Comunicaciones
De Asociación de Robotica y Domótica de España (A.R.D.E.)
Tabla de contenidos |
Precedentes
La unidad mínima de información es el bit.
Un bit siempre define dos estados contrapuestos: alto/bajo, sí/no, encendido/apagado... (para simplificar se utiliza la notación 0/1 para definir el estado de un bit).
Un byte es la agrupación de 8 bits. Un kilobyte (kb) son 1024 bytes (210), un Megabyte (Mb) son 1024 kilobytes (220 bytes), de la misma forma existen los gigabytes (Gb) (220 bytes), terabyte (Tb) (230 bytes), petabyte (Pb) (240 bytes), ... Las unidades mayores son demasiado grandes para ser consideradas actualmente: para hacernos una idea diremos que un CD estándar (700Mb) puede contener hasta 80 minutos de música de alta calidad sin comprimir; un DVD estándar (4 Gb) puede contener hasta 4horas de vídeo sin comprimir; y la Enciclopedia Británica entera cabe en 1 Tb. Los petabytes se utilizan para grandes candidades de almacenamiento como por ejemplo toda la programación de TV3 (televisión autonómica catalana) desde sus inicios.
Capas OSI
| Capas | Protocolos |
|---|---|
| 7) Aplicación | FTAM, X.400, X.500 |
| 6) Presentación | ASN.1, Videotex, Unicode, MIME, HTML, XML, ... |
| 5) Sesión | RTSP, H.323, H.248, SIP, RPC, ... |
| NetBT, SMB, SSL, TLS, ... | |
| 4) Transporte | TCP, UDP, SCTP, RTP, SPX, TCAP, DCCP, ... |
| 3) Red | NetBEUI, OSPF, ... |
| 2) Enlace | MPLS, SNA, ... |
| Ethernet, Token Ring, LocalTalk, FDDI, X.21, X.25, Frame Relay, BitNet, CAN, ATM, Wi-Fi, HDLC, SDLC, CSMA/CD, CSMA/CA, ... | |
| 1) Física | RS-232, RS-449, EIA-422, EIA-485, V.21-V.23, V.42-V.90, ... |
| Codigos NRZ, Codificación Manchester, Cable coaxial, Par trenzado,10Base2, 10BASE5, 10BASE-T, 100BASE-TX, PDH, SDH, T-carrier, E-carrier, SONET, DSSS, FHSS, ... |
Si bien todos los protocolos no se ajustan exactamente a la definición de capas de la OSI, si se da por estándar esta jerarquización. Las capas se definen de la siguiente forma:
Capa Física
La Capa Física del modelo de referencia OSI es la que se encarga de las conexiones físicas con la red, tanto en lo que se refiere al propio medio medio, las características de este, tipo de conectores normalizados y la forma en la que se transmite la información.
Es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio utilizado para la transmisión. Se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes; de la velocidad de transmisión, si esta es uni o bidireccional (simplex, duplex o full-duplex). También de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas/electromagnéticas.
Esta capa actúa como puente entre la trama de datos enviada por la capa de enlace y el medio físico donde se van a transmitir estos datos.
Sus principales funciones se pueden resumir como:
- Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados, coaxial, guias de onda, aire, fibra óptica...
- Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.
- Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).
- Transmitir el flujo de bits a través del medio.
- Manejar las señales electromagnéticas
- Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.
- Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de ésta).
Codificación de la señal
El nivel físico recibe una trama binaria que debe convertir a una señal electro magnética, de tal forma que a pesar de la degradación que pueda sufrir en el medio de transmisión vuelva a ser interpretable correctamente en el receptor.
En el caso más sencillo el medio es directamente digital, como en el caso de las fibras ópticas, dado que por ellas se transmiten pulsos de luz.
Cuando el medio no es digital hay que codificar la señal, en los casos más sencillos la codificación puede ser por pulsos de tensión (PCM o Pulse Code Modulatión) (por ejemplo 5 voltios para los "unos" y 0 voltios para los "ceros"), es lo que se llaman codificación unipolar NRZ. Otros médios se codifican mediante presencia o ausencia de corriente. En general estas codificaciones son muy simples y no apuran bien la capacidad de medio. Cuando se quiere sacar más partido al medio se usan técnicas de modulación más complejas, y suelen ser muy dependientes de las características del medio concreto.
En los casos más complejos, como suelen ser las comunicaciones inalámbricas, se pueden dar modulaciónes muy sofisticadas, este es el caso de los estándares Wi-Fi, con técnicas de modulación complejas de espectro ensanchado.
Topología y medios compartidos
Indirectamente el tipo de conexión que se haga en la capa física puede influir en el diseño de la capa de Enlace. Atendiendo al número de equipos que comparten un medio hay dos posibilidades:
- Conexiones punto a punto: que se establecen entre dos equipos y que no admiten ser compartidas por terceros </li>
- Conexiones multipunto: en las que dos o más equipos pueden usar el medio. </li>
Así por ejemplo la fibra óptica no permite fácilmente conexiones multipunto y por el contrario las conexiones inalámbricas son inherentemente multipunto. Hay topologías como el anillo, que permiten conectar muchas máquinas a partir de una serie de conexiones punto a punto.
La técnica utilizada para lograr que los nodos sobre la red, accedan el cable ó medio de comunicación y evitar que dos o mas estaciones intenten transmitir simultaneamente es trabajo del nivel 2, la capa de enlace.
Equipos adicionales
A la hora de diseñar una red hay equipos adicionales que pueden funcionar a nivel físico, se trata de los repetidores, en esencia se trata de equipos que amplifican la señal, pudiendo tambíen regenerarla. En las redes Ethernet con la opción de cableado de par trenzado (la más común hoy por hoy) se emplean unos equipos de interconexión llamados hubs que convierten una topología física en estrella en un bus lógico y que actuan exclusivamente a nivel físico, a diferencia de los conmutadores (switches) que actuan a nivel de enlace.
Capa de Enlace
Esta capa es la encargada del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo.
Capa de Red
Capa de Transporte
Capa de Sesión
Capa de Presentación
Capa de Aplicación
Comunicación alámbrica
La comunicación "alámbrica" es aquella que utiliza cables para transmitir la información. Dentro de este tipo de comunicación hay multitud de protocolos distíntos que requieren también distintos tipos de cables (siempre que se defina la capa física), sin embargo sólo explicaremos algunos de los más utilizados.
Comunicación serie
La comunicación serie es la más sencilla que nos podemos encontrar, además de ser la más utilizada.
Los datos se envían de uno en uno por la misma línea, por lo que suele usar muy pocos hilos para transmitir los datos.
RS232
Es uno de los estándares más utilizados, ya que es usado por la mayoría de los ordenadores. Este estándar (RS232C) únicamente define la capa física de las comunicaciones, permitiendo un gran abanico de posibilidades.
La comunicación full-duplex se puede realizar únicamente con 3 hilos (Rx, Tx y GND), sin embargo la mayoría de las conexiónes se realizan con 9 hilos, dejando el resto para el control de flujo y señales de interrupción.
Los conectores definidos por el estándar son el DB9 y el DB25.
RS422/485
Los mayores problemas del estándard RS232 son tres:
- Poca distáncia.
- Poca protección frente a interferencias y errores.
- Comunicación punto a punto.
El estandard de comunicaciones RS422 resuelve la problemática de la distancia y la protección frente a interferencias, la evolución de este bus hacia el RS485 resuelve la problemática de la comunciación punto a punto y la pasa a ser punto-multipunto.
Ambos estándares estan montados sobre un par de cobre ......
Características de RS232, RS422, RS423 y RS485
| RS232 | RS423 | RS422 | RS485 | ||
| Differential | no | no | yes | yes | |
| Max number of drivers | 1 | 1 | 1 | 32 | |
| Max number of receivers | 1 | 10 | 10 | 32 | |
| Modes of operation | half duplex/full duplex | half duplex | half duplex | half duplex | |
| Network topology | point-to-point | multidrop | multidrop | multipoint | |
| Max distance (acc. standard) | 15 m | 1200 m | 1200 m | 1200 m | |
| Max speed at 12 m | 20 kbs | 100 kbs | 10 Mbs | 35 Mbs | |
| Max speed at 1200 m | (1 kbs) | 1 kbs | 100 kbs | 100 kbs | |
| Max slew rate | 30 V/μs | adjustable | n/a | n/a | |
| Receiver input resistance | 3..7 kΩ | ≧ 4 kΩ | ≧ 4 kΩ | ≧ 12 kΩ | |
| Driver load impedance | 3..7 kΩ | ≧ 450 Ω | 100 Ω | 54 Ω | |
| Receiver input sensitivity | ±3 V | ±200 mV | ±200 mV | ±200 mV | |
| Receiver input range | ±15 V | ±12 V | ±10 V | –7..12 V | |
| Max driver output voltage | ±25 V | ±6 V | ±6 V | –7..12 V | |
| Min driver output voltage (with load) | ±5 V | ±3.6 V | ±2.0 V | ±1.5 V |
SDI-12
A Serial-Digital Interface Standard for Microprocessor-Based Sensors
Documentacion sobre el Estandar
