se pierde. Si la cantidad de usuarios crece a una cifra superior a N, a algunos de ellos se les negará el acceso por falta de ancho de banda, aunque algunos de los usuarios que tengan asignada una banda transmitan o reciban algo. Otra técnica, es la denominada multiplexación por división del tiempo (TDM), que asigna a cada usuario un espacio de tiempo para transmitir (ranura de tiempo). Ejemplo: Para 3 usuarios sobre la red (N=3) Hora de transmisión inicial sobre la red 10:00 a.m. Hora de transmisión final sobre la red 10:00 a.m. con 5 microsegundos. Asignación de tiempos para cada uno de los usuarios o nodos: N1: 1 msg. N2: 2 msg N3: 3 msg. N1: 4 msg. N2: 5 msg. Los problemas que se presentan en FDM se aplican de manera similar con el tiempo a TDM Asignación dinámica de canales en redes LAN y MAN Al realizar la asignación dinámicamente se deben considerar los siguientes aspectos:

7 La estación: Sobre la red de comunicaciones los nodos (computadoras, teléfonos, comunicadores personales, etcétera) generan tramas que se transmiten a otras estaciones. El nodo al momento de transmitir una trama, se bloquea y no hace nada, hasta que se recibe la confirmación de éxito. Supuesto de canal único: Las estaciones de la red comparten un canal de comunicaciones para transmitir y recibir información. La configuración del hardware de todas las estaciones es similar, aunque el software del protocolo puede asignarles prioridades. Supuesto de colisión: Cuando dos estaciones transmiten simultáneamente se presenta una colisión debido a que la señal se altera, estas tramas de deben retransmitir nuevamente. Técnicas de acceso del canal de comunicaciones: Cada uno de los nodos de la red puede acceder al canal de comunicaciones dinámicamente usando tiempo contínuo, tiempo ranurado, con detección o no de portador. Contraria a la técnica estática, el acceso dinámico mejora considerablemente, debido a que no se desperdicia ancho de banda. 3. TÉCNICAS DE ACCESO 3.1. Acceso aleatorio Estas técnicas de acceso son descentralizadas, cada usuario puede transmitir sólo cuando desee y con algunas restricciones de acuerdo con la técnica implementada. Entre estas técnicas tenemos el ALOHA en la que la estación transmite siempre que tenga un mensaje.

8 ALOHA puro Esta técnica (Ideada por Norman Abramson en los años 70) permite que los nodos transmitan cuando tengan datos. Si dos nodos transmiten al mismo tiempo, las tramas colisionarán y se dañarán. Sin embargo debido a la propiedad de confirmación de recibo de cada trama el nodo transmisor siempre sabe si la trama fue destruida o el nodo receptor no está escuchando el canal. Esta implementación de retroalimentación en una LAN es inmediata. En redes WAN, como por ejemplo, en transmisiones satelitales la confirmación tendrá un retardo considerable y si la trama fue destruida el emisor retransmitirá después de un tiempo aleatorio. Figura 5. ALOHA ranurado Como se observa en la Figura 5, se encuentran 3 estaciones (A,B,C) transmitiendo, las tramas 2, 3 y 4 presentan colisiones sobre el canal de comunicaciones, en este caso tanto A como B se enteran de la colisión ALOHA ranurado Esta técnica de utilización del canal de comunicaciones divide el tiempo en intervalos discretos, cada uno de los cuales corresponde a una trama, previo

9 acuerdo, las estaciones definen límites para cada ranura. Para ello se requiere que una estación se encargue de transmitir una señal de reloj al comienzo de cada intervalo. ALOHA ranurado se desarrolló en 1970 y se usó en algunas aplicaciones experimentales, después casi se olvidó por completo. Cuando se inventó el acceso a Internet a través de cable, de repente surgió el problema de cómo asignar un canal compartido entre varios usuarios competidores [2]. Por esta razón nuevamente se utiliza esta técnica Protocolos de acceso múltiple con detección de portadora Denominado también CSMA (carrier sense multiple access). Esta técnica implica que las estaciones escuchan una portadora (una transmisión) para transmitir. Reglas que utiliza CSMA para transmitir: Si el medio se encuentra libre transmite. Si el medio se encuentra ocupado, continua escuchando hasta que el canal se libere. Si se detecta una colisión, se transmite una señal de interferencia para asegurar que todas las estaciones se enteren de la colisión y a continuación se deja de transmitir. Después de la transmisión de interferencia, la estación espera un tiempo aleatorio e intenta transmitir de nuevo. CSMA persistente tiene diferente variantes como lo son: El CSMA persistente-1, el CSMA no persistente, el CSMA persistente-p y el CSMA/CD.

10 En CSMA persistente 1: Se denomina persistente-1, porque cuando se presenta una colisión la estación espera a escuchar el canal disponible y retransmitirá sobre el canal con una probabilidad de 1. CSMA no persistente: se denomina no persistente porque, cuando una estación A retransmite escucha antes el canal. Si el canal se encuentra inactivo, la estación A transmite con una probabilidad p de tiempo de espera. Una vez utilice el canal, otra estación B puede estar transmitiendo, debido a que B obtuvo una probabilidad menor de tiempo de espera. El CSMA persistente-p (para canales ranurados): Se denomina persistente p porque, Cuando una estación A está lista para transmitir, escucha el canal. Si este se encuentra inactivo la estación A transmite con una probabilidad p, y con una probabilidad de 1-p se espera hasta la siguiente ranura. Si la ranura está inactiva la estación transmite, si está activa la estación A espera para transmitir con una propabilidad p. Figura 6. Técnica CSMA/CD El CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection): Cuando una Estación termina de transmitir su trama, cualquier otra estación que tenga que transmitir puede intentarlo. Si dos o más estaciones deciden transmitir en forma

11 simultanea, habrá una colisión. Estas colisiones se pueden detectar si se compara la potencia o el ancho de pulso de la señal recibida con el de la señal transmitida. Recordemos que si una estación detecta una colisión espera un tiempo p para retransmitir. Cuando una estación detecta una colisión aborta la transmisión, espera un tiempo aleatorio e intenta de nuevo, pero si dos estaciones inician a transmitir en forma simultánea. Las estaciones A y B se darán cuenta de la colisión cuando la señal se propague de una estación a otra Protocolos libres de colisiones Los periodos de contención afectan el sistema cuando los cables son largos (el retardo de propagación es mayor) y las tramas son cortas, (como la fibra óptica). Debido a esto se han implementado otros protocolos como el Bit Map. Este protocolo consiste en N ranuras (ver Figura 7). Si la estación 0 tiene una trama para enviar, transmite un bit durante la ranura 0. En este momento no está permitido que ninguna otra estación pueda transmitir durante este intervalo. La estación 1 tiene la oportunidad de transmitir durante la ranura 1, pero solo si tiene en cola una trama. En general una estación j transmite un bit en el intervalo j, solo si tiene una trama para enviar. Figura 7. Protocolo Libre de Colisiones

12 Después de los N intervalos del periodo de contención, todas las estaciones saben quienes quieren transmitir. En este punto todas transmiten en orden de cola, entonces nunca habrá colisiones. Después de la última transmisión de una trama, un nuevo periodo de contención inicia y nuevamente cada estación separa una ranura para transmitir y cuando termine las ranuras de contención se inicia la transmisión de cada trama para cada estación que corresponde a cada slot (ranura). Ver Figura Acceso por división en frecuencias Otras técnicas de acceso utilizan técnicas de división de frecuencias como los sistemas de portadora analógica y al acceso por división en longitud de onda. Veamos en detalle cómo funcionan estos dos sistemas Sistemas de portadora analógica Cuando el ancho de banda útil del medio de transmisión supera el ancho de banda requerido por las señales a transmitir. Se pueden transmitir varias señales simultáneamente si cada señal se modula con una frecuencia diferente (Ver Figura 8). El transmisor modula la señal para cada nodo a una frecuencia diferente. El receptor demodula la señal, filtrando y separando la señal de información en función de la frecuencia en la que se encuentran. Figura 8. FDM

13 Entre cada rango de frecuencias asignadas para cada estación se establece un rango de frecuencias de protección, para que no se solapen las frecuencias de dos estaciones. Dicha técnica permite que los nodos transmitan en forma simultánea. El sistema de modulación por división de frecuencia dio cabida a un estándar que fue desarrollado bajo auspicios de la ITU-T, ver Tabla 1. En donde se observa que por cada número de canales de voz se asigna un ancho de banda, y se establece un rango de frecuencias dentro del espectro electromagnético. Ej. Para 60 canales de voz se requieren 240 Khz de ancho de banda. Esta señal viaja en el espectro electromagnético en el rango de frecuencias de los 312 a 551 Khz y tiene su correspondencia en AT&T e ITU-T. Tabla 1. Estándares de portadora FDM Norteamericana e Internacional [4]

14 Acceso por división en la longitud de onda Esta técnica usualmente se conoce como WDM y es utilizada para transmisión en fibra óptica. Un haz de luz a través de la fibra consta de varios colores, o longitudes de onda, cada uno de los cuales permite establecer un canal de datos. En 1997 Laboratorios Bell alcanzó 100 haces, cada uno de ellos operando a 10 Gbps y consiguiendo una velocidad total de 1 billón de bits por segundo, o que es igual a 1 Tbps. Como se observa en la tabla 2. La mayoría de los sistemas WDM operan en el rango de los 1550 nm, usan una protección de 50 Ghz definido por la norma G.692 de la ITU-T. Un sistema en frecuencia modulada tiene el mismo comportamiento que el sistema de longitud de onda. Diversos transmisores generan diferentes longitudes de onda. Estos son enviados a un multiplexor, el cual combina las fuentes para su transmisión sobre una misma línea de fibra. Amplificadores ópticos que se encuentran distribuidos a largas distancias en el segmento se encargan de amplificar las señales. El receptor se encarga de demultiplexar separando cada longitud de onda, enviándola hacia los receptores pertinentes. Tabla 2. Espacio entre canales WDM [4]

15 3.5. Acceso por división en el tiempo síncrono La multiplexacion por división del tiempo sincrónica es posible cuando la velocidad de transmisión alcanzable por el medio, excede la velocidad de las señales digitales a transmitir. El principio básico es mezclar cada una de las señales en intervalos, esta mezcla puede ser de bit en bit o bloques de octetos o cantidades superiores. La técnica de mezcla de caracteres y/o bits se utiliza en fuentes síncronas o asíncronas. Esta técnica TDM se llama síncrona porque las ranuras temporales se preasignan y se fijan a cada fuente conteniendo o no información. Este sistema puede combinar dispositivos que tienen diferentes velocidades de transmisión, llevando esto a que los más lentos se les asigne una ranura por ciclo y a los más rápidos se les podría asignar varias ranuras por ciclo Control de enlace en TDM La Multiplexación por división de tiempo (MDT) o TDM, (Time Division Multiplexing), es una de las técnicas más utilizadas en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digital. En este caso la técnica utiliza el canal de comunicaciones durante fracciones de tiempo para cada estación (ver Figura 9), en donde cada nodo espera su turno (round-robin), y cada uno obtiene en forma periódica toda la banda durante un lapso breve de tiempo. Figura 9. Acceso por división de tiempo

16 Esta técnica TDMA se estableció como estándar para las comunicaciones móviles por Cellular Telecommunications Industry Association (CTIA) [5], en el estándar IS-641. La técnica PCM (Modulación por codificación de Impulsos) multiplexa señales analógicas realizando un muestreo de la señal con un codec que toma 8000 muestras por segundo (125 microsegundos/muestra) en un canal multiplexado como el telefónico, que tiene 4Khz de ancho de banda. Un método muy utilizado en Estados Unidos y Japón (Ver Tabla 4) es el de la portadora T1 (24 canales de voz juntos) [6]. T1 (ó DS-1) corresponde a 24 canales de voz multiplexados, las señales analógicas se muestrean por asignación cíclica. Cada uno de los canales inserta, a la vez, 8 bits en el flujo de salida del canal. Siete bits son datos y uno de control, con lo que se obtienen 7*8000 = bps. de datos y 1*8000 bps de información de señalización por canal. Una Trama consiste en 24 * 8 = 192 bits más un bit extra para entramado lo que da 193 bits cada 125 microsegundos, lo que produce una tasa de transmisión de datos bruta de 1544 bps. Tabla 3. Estándar TDM norteamericano e Internacional [7]

17 Un canal T1 (ó DS-1) tiene 23 subcanales de datos, el vigésimo cuarto lleva un patrón especial de sincronización (Ver Figura 10) Figura 10. Canal T1 a Mbps [6] que permite la recuperación de la sincronización, otro canal de portadora PCM es un E1 (32 canales) con 2048 Mbps, 30 canales de datos ó voz y 2 canales para sincronización. Según lo menciona TANENBAUM [6] la multiplezaxion por división de tiempo permite que se multiplexen varias portadoras T1 en portadoras de orden más alto como se observa en la Figura 11. que muestra cuatro flujos de datos sobre el primer dispositivo en donde se obtienen 6176 bits + bits adicionales de entramado (utilizados para sincronización). Figura 11. Multiplexación por División de Tiempo [6]

18 El siguiente dispositivo nuevamente mezcla esta corriente de bists con otros 6 flujos de datos, para que el tercer dispositivo realice el mismo proceso. Los canales T1 y T2 (ó DS-2) son conocidos popularmente por los usuario, mientras T3 y T4 son propios de los sistemas de compañias telefónicas SONET/SDH SONET (Synchronous Optical Network) originalmente propuesto por Bellcore (Bell comunication research) y normalizada por ANSI (American National Standarization Institute) para denotar a la red óptica sincrónica con técnica de acceso por división de tiempo. SONET define el estándar para transmisión óptica (ITU-T G ) con una estructura de trama para multiplexar tráfico digital y tráfico de operaciones sobre canales de alta velocidad. SONET tiene una versión compatible denominada jerarquía digital síncrona (SDH: Synchronous Digital Hierarchy). Tabla 4. Jerarquía de señal en SONET/SDH [7]

19 SONET tiene diferentes tipos de canales (ver Tabla 4) estandarizados, cada uno con un tamaño de trama, y velocidad diferentes. La señal se crea combinando diferentes señales STS-1, para formar una nueva señal STS-N, la señal mezcla octetos de N señales STS-1 mutuamente sincronizadas Acceso por división en el tiempo estadística En la técnica de multiplexación por división en el tiempo se desaprovecha varias ranuras, es por ello que el multiplexor estadístico reserva en forma dinámica bajo demanda las ranuras o divisiones temporales. En acceso al medio estadístico hay n líneas de entrada/salida, pero solo k, con k<n, ranuras temporales disponibles en cada trama TDM. La función de entrada del multiplexor consiste en sondear las memorias de almacenamiento para la captura todos los bits de la trama y enviar la trama una vez este completa. Figura 12. Acceso al Medio por División Estadística En otras palabras el sistema de acceso por división estadística genera varias ranuras de tiempo. Cuando un cliente va a transmitir se asigna una ranura de tiempo (ranura que almacena una trama completa) cuando se complete envía la trama y libera la ranura para otro cliente y este cliente si no ha terminado la transmisión le puede corresponder otra ranura en el siguiente ciclo (Ver Figura 12). En este sistema no se transmiten ranuras vacías si hay información por transmitir sobre el canal de comunicaciones.

20 3.7. Líneas de abonado digital asimétrica (ADSL) De esta manera se conoce a la línea digital de última generación que permite el transporte digital de datos sobre par trenzado ya instalado (Estándar ANSI T1.413 y el ITU G.992.1) y que enlaza redes telefónicas. Estos enlaces fueron desarrollados para transportar de 0 Khz a 4 Khz, y que ahora son capaces de transportar 1 Mhz o más. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) utiliza multiplexación por división de frecuencia y funciona cuando un cliente se suscribe al servicio y la línea de entrada se conecta a un conmutador ADSL que es diferente al tradicional de trasferencia de voz debido a que no tiene filtros. ADSL permite segmentos de cable de cobre de hasta 5.5 Km de distancia en función de la calidad y el diámetro del cable, lo que resulta suficiente para darle cubrimiento al 95% de los usuarios de abonado telefónico actual de los diferentes países [8] Diseño ADLS (Asymmetric Digital Subscriber Line) Asimétrico se refiere a la mayor capacidad del enlace descendente (enlace desde el proveedor de servicios al usuario) que al enlace ascendente (enlace desde el usuario al proveedor de servicios). Para aprovechar la capacidad de 1 Mhz de que dispone el cable par trenzado, ADLS hace uso de multiplexaciòn por división de frecuencias (FDM) en tres bandas una para voz o POTS (Plain Old Telephone Service), un canal para el flujo de bajada y el otro para el flujo de subida, permitiendo así al usuario conectarse a Internet mientras en canal telefónico queda libre. Figura 13. Canales ascendente y descendente en ADSL [9]

21 ADLS divide los 1.1 Mhz en tres subcanales, de los cuales desde 300 Hz a 3400 Hz se utiliza para el POTS, de 30Khz a 125 Khz se utiliza para flujo ascendente y de los 164 Khz a 1.1 Mhz para flujo descendente con velocidades en promedio de 8 Mbps en el canal descendente y 640 kbps en el canal ascendente como se observa en la Figura 13. Los elementos de ADSL corresponden a (Ver Figura 14): NID: Dispositivo de interfaz de red que se instala en la casa del suscriptor. El NID delimita la propiedad de la empresa de comunicaciones con la del cliente. Figura 14. Configuración típica de ADSL [10]

22 Divisor (Splitter): Filtro analógico que separa la banda de la voz (POTS) con la banda de los datos. De lado del usuario: La voz se enruta hacia el teléfono ó fax y la señal de los datos se enruta a un módem. Del lado de la compañía telefónica: La voz se filtra en la señal y se envia al conmutador normal de voz (Codec). Las señales por encima de 26 Khz se enrutan hacia el dispositivo DSLAM. Modem ADSL: Procesador de señales digitales que funciona como 250 módems QAM (modulación en cuadratura de amplitud) operando en paralelo a diferentes frecuencias. DSLAM: Multiplexor de acceso de línea digital de suscriptor que tiene el mismo tipo de procesador digital de señales que el módem ADSL. Una vez se extraen los bits para conformar paquetes y ser enviados al ISP xdsl xdsl, es un acrónimo genérico que representa formas de transmisión digital a alta velocidad. xdsl se divide en dos grupos, el grupo simétrico (HDSL, IDSL y SDSL) y el grupo asimétrico (ADSL, ADSL Glite, RADSL y VDSL) como se observa en la Tabla No. 5. Tabla 5. Técnicas xdsl [11]

23 Línea de Abonado digital de alta velocidad (HDSL) HDSL lo desarrolló BellCore en la década de los años 80 para enviar datos por enlaces T1 (1.544 Mbps), con distancias de 1 Km. entre repetidores lo que eleva el costo de estos enlace entre la compañía telefónica y el usuario. HDSL alcanza velocidades de datos de 2 Mbps a través de dos líneas de par trenzado dentro de un ancho de banda que se extiende hasta 196 Khz aproximadamente. HDSL es simétrica lo que representa el mismo ancho de banda entre los canales de subida y de bajada. Esta técnica está enfocada a usos empresariales o ISP, redes privadas de datos o enlaces entre pequeñas centrales Línea de Abonado digital de una sola línea (SDSL) Por el hecho que HDSL requiere dos pares trenzados no es posible implementarlo en abonados particulares. SDSL cancela el eco, técnica de procesamiento de señales que permite la transmisión digital en ambos sentidos de forma simultánea a través de una única línea de transmisión. Utiliza canales T1 y E1 sobre par trenzado. Tecnología recomendada para pequeños suscriptores como hogares y oficinas individuales, soporta distancias de 3 Km entre la compañía telefónica y el usuario. Permite mantener las velocidades de HDSL Línea Digital Integrada de Suscriptor (IDSL) IDSL solo puede transportar datos. Esta tecnología es simétrica similar a SDSL, pero opera a velocidades más bajas y a distancias más cortas. ISDN se basa en el desarrollo DSL de comunicaciones ascendentes (Ascend Communications) [11]

24 IDSL es un servicio no conmutado a diferencia de ISDN/RDSI, no causa congestión del conmutador en la Oficina Central del Proveedor de Servicios. [11]. IDSL permite velocidades de 144 Kbps Línea de Abonado digital Asimétrica Pequeña (ADSL Glite) Conocida también como G.Lite, Splittemess ADSL o Universal ADSL, es una tecnología que alcanza velocidades descendentes de 1.5 Mbps y de 384 Kbps en el enlace ascendentes. Soporta distancias de 6 Km entre puntos. La diferencia con ADSL radica en los filtros que separan el canal telefónico de voz del canal que transporta los datos. ADSL Glite no requiere la instalación del filtro del lado del usuario, tan solo se requiere la instalación del módem ADSL en la línea telefónica y filtros en las tomas de los teléfonos de voz, todo ello para discriminar la voz de la corriente de datos Línea de Abonado digital de Transferencia Adaptable (RADSL) Tecnología que se ajusta de forma dinámica a las condiciones de la línea telefónica y de las distancias normales de las redes instaladas. Este sistema incluye software que automática y dinámicamente ajusta la velocidad a la cual pueden transmitir los diferentes usuarios. Soporta velocidades máxima en la línea ascendente de 1 Mbps y velocidades máxima en la línea descendente de 12 Mbps Línea de Abonado digital de muy alta velocidad (VDSL) Permite velocidades superiores a las de ADSL. Esta tecnología está en fase de definición y de estandarización.

25 VDSL no utiliza cancelación de eco, reduce la distancia del segmento entre el proveedor de servicios y el usuario a costa de la velocidad. Si la distancias corresponden a 300 mts el enlace descendente puede alcanzar una velocidad de 52 Mbps y en el enlace ascedente 1,5 Mbps Si la distancia corresponde a 1500 mts, el enlace descendente alcanza velocidades de 13 Mbps y de 2,3 Mbps en el enlace ascendente. VDSL proporciona bandas separadas para diferentes servicios, así: POTS 0-4 Khz RDSI 4-80 Khz Enlace ascendente Khz Enlace descendente mayor a 1 Mhz Modulación en la Tecnología XDSL Como ocurre en los modems tradicionales, es necesario que la señal de información se module con otra señal para que la información pueda viajar por el medio de comunicaciones. ADSL modula la señal de información con: CAP (Carrierless Amplitude Phase) o DMT (Discrete Multi-Tone), ambas CAP y DMT utilizan modulación QAM (Quadrature Amplitude Modulation). El principio de QAM consiste en conservar el ancho de banda a partir de dos señales portadoras digitales que ocupan el mismo ancho de banda en la transmisión. Otra técnica de modulación es la Línea Simple Codificada ó SLC (Simple Line Code). SLC utiliza en configuraciones pasivas TDMA para multiplexar el canal ascendente, SLC también puede utilizar FDM.

26 CAP El sistema CAP (Carrierlless Amplitude Phase/Modulation) utiliza una sola portadora (es eliminada) para transmitir la información. CAP de QAM almacena en memoria partes de una señal de mensaje modulada y luego reesambla las partes en la onda modulada. La señal portadora se suprime antes de transmitir debido a que no contiene información y se reensambla en el módem receptor (de ahí el nombre carrierless en CAP). [11]. CAP está basado en FDM. Figura 15. Técnicas QAM [11] QAM (Ver Figura 15) es una técnica de modulación que combina la modulación por amplitud (AM) y la modulación por fase (PM). Al iniciar CAP verifica la calidad de la línea de acceso y selecciona la técnica más eficiente de QAM de tal forma que el rendimiento sea apreciable en las transmisiones de señales individuales. CAP está disponible para T1 (1.5 Mbps) y es de bajo costo debido a su simplicidad.

27 Multitono discreto La técnica de multitono discreto (DMT, discrete Multitone) se refiere a usar señales portadoras a diferentes frecuencias (256 portadoras) para subdividir el ancho de banda disponible del canal en subcanales de 4Khz. Cuando se realiza una llamada telefónica, entonces, en la fase de inicialización el módem DTM envía señales de control y mantenimiento con el fin de determinar la relación señal-ruido en cada uno de ellos, así, el módem asigna mayor flujo de datos a los canales de mejor calidad y menor taza de transferencia a los canales de baja calidad. Figura 16. ADSL con modulación multitono discreta [10] El DMT divide el espectro disponible de 1.1 Mhz en 256 canales cada uno de ellos de Hz. Como se observa en la Figura 16, el canal 0 se utiliza para POTS. Los canales del uno al cinco se utilizan como banda de protección entre los canales de voz y datos. De los 250 canales restantes uno se utiliza para control de flujo ascendente y uno se utiliza para control de flujo descendente, los 248 restantes para datos.

28 3.9 Acceso en espectro expandido La tecnología de espectro ensanchado difunde la señal de información a lo largo del ancho de banda disponible. Se transmite en una frecuencia determinada que comparten todos los usuarios de la red. Esta técnica constituye una forma de codificación en comunicaciones inalámbricas. Técnica de transmisión que utiliza tanto datos analógicos como digitales, poco susceptible al ruido y crea pocas interferencias. La norma que regula las comunicaciones WLAN es la norma IEEE (Ver tabla 6). Tabla 6. Estandar IEEE [14]

29 Acceso Expandido por Salto de Frecuencias (FHSS) FHSS (Frequency Hopping Spread Spetrum), consiste en transmitir parte de la información del usuario en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo dwell time, este tiempo es inferior a 400 microsegundos, pasado este tiempo cambia de frecuencia de emisión junto con el receptor. Los usuarios no autorizados no podrán sincronizar los saltos de frecuencia. Este sistema cuenta con 2 k frecuencias portadoras que dan lugar a 2 k canales. Como se observa en la Figura 17. Figura 17. FHSS[8] La secuencia del cambio de una frecuencia de transmisión viene determinada por una secuencia pseudoaleatoria que se encuentran en unas tablas definidas en el receptor y el transmisor. El estándar IEEE describe esta tecnología como FSK (Frequency Shift Keying) con velocidades de transferencia desde 1Mbps hasta 2 Mbps Acceso Expandido de Secuencia Directa (DSSS) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) consiste en la generación de un patrón de bits redundante llamado señal de chip para cada uno de los bits que componen la

30 señal de información y la posterior modulación de la señal resultante mediante una portadora de radio frecuencia, en el receptor es necesario realizar el proceso inverso para obtener la señal de información. La técnica de espectro expandido combina la secuencia digital de entrada (información) con el código de expansión (señal de chip) mediante la función orexclusiva X-OR, que corresponde a: Como ejemplo de transmisión y recepción DSSS tenemos la Figura 18 : Figura 18. DSSS [8] Como se observa en la figura 18. En el transmisor se combina la señal de información con el código de expansión

31 (0,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1), dando como resultado (0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0) que es la secuencia de bits que se transmite. El receptor realiza el proceso inverso que corresponde a XOR entre la señal recibida y el código expansor (código idéntico al generado en el transmisor), dando como resultado la señal de información Acceso múltiple por división de código (CSMA) La técnica CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance) es similar al definido en la norma IEEE Su funcionalidad es el siguiente: 1.- Antes de transmitir información una estación debe testear el medio, o canal inalámbrico, para determinar su estado (libre / ocupado). 2.- Si el medio no está ocupado por ninguna otra trama la estación ejecuta una espera adicional llamada espaciado entre tramas (IFS). 3.- Si durante este intervalo temporal, o bien ya desde el principio, el medio se determina ocupado, entonces la estación debe esperar hasta el final de la transacción actual antes de realizar cualquier acción. 4.- Una vez finaliza esta espera debida a la ocupación del medio la estación ejecuta el llamado algoritmo de Backoff, según el cual se determina una espera adicional y aleatoria escogida uniformemente en un intervalo llamado ventana de contienda (CW). El algoritmo de Backoff nos da un número aleatorio y entero de ranuras temporales (slot time) y su función es la de reducir la probabilidad de colisión que es máxima cuando varias estaciones están esperando a que el medio quede libre para transmitir. 5.- Mientras se ejecuta la espera marcada por el algoritmo de Backoff se continúa escuchando el medio de tal manera que si el medio se determina libre durante un tiempo de al menos IFS, esta espera va avanzando temporalmente hasta que la estación consume todas las ranura temporales asignadas. En cambio, si el medio no permanece libre durante un tiempo igual o superior a IFS el algoritmo de Backoff queda suspendido hasta que se cumpla esta condición. Cada retransmisión provocará que el valor de CW, que se encontrará entre CWmin y CWmax se duplique hasta llegar al valor máximo. Por otra parte, el valor del slot time es 20μseg. [13]

32 GLOSARIO ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): Línea Digital de Suscriptor Asimétrica. CAP (Carrierless Amplitude Phase): Técnica de modulación aplicada a ADSL. Difusión (broadcasting): Tecnología de transmisión en donde el canal de comunicaciones es compartido por varios elementos de red. DMT (Discrete Multi-Tone): técnica de modulación aplicada a ADSL. HDSL (High Digital Subscriber Line): Línea de abonado digital de alta velocidad. IDSL (Integrated Digital Subsriber Line): Línea Digital Integrada de abonado. ISP (Internet Services Provider): Proveedor de servicios de Internet. Muestreo: Muestras que se toman en diferentes intervalos de tiempo a señales analógicas para digitalizarla o discretizarla. Multidifusión (Multicasting): Tecnología de transmisión en donde el canal de comunicaciones es compartido por varios elementos de red y se transmite a subgrupos de dispositivos. Multiplexación: Un único canal de comunicaciones es subdividido en subcanales. Nodo: Elemento electrónico que se conecta a una red de comunicaciones y que tiene la capacidad de transmitir y/o recibir datos. POTS (Plain Old Telephone Service): Servicio telefónico convencional de voz. QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Técnica de modulación de amplitud de cuadratura.

33 Señal Digital: Las magnitudes de la señal se representan mediante valores discretos. SDSL (Single Digital Subcriber Line): Línea Digital simple de suscriptor. TDMA (Time Division Multiple Access): Acceso multiple por división de tiempo. Trama: Unidad de datos designada en el nivel de enlace de datos de acuerdo al modelo de referencia OSI.

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