Tema 2-. Fundamentos de comunicación de datos

Transcripción

1 Tema 2-. Fundamentos de comunicación de datos En el tema anterior se ha definido la comunicación de datos como el arte de intercambiar unos y ceros entre dispositivos. En este tema nos vamos a centrar en cómo se transmite la información de un ordenador a otro y en los conceptos fundamentales que están involucrados en este proceso Códigos binarios. Los ordenadores utilizan el sistema de numeración binario para representar la información. En este sistema, los números se representan utilizando sólo ceros y unos. En el lenguaje informático, a cada cero o uno se le llama bit (Binary diglt) y a un sistema que utiliza este tipo de representación, sistema digital. Un número o cualquier símbolo (por ejemplo, las letras del alfabeto o los signos de puntuación) se construyen combinando los bits de acuerdo con unos códigos binarios. Los códigos más populares en el campo de la comunicación de datos son: * el código EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), desarrollado por IBM, y * el código ASCII (American National Standard Code Information Interchange), desarrollado por ANSI. Este código adoptado por el CCITT (ahora ITU/T) con el nombre de International Alphabet 5 (las5) como un estándar internacional. * el código BCD de 4 bits con sus cuatro variantes (Natural, Gray, Aiken y Exceso-3). Los dos códigos utilizan una combinación de 8 bits, combinación que se conoce con el nombre de octeto o byte. En el Apéndice 1 se dan las tablas de ambos códigos. En ellas se puede comprobar que, por ejemplo, la letra Z se representa de la siguiente forma: código ASCII: ó código EBCDIC: código BCD: (en este caso no hay paridad) Las dos posibilidades que se muestran en el caso del código ASCII es debido a que, en el original, los códigos de datos son Sólo 7. El bit nº 8 se utiliza para representar la paridad, que como se verá más adelante se usa para chequear errores. Actualmente, existe una extensión del código ASCII que utiliza este bit para poder representar símbolos que no se pueden representar sólo con los siete originales, en lugar de utilizarlo para la paridad. Así pues, los ordenadores se comunican entre ellos enviándose unos y ceros agrupados de acuerdo a una codificación. Estos unos y ceros se pueden transmitir por medio de cambios de corriente o del voltaje que pase por un conductor eléctrico, o por cualquier otro mecanismo que permita propagar los dos estados. Independientemente de la forma en que se transmitan los datos, parece lógico especificar la velocidad de transmisión en función de los bits por segundo, abreviadamente b/s o bps, transmitidos Transmisión en paralelo y en serie. El código de caracteres determina qué bits deben de transmitirse, pero no define cómo deben de enviarse. Los bits pueden transmitirse en paralelo sobre varias líneas o caminos físicos simultáneamente, transmisión paralela, o en serie sobre una única línea, transmisión en serie. Supongamos que se quiere transmitir el byte siguiente: (bit1 bit2 bit3 bit4 bit5 bit6 bit7 bit8). En la transmisión en paralelo, figura 2.la, cada bit del octeto tiene su propio hilo. Un hilo adicional, el del reloj, le dice al receptor el momento en que tiene que hacer la lectura simultánea de todos los hilos. Existen otros hilos con otras funciones, pero está fuera del objetivo de este manual el tratarlos. En la transmisión en serie, figura 2.lb, los bits se envían uno detrás de otro a través de un único camino físico de transmisión. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 1 Profesor : Sebastià Ginard Julià

2 Byte Bit 1 Byte Bit 8... Bit 1 Bit 8 (a) figura 2.1. Clasificación de la transmisión según el envío físico de los bits. La principal ventaja de la transmisión en paralelo es que se puede conseguir una mayor velocidad de transmisión al enviarse los bytes simultáneamente. En distancias cortas es muy apropiado. Sin embargo, conforme va creciendo la distancia, el hecho de tener muchos hilos no solamente encarece la conexión, sino que también hace crecer la complejidad del sistema. Ello es debido a que se produce una degradación mucho mayor que en el caso de transmisión en serie, influenciada por el ambiente y la distancia. Los componentes internos de un ordenador, normalmente, se conectan en paralelo. También es el caso de muchas conexiones de éste con sus dispositivos periféricos. Sin embargo, la transmisión en serie es la más utilizada para la comunicación de datos. (b) 2.3. Flujo de la información: Simplex, Half Dúplex y Full Dúplex. Una vez que se tiene establecido el camino de comunicación, existen varios modos de operación de éste según el flujo de los datos: simplex, half-duplex o full-duplex. En la comunicación simplex, figura 2.2, la transmisión de los bits solamente se permite en un único sentido. Un extremo transmite los datos y el otro los recibe, pero nunca al revés. Este tipo de comunicación se emplea, por ejemplo, en telemetría y en aplicaciones del espacio. En la comunicación half-duplex, figura 2.2, la transmisión de los bits en los dos sentidos es posible, pero no de forma simultánea. Básicamente, tiene la ventaja de que ahorra caminos de transmisión y simplifica el mecanismo del diálogo, al no tratar simultáneamente la información a transmitir y la recibida. Un ejemplo de este tipo de comunicación es el de la comunicación de mayoría de los terminales con el ordenador. En la comunicación full-duplex o también llamada dúplex, figura 2.2, la transmisión simultánea en los dos sentidos es posible. Este tipo de comunicación ofrece mayor rendimiento que la anterior siempre que los dispositivos de los extremos puedan aprovecharlo. Es muy utilizada para aplicaciones que requieran un uso continuo del canal, gran rendimiento y un mayor tiempo de respuesta. El que los datos puedan viajar simultáneamente en los dos sentidos se puede conseguir teniendo dos caminos de transmisión. Por ejemplo, se pueden tener dos pares de hilos o varias bandas de frecuencia. Simplex Primero Después Half-Duplex Full-Duplex Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 2 Profesor : Sebastià Ginard Julià

3 2.4. Sincronización de los componentes de la red. Figura 2.2. Modo de transmisión según el flujo de los datos. En la transmisión de los datos se necesita un método que sincronice el transmisor y el receptor para resolver las siguientes cuestiones: - cuándo debe empezar y acabar la lectura de la información que llega por la red, y - cuándo debe de leerse un bit. Una diferencia en los tiempos de lectura por parte del transmisor y el receptor hará que éste último no lea lo mismo que le ha enviado el primero. Los métodos o modos de transmisión que se utilizan para conseguir esta sincronización son: la transmisión asíncrona y la transmisión síncrona. En la transmisión asíncrona, figura 2.3, los datos se envían byte a byte (o carácter a carácter) a intervalos variables de tiempo. La sincronización se consigue marcando cada byte que se envía con un bit de arranque (start bit), y un bit de parada (stop bit). Hay métodos en los que se utiliza un bit y medio o dos como bits de parada en vez de uno sólo. La función del bit de arranque es el de avisar al receptor de que llegan datos y hacer que se ponga en marcha la lectura de los siguientes 9 bits (en el caso de que se utilice, por ejemplo, 8 bits para datos y sólo 1 bit de parada). La función del bit de parada es, precisamente, restaurar el estado de reposo para asegurar un cambio de estado que identifique los bits de arranque de los siguientes caracteres. Estado de reposo de la linea 1 0 Bit de arranque Bits de datos ( de 5 a 8) Bit de paridad figura 2.3. Transmisión asíncrona. Bit de parada (1, 1.5 ó 2) Por convenio, el estado normal de la línea, estado de reposo, se representa por el estado 1, por lo que el bit de arranque es el 0 y el bit (o bits) de parada se representa con el 1. Para conseguir la sincronización en la lectura de los bits, el receptor debe configurarse previamente con la misma velocidad de transmisión que el transmisor. Algunos velocidades típicas que hoy en día utilizan los dispositivos asíncronos son: bps, bps, bps, bps y 115,2 kbps. La transmisión asíncrona es muy utilizada debido a que es una técnica muy simple y las interfaces son baratas. Se utiliza principalmente para las aplicaciones basadas en la comunicación terminal-ordenador. En la transmisión síncrona, figura 2.4, los datos se envían en bloques o paquetes de caracteres en vez de enviarse de uno en uno. Dentro del bloque no existe ninguna pausa entre los caracteres y se elimina la necesidad de marcarlos cada uno con los bits de comienzo y parada. La sincronización de los bloques de caracteres se consigue utilizando unos bytes especiales de sincronismo, bytes sync, llamados también flags. Su función principal es la de avisar al receptor que llegan datos y son escogidos de tal forma que el orden de sus bits no pueda repetirse cuando se envían datos normales. El byte sync utilizado en ASCII es el El sincronismo de bit se consigue enviando también una señal de reloj, además de los datos, que nos indique el momento de realizar la lectura. Esta señal se puede enviar separada de los datos por una segunda línea o circuito, o puede enviarse utilizando un código que la incluya (código de semi-reloj). Figura 2.4. Transmisión síncrona. Se envía también la señal del reloj. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 3 Profesor : Sebastià Ginard Julià

4 Tiempo de un bit Reloj Datos Byte de sincronismo Byte de datos El coste de los dispositivos síncronos es mayor que el de los dispositivos asíncronos al tener que implementar más circuitos y tener que diferenciar los datos de los caracteres especiales de sincronismo. Este tipo de transmisión se utiliza típicamente cuando la eficacia de la transmisión es importante, que es el caso de la mayoría de las comunicaciones de ordenador a ordenador. Si se comparan los dos tipos de transmisión se puede ver que en la transmisión asíncrona, el 20% de lo que se transmite se utiliza para la sincronización (20% de overhead). Este porcentaje se mantiene constante sea cual sea el número de caracteres que se envíen. Sin embargo, la transmisión síncrona ofrece una mayor ventaja cuanto mayores sean los bloques de datos a enviar Errores en la transmisión. En la transmisión de la información se pueden producir interferencias, o ruidos, que pueden alterar las señales que se envían y, por tanto, los datos. Luego, es necesario aplicar unas técnicas orientadas a detectar y también a corregir estos errores en, al menos, los extremos finales de una comunicación de datos. Independientemente de ello, es muy importante que para la transmisión de datos estos errores se reduzcan lo máximo posible. El ruido puede ser debido al movimiento aleatorio natural de los electrones en el propio conductor, llamado ruido blanco o gaussiano. Sin embargo, también puede ser inducido por otros factores externos, como la existencia de campos electromagnéticos fuertes en el entorno, radiaciones de las estrellas, etc. Por otro lado, los errores también se pueden producir por factores distintos al ruido, como por ejemplo: - Pérdida de la señal debido a la atenuación de las señales en la transmisión por el medio físico. - Interrupciones cortas en el camino durante las que las señales se pueden perder totalmente. - La presencia de eco en la línea. Los ecos pueden ser producidos, por ejemplo, por reflexiones en el medio. - Por errores del propio protocolo. Existen muchas formas de detectar los errores. Los más comunes son los siguientes : * Echoplex. Es una técnica muy simple de detección de los errores. Consiste en que los datos enviados sean devueltos por el receptor (eco remoto). Si se reciben los mismos datos enviados, entonces se asume que la transmisión ha sido correcta. Si no son los mismos, se asume que ha existido un error y se vuelven a transmitir. Se utiliza en la mayoría de los terminales y en la emulación de terminal. * Chequeo de la paridad. Es una técnica también muy simple, pero muy utilizada para transmisiones asíncronas. Consiste en añadir un bit (bit de paridad) a cada byte que se envía. Este bit será 0 ó 1 según sea el resultado del cálculo que realiza el emisor de los datos. En el destino, este bit es comparado con el bit que resulta del mismo cálculo que realiza el receptor de los datos. Si coinciden los dos bits, el ordenador asume que no hay error de transmisión. El bit resultante de los cálculos depende del tipo de chequeo de paridad que se utilice: paridad par, paridad impar, paridad siempre 0 (space parity), paridad siempre 1 (mark parity) y paridad ignorada (no paridad). Por ejemplo, en el caso de paridad impar, este bit es 1 si el número de unos en el byte es impar y es 0 si el número de unos es par. Sin embargo, esta técnica es muy limitada ya que en el caso de que se produzca un número de errores par, éste no se detecta. * Chequeo de paridad de dos coordenadas. Este método es una extensión del método anterior para aplicarlo al chequeo de los errores cuando los datos se envían en bloques de caracteres. Se mantiene el bit de paridad de cada carácter o byte. Sin embargo, también se añade un byte nuevo al final del bloque, llamado carácter de chequeo del bloque (o BCC), que resulta del cálculo de la paridad de todos los bits que ocupan la misma posición en todos los caracteres que forman el Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 4 Profesor : Sebastià Ginard Julià

5 bloque. Con este método, además de crear bastante overhead, existe la posibilidad de que no se detecten bloques erróneos en según que combinaciones. * Chequeo cíclico de redundancia (Cyclic Redundancy Checking o CRC). Esta técnica es la más utilizada hoy en día para detectar errores en los bloques de datos. Es una variación del concepto en que se basa el anterior, pero en lugar de añadir unos y ceros según la paridad, se utiliza una fórmula matemática complicada (un polinomio). Los datos se dividen por el polinomio, generando un cociente y un resto. El resto (normalmente 16 ó 32 bits) se añade al mensaje y es transmitido en el bloque. El receptor realiza la misma operación con los datos recibidos y compara el resto resultante de su cálculo con el recibido. Si no coinciden los dos restos, se asume que existe un error y se descarta el bloque. Aunque este método es más complicado y costoso de implementar, con él se consigue un alto grado de eficacia en la detección de los errores. Normalmente, estos cálculos se realizan por hardware en un circuito muy simple a base de flipflops muy simple y rápido. Ejemplos de polinomio característico podría ser el siguiente : CRC16 G= X 16 X 15 X 2 1 CRC32 G= X 32 X 26 X 23 X 22 X 16 X 12 X 11 X 10 X 8 X 7 X 5 X 4 X 2 X 1 Dicho polinomio debe de cumplir una serie de requisitos que se dejaran para los matemáticos. Entre ellas es que el polinomio sea primitivo (no divisible por otros polinomios de grado menor, y más cosas!) Este polinomio proporciona un resto de 16 bits y por eso se llama CRC-16. También existen CRC-32 que proporciona un resto de 32 bits. Evidentemente cuanto mayor es el resto del polinomio mayor sera la probabilidad de detección de un posible error. Hoy día la probabilidad de detección de errores es muy alta ya es muchísimo error. Cotas más reales podrían ser o mas. Para la corrección de los errores se aplican básicamente 2 técnicas. Una, la más utilizada, se basa en la retransmisión, es decir, una vez que el receptor detecta que se ha producido un error, éste hace una petición de retransmisión de los datos al emisor. La otra técnica se basa en que el propio receptor de los datos intente corregir el error, y se conoce con el nombre de forward error correction (FEC). Esta función la realiza el algoritmo de codificación/decodificación. En este caso, es necesario que se utilicen códigos de transmisión especiales que contengan información redundante para que se pueda corregir el error. Un ejemplo de este tipo de técnica, para corregir errores de un sólo bit, es el código de Hamming. Esta función FEC estaría por tanto localizada entre el bloque Algoritmo decodificación y Comprueba CRC. Este método evita la retransmisión de muchas tramas si el algoritmo del decodificador es capaz de corregir muchos errores. Un sistema que utiliza más de un sistema de los descritos anteriormente, podría por ejemplo ser el de la figura 2.5 que se muestra a continuación. Fuente Calculo CRC Algoritmo Codificación Matriz entrelazado Canal Canal Matriz desentrelazado Algoritmo decodificación Comprueba CRC Destino Figura 2.5 Diagrama de bloques de un sistema de transmisión. Vamos a continuación a explicar el funcionamiento de este sistema. Comenzando por la izquierda disponemos de la fuente de información que suponemos entrega los datos que se desean transmitir. El primer paso que se lleva a cabo a estos datos es el cálculo del CRC para poder comprobar la integridad de los mismos en recepción. A continuación, mediante un algoritmo de codificación que tiene la virtud de incorporar una determinada información redundante según un determinado algoritmo, permite en recepción además de la detección de un conjunto de errores, la corrección de otra serie de errores, así como también la corrección de un error de ráfaga de un determinado valor. Seguidamente, observamos que se dispone de una matriz de entrelazado que funciona de la siguiente manera. Se escriben los datos de entrada en filas y se leen estos datos por columnas. Esta matriz de entrelazado tiene la misión de entrelazar los datos que se envían por el canal. Estos datos finalmente son enviados por el canal, que es el elemento capaz de producir errores en los datos, tanto de simples cómo ráfagas de errores, por ejemplo, como consecuencia de que el sistema receptor pueda perder la Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 5 Profesor : Sebastià Ginard Julià

6 sincronización. Una vez llegados los datos al receptor, éste dispone de una matriz de desentrelazado que actúa de forma contraria a la de entrelazado, se escriben los datos por columnas y se leen por filas. Este mecanismo tiene la virtud de esparcir un error de ráfaga en errores simples entre los datos que después el algoritmo de decodificación sea capaz de corregir. El algoritmo de decodificación se encarga de decodificar los datos recibidos, corrigiendo todos los datos de los mismos. Finalmente se comprueba mediante el CRC si en realidad los datos que se obtienen del decodificador son correctos, enviándolos al destino en caso afirmativo y solicitando el reenvío de los mismos en aquellos casos que éstos sean erróneos. En resumen, si no dispone de un sistema de este tipo en canales que sean muy ruidosos no conseguiríamos enviar prácticamente ninguna información útil, puesto que siempre pediríamos retransmisión de la información debido a que habría errores en los paquetes transmitidos. En cambio, si son colocados ciertos mecanismos que sean capaces de corregir la mayoría de errores producidos por un canal en recepción (FEC), sólo será necesario solicitar reenvío en aquellos casos en los que el algoritmo no sea capaz de efectuar la corrección de los mismos Medios de transmisión. Existen diferentes medios físicos de transmisión -caminos físicos a través de los que viaja la información- que se utilizan para comunicación de datos. Algunos ejemplos son: par trenzado, cable coaxial, fibra óptica, microondas y vía satélites de comunicación. Par trenzado Es muy utilizado hoy en día para distribuir la red por dentro de los edificios. Estos cables están formados por pares de hilos trenzados (figura 2.6) y la información se transmite enviando corriente eléctrica a través de ellos. Los hilos se trenzan de esta manera para minimizar el efecto antena de los hilos en paralelo. Cuando se requiere una mayor protección contra estas interferencias, éstos se suelen proteger con una malla (cables apantallados). Figura 2.6 Cables de par trenzado. Los pares trenzados no apantallados (UTP) son más económicos que los pares trenzados apantallados (STP). Pero, por lo general, este tipo de cable es muy económico. Además, es muy flexible y sencillo de instalar. Los cables de par trenzado se clasifican en las categorías siguientes según las especificaciones de cableado de la EIA: - Categoría 1 : no se aplica ningún criterio de rendimiento al cable. - Categoría 2 : 1 Mhz. Se Utiliza para cableado telefónico. - Categoría 3 : 16 Mhz. Utilizado por varios tipos de LAN. - Categoría 4 : 20 Mhz. Utilizado también por algunas LAN. - Categoría 5 : 100 Mhz. Utilizado por redes que requieren velocidades del orden de 100 Mbps o más. - Categoría 6 : Utilizado en redes de 1Gbps mediante la utilización de los 4 pares (8 hilos). Actualmente los cables que se utilizan para cablear un edificio están formados por 4 pares trenzados (8 hilos) y el tipo de conector se conoce con el nombre de RJ-45. La distancia máxima aconsejada para trabajar a velocidades de 100 Mbps son de 100 metros (cable de categoría 5). A velocidades menores pueden trabajar a mayor distancia. Cable coaxial Este tipo de cable es el que se utiliza para hacer llegar al televisor las señales que recibe la antena. También es utilizado por algunas redes de área local. Normalmente, el cable que se utiliza en el primer caso tiene una resistencia de 75 ohmios, mientras que el del segundo caso es de 50 ohmios. Consiste en un hilo en el centro, rodeado por un material aislante, con una malla conductora de cobre que lo recubre, y todo ello a su vez recubierto por una funda aislante (figura 2.7). La malla conductora está conectada a tierra y su función es proteger el hilo central, por el que pasa la corriente eléctrica, de cualquier interferencia externa. Las interferencias que provienen del entorno son absorbidas por la malla y enviadas a la tierra. Figura 2.7. Cable coaxial. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 6 Profesor : Sebastià Ginard Julià

7 El cable coaxial es más inmune a los ruidos que el par trenzado y su capacidad de transmisión es de hasta 150 Mbps, sin embargo, es más caro y algo menos flexible. Una variante del cable coaxial es el twinaxial o twinax, para el que se utilizan dos hilos conductores internos. Fibra óptica En este tipo de cable los datos se transmiten enviando luz a través de una fibra especial de cristal muy delgada. Un método utilizado para enviar los datos a través de la fibra óptica es conmutar la luz de apagada (0) a encendida (1). Es muy común hoy en día que se utilice para conectar las centralitas de telefónica y, también, como base de muchas redes de área local. Existen los siguientes tipos de fibra óptica : * Fibras monomodo => - Salto de índice. (núcleo de 9 m) - Indice gradual. * Fibras multimodo => - Salto de índice. (núcleo de 65 m o más) Las fibras monomodo son las que sólo transmiten una longitud de onda de luz, ello se consigue cuando la onda de luz no puede rebotar por su interior, mientras que las multimodo son las que permiten la transmisión de varias longitudes de onda. La primera es más eficaz y puede utilizarse a mayores distancias, aunque, es más cara, en lo últimos tiempos se ha abaratado muchísimo. La fibra óptica es el cable más caro y el menos flexible. Para su instalación se necesita un equipo especial y personal cualificado. Sin embargo, es muy inmune a las interferencias electromagnéticas (al no utilizar señales eléctricas) y ofrece una capacidad de transmisión del orden de los gigabits/s (Gbps). En la figura 2.8 pueden verse los perfiles del índice de refracción de las distintas fibras ópticas. Fibra de salto de índice n Fibra de índice gradual n Figura 2.8. Perfiles del índice de refracción de una fibra óptica. Las características principales de la fibra óptica son las siguientes : Ley de snell, teoría de rayos, ángulo crítico,cono de aceptación y apertura numérica. Atenuación de la fibra y ventanas de trabajo. Dispersión modal, material. Empalmes y conectores de fibra óptica. Convertidores de señal eléctrica-luz (led y laser). Los rayos en la fibra cumplen la primera y segunda ley de snell que dicen lo siguiente : ø i = ø r n 1 sin ø i =n 2 sin ø r Otro concepto muy interesante es el ángulo crítico (dentro del núcleo), que es el ángulo a partir del cual no existe reflexión, es decir, que todo el rayo ya no se transfiere al otro medio sino que solamente se refleja. Esto es lo que buscamos en el núcleo de la fibra para que un rayo vaya propagándose a través de ella. Eso sucede cuando el n 1 > n 2 y en una fibra Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 7 Profesor : Sebastià Ginard Julià

8 tendríamos que el n 1 pertenecería al núcleo y el n 2 a la cubierta. Por lo tanto haciendo un estudio del rayo dentro de la fibra óptica, siempre sabiendo que el índice de refracción del núcleo es mayor que la cubierta, tenemos que : ø 1 =ø critico =arcsin n2 n1 donde n 1 n 2 Otra cosa es el ángulo máximo que puede incidir el rayo a la entrada de la fibra. aquí la cosa ya es un poco más laboriosa, aunque la idea es la misma. Vamos a estudiarlo, para ello veamos el siguiente dibujo : Figura 2.9. Rayo de entrada en una fibra óptica. A la unión aire-núcleo de la fibra tenemos n 0 sin ø 0 =n 1 sin ø 1 Y en la unión núcleo-cubierta tenemos n 1 sin 90 ø 1 =n 2 sin ø 2 Obsérvese que la entrada del rayo en la unión núcleo-cubierta es 90 ø 1 Ahora usando la matemática elemental y sabiendo que : Primero el ángulo ø 2 =90 por que queremos que no exista rayo transmitido hacia la cubierta y exista reflexión total del rayo en la fibra. Segundo sabiendo que el índice de refracción del aire es la unidad, es decir, n 0 =1 Tercero sabiendo que sin 2 ø cos 2 ø =1 Con estas tres recomendaciones desarrollar los cálculos para obtener la siguiente fórmula resultante : ø 0 =arcsin n 2 2 n 1 2 Esto es el ángulo máximo que puede incidir el rayo para que este quede confinado dentro de la fibra, que se conoce como el ángulo del cono de aceptación o ángulo de entrada de la fibra óptica. Otra definición llamada Apertura Numérica (NA) viene a ser lo mismo pero viene dada por la siguiente fórmula : NA=sin ø 0 Las ventanas de trabajo de la fibra óptica pueden observarse en el dibujo de la siguiente gráfica, en las que se observan las ventanas (primera, segunda y tercera). Últimamente han aparecido nuevos dispositivos emisores a otras longitudes de onda y han aparecido dos nuevas ventanas (cuarta y quinta). Figura Ventanas de funcionamiento de una fibra óptica. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 8 Profesor : Sebastià Ginard Julià

9 Se observan que existen básicamente tres ventanas de funcionamiento. Actualmente prácticamente todos los sistemas de comunicaciones que requieran de una cierta distancia y buenas prestaciones funcionan dentro de la tercera ventana que como puede observarse la atenuación por km es muy pequeña. Asimismo a medida que avanza la tecnología se consiguen fibras con valores de atenuación menores y se mejoran además las otras características de la misma. Veamos que es la dispersión. La dispersión es el efecto sobre la luz que produce la fibra, es decir, si a la entrada le proporcionamos un impulso perfectamente rectangular de luz, a su salida aparece un impulso con los cantos redondeados de dicha luz debido a la dispersión de la misma a través de la fibra. Esto es debido a una serie de efectos que suceden dentro de la fibra óptica, u que vamos a enumerar-los a continuación : Dispersión modal : Este tipo de dispersión es debido a que existen múltiples rayos diferentes que circulan por la fibra, y cada uno recorre un camino diferente, ello tiene como consecuencia que los rayos que viajan por el centro (con menos rebotes) llegan antes, que los rayos que viajan rebotando más (próximo al ángulo crítico) que llegan más tarde al recorrer más camino. Debido a ello se produce un alargamiento de la luz que llega al otro extremo que produce el efecto de dispersión del pulso perfectamente rectangular de la entrada. Dispersión material : También existen impurezas e irregularidades en la construcción de la fibra que se manifiestan en dispersiones producidas por el material. Entre ellas tenemos : Pérdidas por difusión de Rayleigh (producidas por fluctuaciones térmicas del índice de refracción). Imperfecciones de la fibra, particularmente en la unión núcleo-revestimiento, variaciones geométricas del núcleo en el diámetro. Impurezas y burbujas en el núcleo ( concretamente el ion OH - es muy difícil de eliminar completamente, que puede observarse en el gráfico de la ventanas de la fibra) Impurezas de materiales fluorescentes. Pérdidas de radiación debido a microcurvaturas, cambios repetitivos en el radio de curvatura del eje de la fibra. Las deformaciones mecánicas producto del montaje, es la causa más importante, de las deformaciones externas que pueden producirse en la fibra. Los empalmes y conectores son un elemento muy a cuidar si queremos que no aparezcan problemas adicionales en los enlaces de fibra óptica. Para ello existen toda una serie de técnicas de empalme y conectores utilizados en la fibra con el objetivo de que su manejo sea cuanto más sencillo mejor. En la figura siguiente puede observarse distintos valores de atenuación para distintas causas posibles. Teniendo en cuenta que las fibras son diminutas podemos hacernos una idea de que es muy fácil que aparezcan los efectos descritos a continuación. Figura Valores de atenuación para diferentes empalmes en una fibra óptica. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 9 Profesor : Sebastià Ginard Julià

10 Y por último tenemos los elementos utilizados para introducir la luz a la fibra que son basicamente el led y los láser. El led posee una luz poco coherente y de un ancho de banda más grande y por tanto menos monocromática, ello hace que aparezcan los efectos antes descritos mucho antes impidiendo el aprovechamiento de la fibra óptica a valores elevados. Ahora bien, como este es mucho más económico que un láser a veces los requisitos del enlace y la velocidad necesaria no requieren más. El láser es el elemento que permite obtener todo el jugo a la fibra ya que proporciona una luz coherente y monocromática lo que permite mediante técnicas novedosas de modulación de la luz poder conseguir velocidades y distancias muy elevadas, ejemplos por encima de los 100 Gbps es posible. Transmisión vía satélite La transmisión vía satélite utiliza ondas de radio para transmitir los datos. Una antena parabólica transmite los datos al satélite. El satélite repite la señal y ésta es recibida, entonces, por otra antena, la antena receptora. Las bandas de frecuencia de los satélites son las siguientes : Tipo de Banda HF VHF P Rango de Frecuencias MHz MHz GHz Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 10 Profesor : Sebastià Ginard Julià

11 UHF L S C X Ku (Europa) Ku (America) Ka GHz GHz GHz Downlink: GHz Uplink: GHz Downlink: GHz Uplink: GHz Downlink: FSS: GHz DBS: GHz Telecom: GHz Uplink: FSS y Telecom: GHz; DBS: GHz Downlink: FSS: GHz DBS: GHz Uplink: FSS: GHz DBS: GHz Entre 18 y 31 GHz Tabla 2.1. Bandas de frecuencia de transmisión vía satélite. La capacidad de este tipo de transmisión depende del numero de transpondedores que lleva el satélite y del ancho de banda de cada uno de ellos. Algunos ejemplos de ello pueden ser los siguientes : Hispasat 1C : 24 transpondedores de 36MHz que equivale a un BW de 864MHz. Hispasat 1D : 5 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 165MHz. 21 transpondedores de 36MHz que equivale a un BW de 756Mhz. 1 transpondedores de 42MHz que equivale a un BW de 42Mhz. 2 transpondedores de 46MHz que equivale a un BW de 92Mhz. 1 transpondedores de 50MHz que equivale a un BW de 50Mhz. 3 transpondedores de 54MHz que equivale a un BW de 162Mhz. 2 transpondedores de 72MHz que equivale a un BW de 144Mhz. que suma un BW total de 1.411MHz (1,411GHz) Astra 1C : 18 transpondedores de 26MHz que equivale a un BW de 468MHz. Astra 1D : 18 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 594MHz. Astra 1F : 18 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 594MHz. Astra 1G : 28 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 924MHz. Astra 1H : 32 transpondedores de 26MHz que equivale a un BW de 832MHz. 28 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 924MHz. 2 transpondedores de 500MHz que equivale a un BW de 1000MHz. que suma un BW total de 2756MHz (2,576GHz) Astra 2C : 32 transpondedores de 26MHz que equivale a un BW de 832MHz. 28 transpondedores de 33MHz que equivale a un BW de 924MHz. que suma un BW total de 1756MHz (1,576GHz) Dicha información puede obtenerse de la web de : La transmisión vía satélite es bastante barata sobre distancias grandes. Sin embargo, este tipo de transmisión está sujeto al ruido y a retrasos importantes entre la transmisión y la recepción. Por ejemplo para internet vía satélite existen varias configuraciones que requieren una RTC para hacer las peticiones de páginas web que después son descargadas desde el satélite. Por otro lado, como las señales las puede recibir cualquiera, existen un importante riesgo de seguridad aunque estas se encuentren cifradas. Microondas Este tipo de transmisión usa frecuencias de radio similares a las de la comunicación vía satélite. También se Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 11 Profesor : Sebastià Ginard Julià

12 necesitan antenas parabólicas y las unas de las otras tienen que estar libres de obstáculos, es decir, se tienen que ver. Si existe un obstáculo, como por ejemplo una montaña, entre el receptor y el emisor, se debe instalar una antena parabólica en lo alto del obstáculo que haga de repetidor de las señales. Las señales utilizadas para la transmisión de microondas tienen un alcance de 20 o 30 millas ( unos 50 km ). Para conseguir un alcance mayor también se necesita un repetidor. La capacidad de transmisión es de alrededor de 250 Mbps. Es muy útil para aplicaciones que requieran gran capacidad de transmisión en distancias relativamente cortas. Al igual que la comunicación vía satélite está sujeto a las interferencias del ambiente (tormentas, radiaciones de las estrellas, etc.), aunque en menor medida ya que las distancias a recorrer son más cortas. Se necesita realizar unas inversiones iniciales altas. Otros medios de transmisión sin cableado son: infrarrojos, láser y radio. Cada uno de éstos es útil para ciertas aplicaciones. El enlace de microondas más largo de españa se encuentra entre el radar del puig mayor y una montaña muy alta en Valencia, para salvar la curvatura terrestre. Tiene unos 120 km aprox. y está compuesto por dos parabólicas grades perfectamente alineadas. Ello permite transmitir en todo momento los datos del radar del puig mayor a la base principal de torrejon de ardoz para disponer del control de todo el territorio español. Otros enlaces existentes en mallorca se encuentran ubicados entre Randa, Sant Salvador, Artá, Pollensa, Alfabia, Andratx, etc. Estos en general conforman distancias entre 30 y 60 km como máximo Interfaces del medio físico. Al punto en el que se conecta el ordenador al circuito de comunicaciones se le llama interfaz del medio físico. En general, para estas interfaces se definen las siguientes características : - Las propiedades funcionales, que describen las funciones a realizar. Estas funciones pueden ser de control, de tiempo, los datos y la tierra. - Las propiedades eléctricas, que describen los niveles de voltaje (o de corriente) y el tiempo de los cambios eléctricos para representar los ceros o los unos. - Las propiedades mecánicas, que describen los conectores y los hilos de la interfaz. - Las propiedades de procedimiento, que lo que deben realizar los conectores y la secuencia de los procedimientos para realizar la transferencia de los datos a través de la interfaz. Algunas de estas interfaces son : los estándares RS-232 ó V.24/V.28, RS-449, RS-422-A y RS-423-A. Interfaz RS-232. Esta interfaz, diseñada por Electronic Industries Association (EIA), es una de las más utilizadas. Se suele utilizar para conectar un ordenador personal o un terminal y el módem, aunque, también se utiliza para conectar 2 ordenadores directamente entre sí o una impresora esclava al ordenador. La norma V.24/V.28 de la ITU-T es similar a ésta, y tan sólo difieren en la nomenclatura y en algún que otro pequeño detalle. En este estándar se especifica la comunicación entre el Data Terminal Equipment (DTE) y el Data Circuit-Terminating Equipment (DCE). El DTE es el equivalente a la persona en una conversación telefónica, mientras que el DCE seria el equivalente al teléfono. El ordenador personal y el terminal suelen ser DTE, mientras que el módem es un DCE. El conector físico más común de RS-232 es el conector DB25 (25 pines) definido por el estándar ISO-2110, aunque también podemos encontrar conectores RS-232 DB9 (9 pines). Estos conectores pueden ser macho o hembra. Normalmente, los conectores que se conectan al DTE suelen ser hembras, mientras que los que se conectan al DCE suelen ser conectores machos. La especificación eléctrica para RS-232 establece que los unos y los ceros se transmiten utilizando voltajes negativos y positivos. Un voltaje entre -3 y -15 voltios representa un 1. Un voltaje entre +3 y +15 voltios representa un 0. Las señales que se reciben fuera de este rango son ignoradas. La especificación funcional define qué pines (más técnicamente, qué circuitos o señales) son utilizados y con qué finalidad. En la práctica, normalmente, no se utilizan los 25 pines, sino que se utiliza un subconjunto (figura 2.12). Cuando el DTE está encendido y listo para comenzar una comunicación, envía la señal Data Terminal Ready (DTR) Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 12 Profesor : Sebastià Ginard Julià

13 por el pin número 20. Cuando el DCE está encendido y listo para la comunicación, envía la señal Data Set Ready (DSR) por el pin número 6. Cuando el DCE detecta que hay línea, es decir, que puede recibir datos en cualquier momento por la línea telefónica, éste envía por el pin 8 la señal Data Carrier Detect (DCD o CD). Cuando el DTE quiere enviar datos, debe de hacer la petición enviando la señal Request to Send (RTS) por el pin 4. Clear to Send (pin 5) indica que el DCE está preparado para recibir datos. Los datos se transmiten por el pin 2 (Transmitted Data) y se reciben por el pin 3 (Received Data). Otra función necesaria para asegurar la correcta transmisión de los datos es la señal de tierra (SG, abreviación de Signal Ground), que actúa como una referencia de 0 voltios para todas las señales. En la tabla 2.2 se muestran todas la señales y sus abreviaciones según EIA e ITU-T de las señales o circuitos. DTE SG (1) TD (2) RD (3) RTS (4) CTS (5) DSR (6) Retorno común (7) CD (8) DTR (20) DCE Figura Las principales señales del interfaz RS-232. El pin por el que debe pasar la señal aparece entre paréntesis. Pin Abreviación Nombre Dirección EIA CCITT 1 GND Protective Ground DTE DCE AA TD Transmitted Data DTE DCE BA RD Received Data DTE DCE BB RTS Request to Send DTE DCE CA CTS Clear to Send DTE DCE CB DSR Data Set Ready DTE DCE CC SG Signal Ground DTE DCE AB DCD Data Carrier Detect DTE DCE CF Positive Test Voltage DTE DCE 10 Negative Test Voltage DTE DCE 11 No asignado 12 SDCD Secondary DCD DTE DCE SCF SCTS Secondary CTS DTE DCE SCB STD Secondary TD DTE DCE SBA TC Transmit Clock DTE DCE DB SRD Secondary RD DTE DCE SBB RC Receive Clock DTE DCE DD No asignado 19 SRTS Secondary RTS DTE DCE SCA DTR Data Terminal Ready DTE DCE CD SQ Segnal Quality Detect DTE DCE CG 110 Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 13 Profesor : Sebastià Ginard Julià

14 Pin Abreviación Nombre Dirección EIA CCITT 22 RI Ring Indicator DTE DCE CE DRS Data Rate Select DTE DCE CH/CI 111/ XTC External Transmit Clock DTE DCE DA No asignado Tabla 2.2. RS-232: señales o circuitos. La especificación de procedimiento define el protocolo, es decir, las secuencias de eventos que se han de seguir para que se produzca la comunicación, aunque ésta se puede intuir claramente después de haber explicado la especificación funcional. En el caso que se tengan que conectar 2 ordenadores directamente (2 DTE) utilizando RS-232, el problema se resuelve cruzando la señal TD de uno de los ordenadores con la señal RD del otro. Esta operación se suele hacer intercambiando los hilos del propio cable. Este tipo de cable se suele conocer con el nombre de cable de módem nulo. El estándar permite una longitud del cable de hasta 15 metros a velocidades de hasta sólo bps. A menores velocidades y/o en condiciones favorables se pueden conseguir mayores distancias. Para cubrir esta limitación, el EIA introdujo 3 nuevos estándares para sustituir la interfaz RS-232: RS-449, RS- 422-A y RS-423-A. Estos 3 estándares son, en realidad, tan sólo uno. En RS se describen las características funcionales, mecánicas y de procedimiento de la interfaz DTE - DCE, mientras que en los otros dos se especifican las características eléctricas. En RS-423-A se describe un método en el que las señales se envían todas por un sólo pin y comparten un mismo retorno (tierra). Esta técnica se llama transmisión no balanceada. En RS A se describe un método en el que para las señales principales se utilizan 2 pines y no se comparte el camino de retorno. Esta técnica se conoce con el nombre de transmisión balanceada. La ITU -T tiene unos estándares equivalentes a los anteriores: V.l0 y el V.11 respectivamente. Estos estándares se suelen emplear para transmisiones que requieran velocidades desde 64 kbps hasta 2 Mbps. La interfaz V.35 de la ITU-T también se suele emplear en este rango de velocidades Transmisión digital vs. analógica. Se entiende por transmisión analógica como aquel tipo de transmisión en la que las señales que representan a los datos se envían haciendo variar alguna característica suya (p.e. voltaje) continuamente en función del tiempo. En la transmisión digital se utilizan señales discretas (p.e. que tienen sólo 2 estados) en lugar de señales continuas. Aunque la información a transmitir sea de naturaleza digital, no siempre se transmite en modo digital. La transmisión analógica ha dominado hasta ahora todas las comunicaciones, sobre todo las de larga distancia, y es ahora cuando la transmisión digital se ha impuesto a la transmisión analógica. Sin embargo, todavía pasará un tiempo para que todas las comunicaciones estén basadas únicamente en técnicas de transmisión digitales. La transmisión digital tiene ventajas importantes respecto a la transmisión analógica. Las señales se deforman con la distancia, por lo que a veces éstas se deben de reforzar de alguna forma a lo largo del camino. Las señales analógicas se pueden amplificar para compensar la atenuación debida a la línea, pero no se les puede quitar la deformación y reconstruir la señal original (regenerar la señal). Puesto que el error se va acumulando, una señal puede sufrir una considerable deformación en el camino y provocar una gran cantidad de errores en la transmisión. Las señales digitales, sin embargo, sí se pueden regenerar y, por tanto, evitar los errores acumulativos en la transmisión al crear señales limpias. Luego, la transmisión digital ofrece una menor tasa de errores que la transmisión analógica. En general, la tasa de error de la primera suele ser de 10-7 (pudiendo ser incrementada hasta con algoritmos de detección y corrección de datos sofisticados), mientras que la tasa de la segunda de Ello, a su vez, permite una mayor velocidad de transmisión con las líneas existentes hoy en día. Otra ventaja de la transmisión digital es que la voz, los datos, las imágenes, etc. se pueden mezclar más fácilmente para hacer un uso más eficaz de los equipos de telecomunicaciones. Y, por último, como el coste de los equipos digitales es cada vez menor, la transmisión digital tiende a ser más barata que la transmisión analógica. En el apartado 2.1 se dijo que la unidad natural para medir la velocidad de transmisión era el bit por segundo. Esta velocidad también se puede utilizar para especificar la capacidad de una línea de comunicación. Sin embargo, como se acaba de explicar, no todas las líneas de comunicación son digitales, sino que también se utilizan las analógicas. La manera de especificar la capacidad de una línea de este tipo es a través de su ancho de banda, es decir de la diferencia entre las frecuencias altas y las más bajas de la Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 14 Profesor : Sebastià Ginard Julià

15 banda y se mide, por supuesto, en Hertzios (Hz.). La velocidad de modulación indica la frecuencia máxima que es posible transmitir por un medio físico sin sufrir una atenuación o pérdida de señal que impida su reconocimiento en el otro extremo. Obviamente, esta velocidad está muy relacionada con la naturaleza física del medio de transmisión. Coincide con el ancho de banda que transmite el medio y su unidad es el baudio. Cuando se envía un bit por ciclo, entonces el baudio y los bps son equivalentes. Sin embargo, lo normal es que se envíe más de un bit por ciclo, por lo que normalmente los baudios no coinciden con los bps. Veamos el ejemplo de conversión de un canal vocal telefónico (cvt), de analógico a digital. Para ello se tiene un ancho de banda de Hz del canal vocal y se muestrea a 8KHz. Ello quiere decir que tenemos una banda de guarda de 1200Hz ya que (2*3400= =8000). Esta banda de guarda es para que podamos colocar filtros normales en los circuitos electrónicos del sistema Modulación. La modulación es el proceso de alteración de una señal de las características apropiadas para su propagación en un medio de transmisión (en general, sobre grandes distancias) por la señal que representa a la información a transmitir. La señal en cuestión se llama portadora y depende del medio que se utiliza. A la señal de datos que modula la señal portadora (es decir, los datos que salen del ordenador) se le llama señal bandabase. La modulación es muy utilizada en telecomunicaciones (radio y televisión son 2 ejemplos). El proceso inverso se llama demodulación. Las técnicas de modulación más comunes son : * Modulación de la amplitud. La amplitud de la señal portadora se hace variar según la amplitud de la señal bandabase, permaneciendo las demás características de la señal constantes. En el caso de la transmisión de datos, es decir, información digital, las señales a modular son de naturaleza discreta. El 0 se representa por una amplitud baja de la portadora y el 1 por la amplitud máxima de la portadora. Normalmente, esta técnica se utiliza en combinación con otras como, por ejemplo, la modulación de la fase. * Modulación de la frecuencia. En este caso, es la frecuencia de la señal portadora la que se hace variar. Se utiliza la señal binaria para conmutar entre dos frecuencias (por ejemplo, 1070 Hz para enviar un 0 y 1270 Hz. para enviar un 1). Esta técnica es más inmune al ruido que la anterior ya que los ruidos, en general, tienden a afectar la amplitud de las señales. * Modulación de fase. La frecuencia y la amplitud se mantienen constantes y se hace variar la fase (aumentándola o disminuyéndola) según la señal bandabase. Es la más utilizada en transmisión de datos ya que posibilita un mayor rendimiento en la transmisión. El método más simple utiliza la señal binaria para alterar la fase de la portadora entre 0º y 180º. Sin embargo, existen variaciones que utilizan mayor número de ángulos de fase y, por tanto, se pueden utilizar para enviar un mayor número de datos (bits) por cambio. Por ejemplo, con la utilización de 4 ángulos de fase se pueden conseguir 2 bits y con 8 ángulos de fase 3 bits por cambio. * Modulación del código de pulso (PCM). Las técnicas anteriores se utilizan para transmitir datos a través de caminos físicos analógicos. PCM es un ejemplo de técnica de modulación para transmitir señales analógicas a través de caminos físicos digitales. Típicamente, a la señal analógica se le realiza un muestreo de veces en un segundo y se obtiene una representación de ocho bits por muestra, lo que genera una señal digital de 64 kbps. Según la teoría de Nyquist, una señal analógica de ancho de banda W necesita 2*W muestras por segundo para ser codificada apropiadamente. Para la voz, que tiene un ancho de banda de 4 khz, se necesitan muestras por segundo. Esta señal se transmite por el camino físico como los datos y en el destino se realiza el proceso inverso. El dispositivo que realiza estas conversiones se llama codec (codificador-decodificador). El receptor, de la misma manera que cuando vemos una película de cine no detectamos que estamos viendo una serie de fotos que se pasan a gran velocidad, tampoco detecta ninguna interrupción. PCM está especificado por la ITU-T en la recomendación G.711. Nuevos códigos, variantes del PCM, se especifican en las recomendaciones G.721 y G.722/G Multiplexación. Esta técnica se utiliza para hacer pasar más de una comunicación sobre un mismo camino físico o línea de comunicación. Mediante ésta, por ejemplo, varios dispositivos pueden compartir un mismo medio físico como se muestra en la figura Los dispositivos que dividen la capacidad de la línea se conoce con el nombre de multiplexores (mux). La Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 15 Profesor : Sebastià Ginard Julià

16 multiplexación permite incrementar la utilización efectiva de las costosas líneas de comunicación. Comunicacion 1 Comunicacion 1 Comunicación 2 Comunicación 3 MUX Camino único MUX Comunicación 2 Comunicación 3 Figura Ejemplo típico de utilización de la multiplexación. Algunos métodos de multiplexación son los siguientes: * Multiplexación por división de frecuencias (FDM). La línea de comunicación se divide en varios canales lógicos, cada uno con una determinada frecuencia, asignados total y exclusivamente a cada usuario. Un ejemplo muy típico es la radio AM, en donde cada emisora tiene su frecuencia de emisión reservada. También se utiliza para distribuir TV por cable o en redes de área local de banda ancha. * Multiplexación por división en el tiempo (TDM). En este caso, se reparte el uso de la línea de comunicación en tiempos de utilización periódicos. Cada ordenador, por ejemplo, utiliza toda la capacidad de la línea solamente durante un pequeño período de tiempo asignado. El turno de cada uno se repite periódicamente aunque no tenga nada que transmitir. Debido a la naturaleza de esta técnica, la suma de las velocidades de los dispositivos conectados a los multiplexores TDM no puede superar la velocidad o capacidad del enlace que une a éstos. Existe una técnica, llamada multiplexación estadística por división en el tiempo, que permite reservar el ancho de banda de cada dispositivo según la demanda o necesidad. Esta técnica asume que no todos los dispositivos van a transmitir a la vez y sólo utiliza el turno de cada dispositivo cuando tiene que transmitir datos. Si un dispositivo no envía datos aprovecha su turno para los que están enviando. Los multiplexores estadísticos necesitan enviar junto a los datos una información adicional que indique su destino. Cuando se utilizan multiplexores estadísticos, la suma de las velocidades de los dispositivos conectados a los multiplexores puede superar la capacidad de la línea. Estos multiplexores suelen utilizar buffers para almacenar los datos que no se puedan enviar cuando esta situación se produce. Claramente, sólo cuando se necesite garantizar un flujo continuado de datos es mejor utilizar multiplexores DM. * Multiplexación por división del código. La multiplexación se consigue empleando diferentes métodos de codificación de datos. Se utiliza principalmente para sistemas de comunicación militares, y se utilizará para sistemas móviles de tercera generación básicamente. Existen otros métodos que permiten utilizar una misma línea de comunicación por más de un ordenador. Las técnicas de acceso aleatorio son un ejemplo que se verá en el tema de redes de área local. Este método, se utiliza junto con TDM y el acceso al canal de comunicación se realiza mediante técnicas de intento de utilización aleatorias. Sin embargo, no sólo se multiplexa para conectar varios dispositivos a través de una misma línea de comunicación. Nos encontraremos con situaciones en las que para ofrecer una mayor velocidad se multiplexan varias líneas de menor velocidad. En este caso, se utilizan multiplexores inversos. Éstos actúan de la misma forma que los anteriores, excepto en que la línea de mayor velocidad y las líneas de menor velocidad están invertidas Un ejemplo: la Red Telefónica Conmutada. La red de teléfonos que utilizamos para hablar con otras personas también se puede utilizar para comunicación de datos. Es la red que, actualmente, está más al alcance de cualquiera. El principal problema de esta red es la limitación de la velocidad. Esta limitación viene derivada porque se diseñó para transmitir la voz humana y no para transmitir datos. Una línea normal de teléfono trabaja en el rango de frecuencias entre 300 y Hz, rango suficiente para transmitir la voz. Por tanto, su capacidad o ancho de banda es Hz. Shannon demostró los límites de un camino de transmisión con la siguiente fórmula: m á x i m on ú m e r od e b p s=w l o g 2 1 S N donde, W = ancho de banda S/N = razón de la potencia de la señal por la potencia del ruido Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 16 Profesor : Sebastià Ginard Julià

17 Si aplicamos esta fórmula para el caso de la red de teléfonos (W=3000, S/N=30 db), resulta una velocidad máxima de 30 kbps. Al ser esta red analógica, se necesita convertir las señales digitales que salen de los ordenadores para que pueden transmitirse por la línea de teléfono. Una vez que llegan las señales a su destino se debe realizar el proceso inverso. Estas conversiones, llamadas modulación y demodulación, las realiza un dispositivo llamado módem (MOdulador/DEModulador). Hoy en día, los módems que se utilizan se conectan directamente a la línea de teléfono (figura 2.14) y pueden realizan las llamadas y responder de forma automática. Los ordenadores se conectan a los módems a través de una interfaz como, por ejemplo, RS-232. RS-232 Línea Telefónica RS-232 Figura Ejemplo de utilización de la RTC para comunicación de datos. Los módems de los extremos deben utilizar los mismos métodos de modulación (por ejemplo, alguno de los explicados en el apartado 2.9) para que se pueda llevar a cabo la comunicación de datos. La velocidad de transmisión que soporta el módem depende del método de modulación que utilice. Los métodos de modulación y las velocidades típicas que se utilizan hoy en día son los especificados por las normas de la tabla 2.2. norma Velocidad (bps) Asínc./ Sínc. Tipo operación observación V A/S FD Conm. V ; 600 A/S FD Conm./pp 2h V.22bis ; 1.200; 600 A/S FD Conm./pp 2h V /75 ; 600/75 A/S HD Conm. V S FD Pp 2h V.26bis ; S HD Conm. V.26ter ; A/S FD Conm./pp 2h V S HD/FD Pp 4h V.27bis ; S HD/FD Pp 2h 4h V.27ter ; S HD fax V ; ; S HD/FD fax V ; A/S FD Conm./pp 2h V.32bis ; ; ; ; Modem Modem A/S FD Conm./pp 2h V32terbo ; y V.32bis A/S FD Conm. V S FD Pp 4h V A/S FD Datos y fax V S FD pp V.36 < S FD pp V.37 > S FD pp Tabla 2.2 Normas más populares de la ITU-T utilizadas por los módems. Los módems suelen realizar también chequeo y corrección de errores sobre los datos. La norma ITU-T utilizada para esta operación es la V.42. El protocolo se conoce como LAPM (Link Access Procedure for Modems). Además de realizar esta operación de chequeo de errores, también suelen incorporar la posibilidad de comprimir los datos, lo que permite un mayor aprovechamiento de la capacidad de la línea. La norma ITU-T que describe esta funcionalidad es la V.42bis. En condiciones óptimas, el protocolo especificado en esta norma proporciona una tasa de compresión del 4:1, aunque lo normal es 2:1 ó 5:2. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 17 Profesor : Sebastià Ginard Julià

18 Para la comunicación de datos a través de la red de teléfonos también se necesita el software apropiado según la aplicación que se vaya a utilizar. Para acceder a las BBS, lo más común es utilizar un software de emulación de terminal, que la mayoría de las veces ya viene con el propio módem. Enlaces interesantes Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 18 Profesor : Sebastià Ginard Julià

19 2.12. Ejercicios. 1. Qué es un bit y un byte?. Es lo mismo un byte que un carácter?. 2. Nombrar y clasificar los distintos modos de transmisión dependiendo del envío físico, del flujo de los datos y de la sincronización de los componentes. Poner algún ejemplo de cada uno de ellos. 3. Explicar las técnicas de detección de errores siguientes: chequeo de la paridad y Cyclic Redundancy Check. 4. Dar algunos ejemplos de ruido que pueden producir errores en la transmisión. Elegir el tipo de cable que se considera apropiado para minimizar el ruido debido al entorno. 5. Diseñar un sistema eléctrico que permita realizar la transmisión de información utilizando las señales (o circuitos) de la norma RS Distinguir entre transmisión digital y analógica. Qué ventajas tiene una respecto a la otra?. 7. Definir la modulación y nombrar algunos ejemplos especificando si se utilizan para transmisión digital o transmisión analógica. 8. Qué establece el teorema de Nyquist? 9. Definir la multiplexación. Para qué se utiliza?. 10. Qué es el ancho de banda?. 11. Es lo mismo 1 bps que 1 baudio?. 12. Conexión de 2 PC a través de la red de teléfonos: qué se necesita? 13. Deduzca la fórmula del ángulo de entrada del cono de aceptación de una fibra de acuerdo a las recomendaciones que de dan en la teoría. 14. Indica las frecuencias de transmisión por satélite de las bandas C, X, Ku y Ka. 15. Entre que valores suele estar el ancho de banda de los transpondedores de los diferentes satélites? Cual suele ser el ancho de banda total que nos proporciona un satélite teniendo en cuenta todos sus transpondedores? 16. Entre que margen de valores se encuentra la atenuación de los empalmes de una fibra óptica aproximadamente? 17. Enumera los distintos tipos de problemas y/o defectos que tiene la fibra óptica. 18. Cual es el valor aproximado de la atenuación en db/km de una fibra mínimo que es posible conseguir actualmente? En que ventana tendríamos que trabajar con esta fibra? Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 19 Profesor : Sebastià Ginard Julià