Teleproceso y Redes

Electrónica. Cables. Par trenzado. Cable coaxial. Fibras ópticas. Microondas. Satélites

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CANALES  DE COMUNICACIÓN

    Existe una gran variedad de medios para la transmisión de información de una máquina a otra. Normalmente se utilizan diferentes medios físicos para realizar una transmisión, entre los medios más usuales tenemos:

  • PAR TRENZADO

  • CABLE COAXIAL

  • FIBRAS OPTICAS

  • MICROONDAS

  • SATELITES

Par trenzado

Es el medio de transmisión más antiguo pero también es el que es más ampliamente utilizado. Consiste en dos alambres de cobre aislados, en general de 1 mm de espesor. Los alambres se entrelazan en forma helicoidal, la forma trenzada del cable se utiliza para reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor.

La aplicación más común del par trenzado es en el sistema telefónico, casi todos los teléfonos están conectados a la oficina de la compañía telefónica a través de un par trenzado. La distancia que se puede recorrer por medio de estos cables es de varios kilómetros, pero es necesario repetidores en largas distancias.

Los pares trenzados se pueden utilizar para la transmisión analógica y para la transmisión digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y la distancia que recorre. 

Cable coaxial

Existen dos tipos de cable coaxial que se utilizan con frecuencia para la transmisión de información, uno es el cable de 50 ohms, que se utiliza para la transmisión digital y el otro cable es de 75 ohms, que se utiliza para la transmisión analógica.

El cable coaxial consta de un alambre de cobre duro en su parte central, es decir, que constituye el núcleo, el cual se encuentra rodeado por un material aislante. Este material aislante está rodeado por un conductor cilíndrico que frecuentemente se presenta como una malla de plástico protector.

    La construcción del cable coaxial produce buena combinación de un gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda que se puede obtener depende de la longitud del cable; para cables de 1 km  es factible obtener velocidades de datos de hasta 10 Mbps, y en cables de longitudes menores es posible obtener velocidades superiores.

Los cables coaxiales se emplean ampliamente en redes de área local y para transmisiones de larga distancia del sistema telefónico.

Fibras ópticas

El gran avance en el desarrollo de la tecnología óptica han hecho posible la transmisión de información mediante pulsos de luz, fig. 2.6. Un pulso de luz  puede utilizarse para indicar un bit de valor 1; la ausencia de un pulso indicará la existencia de un bit de valor 0. La luz visible tiene una frecuencia de 10 a la 8 Mhz, por lo que el ancho de banda de un sistema de transmisión óptica representa un potencial mucho mayor.

   

Un sistema de transmisión óptica tiene tres componentes: el medio de transmisión, la fuente de luz y el detector.    

El medio de transmisión es una fibra ultra-delgada  de vidrio o silicio fundado. La fuente de luz puede ser un LED  (diodo emisor de luz), o un diodo láser;  cualquiera de los dos emite pulsos de luz cuando se le aplica una corriente eléctrica. El detector es un fotodiodo que genera un pulso eléctrico en el momento en el que recibe un rayo de luz.

    Al colocar un LED o un diodo láser en el extremo de una fibra óptica, y un fotodiodo en el otro, se tiene una transmisión de datos unidireccional que acepta una señal eléctrica, la convierte y la transmite por medio de pulsos de luz y después, reconvierte la salida en una señal eléctrica en el otro extremo receptor.

Microondas

La transmisión de datos por rayos infrarrojos, láser, microondas o radio no necesita de ningún medio físico, cada una de estas técnicas se adapta a la perfección a ciertas aplicaciones.

    El hecho de colocar un transmisor y receptor láser o infrarrojo en la parte superior de un edificio resulta mucho más económico y fácil de instalar a comparación de otros medios de transmisión.

    La comunicación mediante láser o infrarrojo es por completo digital, altamente directiva y casi inmune a cualquier problema de derivación u obstrucción. Sin embargo la lluvia o la neblina pueden ocasionar interferencia en la comunicación dependiendo de la longitud de onda elegida.

    En aplicaciones para comunicaciones de larga distancia se ha utilizado muy ampliamente la transmisión por radio de microondas. Las antenas parabólicas se pueden montar sobre torres para enviar un haz de señales a otra antena que se encuentre a decenas de kilómetros de distancia,

    Las señales de una antena pueden dividirse  y propagarse, siguiendo trayectorias ligeramente diferentes, hacia la antena receptora. Cuando estas señales que se encuentran desfasadas, se recombinan, puede haber interferencia entre ellas de tal manera que se reduce la intensidad entre ellas.

   

La  transmisión mediante microondas se lleva a cabo en una escala de frecuencia que va desde 2 a 40 Ghz, correspondiendo a longitudes de onda de 15 y 0.75cm, respectivamente.

Satélites

La comunicación mediante satélite tiene algunas propiedades que la hacen atractiva en diferentes aplicaciones. Este tipo de comunicación puede imaginarse como si un enorme repetidor de microondas estuviese localizado en el cielo. Este medio está constituido por uno o más dispositivos receptor-transmisor, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro, amplificando la señal de entrada y, después la retransmite a otra frecuencia, para evitar los efectos de interferencia con las señales de entrada.

    El flujo dirigido hacia abajo puede ser muy amplio y cubrir una parte significativa de la superficie de la tierra, o puede ser tan estrecho y cubrir una área de cientos de kilómetros a diámetro.

    Un satélite típico divide su ancho de banda de 500 Mhz en aproximadamente una docena de receptores-transmisores, cada uno con un ancho de banda de 36 Mhz. Cada satélite esta equipado con múltiples antenas  y receptores-transmisores.

    Las señales que van o vienen del satélite viajan a la velocidad de la luz (300 000 km/s). El tiempo de tránsito de extremo a extremo oscila entre los 250 y 300 ms, dependiendo de la distancia que existe entre el usuario y la estación terrestre, así como  de la elevación del satélite con respecto al horizonte.  

Redes Inflarojas

Las redes de luz infrarroja están limitadas por el espacio y casi generalmente la utilizan redes en las que las estaciones se encuentran en un solo cuarto o piso, algunas compañías que tienen sus oficinas en varios edificios realizan la comunicación colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios. Las transmisiones de radio frecuencia tienen una desventaja: que los países están tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a las bandas que cada uno puede utilizar, al momento de realizar este trabajo ya se han reunido varios países para tratar de organizarse en cuanto a que frecuencias pueden utilizar cada uno.

La transmisión Infrarroja no tiene este inconveniente por lo tanto es actualmente una alternativa para las Redes Inalámbricas. El principio de la comunicación de datos es una tecnología que se ha estudiado desde los 70´s, Hewlett-Packard desarrolló su calculadora HP-41 que utilizaba un transmisor infrarrojo para enviar la información a una impresora térmica portátil, actualmente esta tecnología es la que utilizan los controles remotos de las televisiones o aparatos eléctricos que se usan en el hogar.

El mismo principio se usa para la comunicación de Redes, se utiliza un “transreceptor” que envía un haz de Luz Infrarroja, hacia otro que la recibe. La transmisión de luz se codifica y decodifica en el envío y recepción en un protocolo de red existente. Uno de los pioneros en esta área es Richard Allen, que fundó Photonics Corp., en 1985 y desarrolló un “Transreceptor Infrarrojo”. Las primeros transreceptores dirigían el haz infrarrojo de luz a una superficie pasiva, generalmente el techo, donde otro transreceptor recibía la señal. Se pueden instalar varias estaciones en una sola habitación utilizando un área pasiva para cada transreceptor. La FIG 1.1 muestra un transreceptor. En la actualidad Photonics a desarrollado una versión AppleTalk/LocalTalk del transreceptor que opera a 230 Kbps. El sistema tiene un rango de 200 mts. Además la tecnología se ha mejorado utilizando un transreceptor que difunde el haz en todo el cuarto y es recogido mediante otros transreceptores. El grupo de trabajo de Red Inalámbrica IEEE 802.11 está trabajando en una capa estándar MAC para Redes Infrarrojas.

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Satelites modos de radiación inflarojos

Las estaciones con tecnología infrarroja pueden usar tres modos diferentes de radiación para intercambiar la energía Optica entre transmisores-receptores: punto-a-punto cuasi-difuso y difuso (F 

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En el modo punto-a-punto los patrones de radiación del emisor y del receptor deben de estar lo más cerca posible, para que su alineación sea correcta. Como resultado, el modo punto-a-punto requiere una línea-de-vista entre las dos estaciones a comunicarse. Este modo es usado para la implementación de redes Inalámbricas Infrarrojas Token-Ring. El “Ring” físico es construido por el enlace inalámbrico individual punto-a-punto conectado a cada estación.

A diferencia del modo punto-a-punto, el modo cuasi-difuso y difuso son de emisión radial, o sea que cuando una estación emite una señal Optica, ésta puede ser recibida por todas las estaciones al mismo tiempo en la célula. En el modo cuasi-difuso las estaciones se comunican entre si, por medio de superficies reflejantes . No es necesaria la línea-de-vista entre dos estaciones, pero si deben de estarlo con la superficie de reflexión. Además es recomendable que las estaciones estén cerca de la superficie de reflexión, esta puede ser pasiva ó activa. En las células basadas en reflexión pasiva, el reflector debe de tener altas propiedades reflectivas y dispersivas, mientras que en las basadas en reflexión activa se requiere de un dispositivo de salida reflexivo, conocido como satélite, que amplifica la señal óptica. La reflexión pasiva requiere más energía, por parte de las estaciones, pero es más flexible de usar.

En el modo difuso, el poder de salida de la señal óptica de una estación, debe ser suficiente para llenar completamente el total del cuarto, mediante múltiples reflexiones, en paredes y obstáculos del cuarto. Por lo tanto la línea-de-vista no es necesaria y la estación se puede orientar hacia cualquier lado. El modo difuso es el más flexible, en términos de localización y posición de la estación, sin embargo esta flexibilidad esta a costa de excesivas emisiones ópticas.

Por otro lado la transmisión punto-a-punto es el que menor poder óptico consume, pero no debe de haber obstáculos entre las dos estaciones. En la topología de Ethernet se puede usar el enlace punto-a-punto, pero el retardo producido por el acceso al punto óptico de cada estación es muy representativo en el rendimiento de la red. Es más recomendable y más fácil de implementar el modo de radiación cuasi-difuso. La tecnología infrarroja esta disponible para soportar el ancho de banda de Ethernet, ambas reflexiones son soportadas (por satélites y reflexiones pasivas)

EVITADO DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA:

 

A la hora de establecer la ruta del cableado de los closets de alambrado a los nodos es una consideración primordial evitar el paso del cable por los siguientes dispositivos:

 

  • Motores eléctricos grandes o transformadores (mínimo 1.2 metros).

  • Cables de corriente alterna

  • Mínimo 13 cm. para cables con 2KVA o menos

  • Mínimo 30 cm. para cables de 2KVA a 5KVA

  • Mínimo 91cm. para cables con mas de 5KVA

  • Luces fluorescentes y balastros (mínimo 12 centímetros). El ducto debe ir perpendicular a las luces fluorescentes y cables o ductos eléctricos.

  • Intercomunicadores (mínimo 12 cms.)

  • Equipo de soldadura

  • Aires acondicionados, ventiladores, calentadores (mínimo 1.2 metros).

  • Otras fuentes de interferencia electromagnética y de radio frecuencia.

 

Banda Base

Para la transmisión de señale en red se ha utilizado este sistema por que la señal que introducimos en dicho sistema no es modulada, ósea que la introducimos en el cable tal y como la tenemos sin necesidad de modificarla o modularla para la transmisión, con esto conseguimos claramente unos bajos costes en los equipos de transmisión dado la simplicidad de los mimos.

Este sistema tiene el inconveniente de las transmisiones a larga distancias y aquellas que deben discurrir por lugares donde hayan equipos que emitan interferencias tanto de radio como magnéticas u otro tipo.

El único problema está en que éste sistema utiliza toda la base de transmisión , lo que no permite utilizar dos señales en un mismo cable.

Banda Ancha

Este sistema permite la canalización de varias señales por un mismo cable, en realidad podemos tener varios canales de transmisión debido a que la transmisión en estos cables es normalmente modulada, esto es en realidad un señal que la llamaremos portadora y dentro de la cual van los distintos canales.

Supongamos que tenemos una señal que dentro de ella podemos transmitir hasta 30 canales, de modo que el fabricante nos dice que si transmitimos a 100 tenemos un canal y cada 10 abajo , ósea 90,80,70, etc. tenemos distintos canales, de esta forma solo tenemos que tener un sistema que sea capaz de separar las frecuencias y entonces sacaremos los canales, esto lo conseguimos por los llamado modems o tarjetas de conexión.

El mayor problema de este sistema reside en que la señal la debemos transmitir modulada, necesitamos equipos que nos las modulen al salir del terminal y después al entrar en otro terminal las desmodulen, esto conlleva un gasto añadido al coste del sistema

Transmisión vía satélite nivel físico

Un satélite artificial puede ubicarse a 36 mil Km. en órbita sobre la tierra y a esa distancia tiene la propiedad de mantenerse sobre una misma área, lo cual es muy útil para enviarle señales. Con la tecnología actual, se pueden colocar satélites cada dos grados, lo cual permite poner sobre una misma línea hasta 180 satélites alrededor de la tierra. Se pueden poner dos o más satélites más cerca de dos grados si trabajan en fecuencias diferentes.

Las partes más importantes del satélite son sus "transponders", que se encargan de recibir la señal que viene de la tierra y de repetir la señal de regreso con una frecuencia diferente y sobre un área preprogramada.

Se han destinado ciertas frecuencias para las transmisiones comerciales. La banda C fue la primera y ya está saturada, la banda Ku no está saturada pero por su frecuencia es fácilmente interferida por la lluvia, por lo cual se instalan estaciones terrestres extras para darle la vuelta a las tormentas. La banda Ka es la más cara y menos usada y también se perjudica con la lluvia. Existen otras bandas pero son para uso militar.

Una desventaja de los satélites es el retraso inherente al viaje de ida y vuelta, el cual puede variar de 250 a 540 milisegundos, y este valor no se puede evitar y afecta, sobre todo, a la puesta a punto inicial de una conexión, ya que una vez establecida el flujo de datos se considera secuencial.

MODEM

Un módem es un dispositivo insertado entre un equipo terminal de datos (DTE), tal como un ordenador, y el medio de transmisión (cable telefónico, cable de fibra, radio,...). Así bien, convierte impulsos eléctricos en tonos audibles.

La invención del télefono en 1876, marcó la pauta de la comunicación remota entre personas. A partir de este momento, el hombre, ha intentado explotar de la posibilidad de entablar enlaces con otras personas de lugares distantes.

La aparición de la computadora marcó otro reto al talento del hombre en materia de comunicaciones, y el desafío consistía en transmitir datos digitalizados de una computadora a otra, y de una región a otra distante.

En 1954, la empresa British Telecom desarrollo el primer dispositivo capaz de transmitir datos por vía telefónica, que convertía las señales digitales de las computadoras en tonos de audito y viceversa.

El primer módem conocido como tal tenía la capacidad de transmitir datos a la moderada velocidad de 110 bits por segundo (bps); a finales de la década de los setenta la tecnología incrementó esta velocidad a 600 bps, aunque existen modems comerciales de 33,600bps, y pronto estarán disponibles los superveloces modems de Bell que pueden transmitir a 64,000 bps. Para tener una idea de la velocidad del módem es necesario saber que a 300 bps el módem recibe o transmite, cerca de 30 caracteres por segundo, lo cual equivale a transmitir una hoja de máquina de escribir por minuto; a la velocidad estándar de 2400 bps, se transmite un archivo de 100 Kb (cerca de 70 hojas carta) en sólo 7 u 8 minutos.

Un pulso por segundo es un baudio, nombre que debe al antiguo código digital de cinco unidades Baudot, y puede contener varios bits de datos. El código Baudot se sustituyó hace muchos años por el código ASCII. Las bajas velocidades de los primeros modems no variaron durante mucho tiempo, hasta que fue necesario conectarlos a otras máquinas, como ordenadores o para intercambio entre ordenador y teléfono. Debido a estas demandas, en los últimos diez años la velocidad de los modems ha ido aumentando constantemente, con la única limitación de la parte analógica de la red telefónica, alcanzándose valores de 33.6/56 Kbit/s.

Cómo funciona el módem

Un módem es un dispositivo que tiene la capacidad de convertir los impulsos eléctricos de una computadora, unos y ceros en tonos audibles para transmitirlos mediante una línea telefónica, y convertir los tonos audibles transmitidos por una línea telefónica de otro módem en impulsos eléctricos para ser leídos y almacenados en los medios magnéticos de una computadora.

A esta conversión de señales se le llama modulación (la señal digital es convertida en una señal analógica de sonidos), y demodulación (cuando esta

señal analógica de sonidos es nuevamente convertida en información digital), por lo cual, el dispositivo capaz de realizar estas conversiones se le conoce como “modulador/demodulador”, y su abreviatura es módem, pero que a menudo se conoce como equipo de comunicación de datos (DCE).

El circuito adaptador mecánico y eléctrico de un módem está definido por el estándar de normalización RS232D / CCITT V.24 para comunicaciones serie entre ordenadores y dispositivos periféricos. Los modems se fabrican cumpliendo las recomendaciones del CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía), también conocidas como las series-V, y que tienen un margen de operatividad que varía entre la V.21 a 200 baudios y la moderna V.42 y la V.fast a 33.6 / 56 Kbit/s.

Las funciones de un módem son tan simples como:

Modular una señal en banda base para transmitirla a través de la línea telefónica o vía radio.

Demodular una señal modulada que llega desde la línea telefónica o enlace de radio, para recuperar la información de la señal en banda base.

Hoy en día, el consumidor tiene la posibilidad de elegir entre una línea telefónica analógica y digital. Las velocidades de transmisión en las líneas analógicas pueden alcanzar los 33.60 bit/s desde el usuario hasta la línea telefónica y 56.000 bit/s desde la línea telefónica al usuarios. Diremos, como nota aclaratoria, que la velocidad en baudios es igual a la velocidad de bit cólo cuando cada señal (o pulso) equivale a un bit, como en el sistema binario.

Para comprender como funcionan los modems en la transmisión de voz, datos e imágenes debemos comprender primero el concepto de señal analógica.

Todos estamos familiarizados con los receptores de TV, radio, grabadoras, etc.; estos aparatos producen analogías. Por ejemplo, un televisor reproduce las escenas captadas por una cámara, lo que vemos es una analogía de lo que está sucediendo en un estudio, lo mismo ocurre con la radio, un disco y otros dispositivos. El módem también produce analogías de señales digitales, es decir, recibe una señal, la interpreta y reproduce una analogía.

Es común encontrar usuarios que utilizan el módem sólo para conectarse a un boletín electrónico o para recibir datos sin que ellos se atrevan a intentar conectarse con algún otro usuario. A continuación trataremos de explicar qué significa cada uno de los términos que siempre acompañan al software del módem, así como el uso de los diferentes protocolos de comunicación que utilizan estos dispositivos.

JACKET BLINDAJE

PAR TRENZADO

INDIVIDUAL

CONDUCTORES

AISLADOS

JACKET BLINDAJE

CONDUCTOR

AISLAMIENTO DIELECTRICO

JACKET TUBO

FIBRAS

OPTICAS

Usuario A

Módem

Módem

Usuario B

20 kms

20 kms

50 kms