1. Fundamento de Redes
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 1. Fundamento de Redes Arquitectura básica de red Existen varios tipos de redes que se definen según su tamaño y ubicación geográfica. Las redes SAN (Storage Area Network, Red de Área de Almacenamiento) es una red concebida para conectar servidores. Las redes PAN (Personal Area Network) son redes pequeñas, las cuales están conformadas por no más de 8 equipos. CAN: Campus Area Network, Red de Area Campus. Una CAN es una colección de LANs dispersas geográficamente dentro de un campus (universitario, oficinas de gobierno, etc) pertenecientes a una misma entidad en una área delimitada en kilómetros. Las redes LAN (Local Area Network, redes de área local) son las redes más comunes y más vistas, esto es, aquellas que se utilizan en las empresas. Son redes pequeñas geográficamente, entendiendo como pequeñas las redes de una oficina o de un edificio. Las redes WAN (Wide Area Network, redes de área extensa) son redes punto a punto que interconectan países y continentes. Las redes MAN (Metropolitan Area Network, redes de área metropolitana), comprenden una ubicación geográfica determinada "ciudad, municipio", y su distancia de cobertura es mayor a 4 kilómetros. Protocolos Imagen Protocolo de comunicación (protdecom.blogspot.com) Un protocolo es el conjunto de normas para comunicarse dos o más entidades (objetos que se intercambian información). Esto es que deben tener el mismo lenguaje para poder comunicarse o entenderse. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Funciones de un protocolo Segmentación y ensamblado: generalmente es necesario dividir los bloques de datos en unidades pequeñas e iguales en tamaño, y este proceso se le llama segmentación. El bloque básico de segmento en una cierta capa de un protocolo se le llama PDU ( Unidad de datos de protocolo ) Encapsulado: se trata del proceso de adherir información de control al segmento de datos. Esta información de control es el direccionamiento del emisor/receptor, código de detección de errores y control de protocolo. Control de conexión: hay bloques de datos sólo de control y otros de datos y control. Cuando se utilizan datagramas , todos los bloques incluyen control y datos ya que cada PDU se trata como independiente Entrega ordenada: el envío de PDU puede acarrear el problema de que si hay varios caminos posibles, lleguen al receptor PDU desordenados o repetidos, por lo que el receptor debe de tener un mecanismo para reordenar los PDU. Control de flujo: hay controles de flujo de parada y espera o de ventana deslizante. El control de flujo es necesario en varios protocolos o capas, ya que el problema de saturación del receptor se puede producir en cualquier capa del protocolo. Control de errores: generalmente se utiliza un temporizador para retransmitir una trama una vez que no se ha recibido confirmación después de expirar el tiempo del temporizador. Cada capa de protocolo debe de tener su propio control de errores Direccionamiento: cada estación o dispositivo intermedio de almacenamiento debe tener una dirección única. A su vez, en cada terminal o sistema final puede haber varios agentes o programas que utilizan la red, por lo que cada uno de ellos tiene asociado un puerto. Multiplexación: es posible multiplexar las conexiones de una capa hacia otra, es decir que de una única conexión de una capa superior, se pueden establecer varias conexiones en una capa inferior (y al revés). Servicios de transmisión : los servicios que puede prestar un protocolo son : Prioridad: hay mensajes (los de control) que deben tener prioridad respecto a otros Grado de servicio: hay datos que deben de retardarse y otros acelerarse (vídeo). Seguridad Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Modelo OSI (Open System Interconnection) El sistema de comunicaciones del modelo OSI, estructura el proceso en varias capas que interaccionan entre sí. Una capa proporciona servicios a la capa superior siguiente y toma los servicios que le presta la siguiente capa inferior. Capas del modelo OSI 1. Capa física: se encarga de pasar bits al medio físico y de suministrar servicios a la siguiente capa. Para ello debe conocer las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento de las líneas. 2. Capa de enlace de datos: esta capa debe de encargarse de que los datos se envíen con seguridad a su destino y libres de errores. Cuando la conexión no es punto a punto, esta capa no puede asegurar su cometido y es la capa superior quien lo debe hacer. 3. Capa de red: esta capa se encarga de enlazar con la red y encaminar los datos hacia sus lugares o direcciones de destino. Para esto, se produce un diálogo con la red para establecer prioridades y encaminamientos. Esta y las dos capas inferiores son las encargadas de todo el proceso externo al propio sistema y que están tanto en terminales como en enlaces o repetidores. 4. Capa de transporte: esta capa se encarga de que los datos enviados y recibidos lleguen en orden, sin duplicar y sin errores. Puede ser servicio de transporte orientado a conexión (conmutación de circuitos o circuitos virtuales) o no orientado a conexión (datagramas). 5. Capa de sesión: se encarga de proporcional diálogo entre aplicaciones finales para el uso eficiente de las comunicaciones. Puede agrupar datos de diversas aplicaciones para enviarlos juntos o incluso detener la comunicación y restablecer el envío tras realizar algún tipo de actividad. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 6. Capa de presentación: esta capa se encarga de definir los formatos de los datos y si es necesario, procesarlos para su envío. Este proceso puede ser el de compresión o el de paso a algún sistema de codificación. En resumen, se encarga de la sintaxis. 7. Capa de aplicación: esta capa acoge a todas las aplicaciones que requieren la red. Permite que varias aplicaciones compartan la red. Modelo TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión / Protocolo de Internet) El problema de OSI es que en una capa, todos los protocolos deben tener un funcionamiento similar además de utilizar las funciones definidas en la capa inferior y de suministrar funciones a la capa superior. De esta forma, en OSI, dos sistemas deben tener en la misma capa los mismos protocolos. TCP/IP permite que en una misma capa pueda haber protocolos diferentes en funcionamiento siempre que utilicen las funciones suministradas por la capa inferior y provean a la superior de otras funciones. En OSI, es imprescindible el paso de una capa a otra pasando por todas las intermedias. En TCP/IP esto no se hace imprescindible y es posible que una capa superior utilice directamente a cualquier capa inferior y no siempre pasando por las intermedias. Por ejemplo, en TCP/IP, una capa de aplicación puede utilizar servicios de una capa IP. Protocolo TCP/IP vs Modelo OSI (micromante.com) Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Arquitectura del protocolo TCP/IP Aunque no hay un TCP/IP oficial, se pueden establecer 5 capas: 1. Capa de aplicación: proporciona comunicación entre procesos o aplicaciones en computadores distintos. 2. Capa de transporte o computador a computador: encargada de transferir datos entre computadores sin detalles de red pero con mecanismos de seguridad. 3. Capa de internet: se encarga de direccionar y guiar los datos desde el origen al destino a través de la red o redes intermedias. 4. Capa de acceso a la red: interfaz entre sistema final y la subred a la que está conectado. 5. Capa física: define las características del medio, señalización y codificación de las señales. Dispositivos de red Es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red. Imagen Dispositivos de red (djdzay.blogspot.com) NIC/MAU (Tarjeta de red) Network Interface Card (Tarjeta de interfaz de red) o Medium Access Unit (Medio de unidad de acceso). Cada ordenador necesita el "hardware" para transmitir y recibir información. Es el dispositivo que conecta el ordenador u otro equipo de red con el medio físico. La NIC es un tipo de tarjeta de expansión del ordenador y proporciona un puerto en la parte trasera del PC al cual se conecta el cable de la red. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Hubs (Concentradores) Son equipos que permiten estructurar el cableado de las redes. La variedad de tipos y características de estos equipos es muy grande. En un principio eran solo concentradores de cableado, pero cada vez disponen de mayor número de capacidad de la red, gestión remota, etc. La tendencia es a incorporar más funciones en el concentrador. Existen concentradores para todo tipo de medios físicos. Repetidores Son equipos que actúan a nivel físico. Prolongan la longitud de la red uniendo dos segmentos y amplificando la señal, pero junto con ella amplifican también el ruido. La red sigue siendo una sola, con lo cual, siguen siendo válidas las limitaciones en cuanto al número de estaciones que pueden compartir el medio. Bridges (Puentes) Son equipos que unen dos redes actuando sobre los protocolos de bajo nivel, en el nivel de control de acceso al medio. Solo el tráfico de una red que va dirigido a la otra, atraviesa el dispositivo. Esto permite a los administradores dividir las redes en segmentos lógicos, descargando de tráfico las interconexiones. Los bridges producen las señales, con lo cual no se transmite ruido a través de ellos. Routers (Enrutadores) Son equipos de interconexión de redes que actúan a nivel de los protocolos de red. Permite utilizar varios sistemas de interconexión mejorando el rendimiento de la transmisión entre redes. Su funcionamiento es más lento que los bridges pero su capacidad es mayor. Permiten, incluso, enlazar dos redes basadas en un protocolo, por medio de otra que utilice un protocolo diferente. Gateways Son equipos para interconectar redes con protocolos y arquitecturas completamente diferentes a todos los niveles de comunicación. La traducción de las unidades de información reduce mucho la velocidad de transmisión a través de estos equipos. Servidores Son equipos que permiten la conexión a la red de equipos periféricos tanto para la entrada como para la salida de datos. Estos dispositivos se ofrecen en la red como recursos compartidos. Así un terminal conectado a uno de estos dispositivos puede establecer sesiones contra varios ordenadores multiusuario disponibles en la red. Igualmente, cualquier sistema de la red puede imprimir en las impresoras conectadas a un servidor. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Módems Son equipos que permiten a las computadoras comunicarse entre sí a través de líneas telefónicas; modulación y demodulación de señales electrónicas que pueden ser procesadas por ordenadores. Los módems pueden ser externos (un dispositivo de comunicación) o interno (dispositivo de comunicación interno o tarjeta de circuitos que se inserta en una de las ranuras de expansión del ordenador). Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 2. Fundamentos de redes inalámbricas Imagen Red Inalámbrica (sistemaspc.com) Una red inalámbrica es un sistema de comunicación de datos que proporciona conexión inalámbrica entre equipos situados dentro de la misma área (interior o exterior) de cobertura. En lugar de utilizar el par trenzado, el cable coaxial o la fibra óptica, utilizado en las redes LAN convencionales, las redes inalámbricas transmiten y reciben datos a través de ondas electromagnéticas. Conceptualmente, no existe ninguna diferencia entre una red con cables y una inalámbrica, salvo su flexibilidad debido a la eliminación del uso de cables. Ambas ofrecen las mismas expectativas de comunicaciones como puede ser compartir periféricos, acceso a una base de datos o a archivos compartidos, acceso a un servidor de correo o navegar a través de Internet. Las redes inalámbricas no deben verse como alternativas a las redes convencionales, sino como complementarias, donde su gran ventaja se encuentra en la eliminación del cable facilitando: Movilidad, las redes inalámbricas ofrecen acceso a la red local desde cualquier sitio dentro de su cobertura, incluso encontrándose en movimiento. Fácil instalación, más rapidez y simplicidad que lo que supone extender cables por un recinto. Flexibilidad, dado que es posible disponer de acceso a una red en entornos de difícil cableado. Facilidad, para incorporar redes en lugares históricos sin necesidad de extender cable. Tipos de redes inalámbricas Conceptualmente la única diferencia existente entre las redes locales convencionales y las inalámbricas es la inexistencia en estas últimas de cableado entre los equipos. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico WPAN (Wireless Personal Area Network - Red inalámbrica de área personal). Estas redes están pensadas para cubrir un área del tamaño de una habitación y su finalidad es la conexión de dispositivos diversos, por ejemplo: un teléfono móvil con una agenda electrónica (PDA), etc. WLAN (Wireless Local Area Network - Red inalámbrica de área local). Son las redes que cubren el ámbito de una casa, una oficina o el edificio de una empresa. Este tipo de redes son las que se van a tratar en esta guía. WWAN (Wireless Wide Area Network - Red inalámbrica de área extensa). Son las redes que cubren áreas más amplias como por ejemplo: una ciudad. Imagen Clases de redes inalámbricas y sus protocolos Estándares usados en las redes inalámbricas En la situación actual no hay un único estándar de redes inalámbricas, sino que conviven diversos estándares promovidos por diferentes organismos y asociaciones. WPAN. Tradicionalmente este tipo de redes se basa en infrarrojos que permiten la comunicación entre dos elementos (ordenadores portátiles, PDAs, etc.) a baja velocidad y a una distancia cercana. Hoy en día como alternativa de comunicación está tomando auge el estándar Bluetooth. WLAN. La norma más usada en este tipo de redes es la 802.11b, promovida por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), y que la asociación Wi-Fi está ayudando a consolidar. En segundo lugar, aunque menos utilizado, se sitúa HomeRF. WWAN. Por su gran tamaño, estas redes son explotadas por las empresas de telefonía móvil. Hasta la llegada de la telefonía móvil de tercera generación, el UMTS, la alternativa actual es el uso del GPRS, aunque su velocidad es bastante reducida. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Redes Wi-Fi Wi-Fi, o "Wireless Fidelity", es una asociación internacional sin ánimo de lucro formada en 1999 para asegurar la compatibilidad de los distintos productos de redes de área local inalámbrica basadas en la especificación IEEE 802.11. Esta alianza está formada actualmente por 183 miembros, y desde que comenzó la certificación de productos en marzo de 2000, 698 productos llevan el certificado Wi-Fi, asegurando la compatibilidad entre todos ellos. Wi-Fi utiliza la tecnología de radio denominada IEEE 802.11b o 802.11a ofreciendo seguridad, fiabilidad, y conectividad tanto entre equipos inalámbricos como en redes con hilos (utilizando IEEE 802.3 o Ethernet). Las redes Wi-Fi operan en las bandas de 2.4 y 5 GHz (no es necesario disponer de licencia), con una velocidad de 11Mbps (802.11b) o 54Mbps (802. 11a), ofreciendo un funcionamiento similar al de una red Ethernet. Topologías y Configuraciones La versatilidad y flexibilidad de las redes inalámbricas es el motivo por el cual la complejidad de una LAN implementada con esta tecnología sea tremendamente variable. Esta gran variedad de configuraciones ayuda a que este tipo de redes se adapte a casi cualquier necesidad. Estas configuraciones se pueden dividir en dos grandes grupos, las redes peer to peer y las que utilizan Puntos de Acceso. Peer to peer También conocidas como redes ad-hoc, es la configuración más sencilla, ya que en ella los únicos elementos necesarios son terminales móviles equipados con los correspondientes adaptadores para comunicaciones inalámbricas. En este tipo de redes, el único requisito deriva del rango de cobertura de la señal, ya que es necesario que los terminales móviles estén dentro de este rango para que la comunicación sea posible. Por otro lado, estas configuraciones son muy sencillas de implementar y no es necesario ningún tipo de gestión administrativa de la red. Punto de Acceso Estas configuraciones utilizan el concepto de celda, ya utilizado en otras comunicaciones inalámbricas, como la telefonía móvil. Una celda podría entenderse como el área en el que una señal radioeléctrica es efectiva. A pesar de que en el caso de las redes inalámbricas esta celda suele tener un tamaño reducido, mediante el uso de varias fuentes de emisión es posible combinar las celdas de estas señales para cubrir de forma casi total un área más extensa. La estrategia empleada para aumentar el número de celdas, y por lo tanto el área cubierta por la red, es la utilización de los llamados Puntos de acceso, que funcionan como repetidores, y por tanto son capaces de doblar el alcance de una red inalámbrica, ya que ahora la distancia máxima permitida no es entre estaciones, sino entre una estación y un punto de acceso. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico La técnica de Punto de acceso es capaz de dotar a una red inalámbrica de muchas más posibilidades. Además del evidente aumento del alcance de la red, ya que la utilización de varios puntos de acceso, y por lo tanto del empleo de varias celdas que colapsen el lugar donde se encuentre la red, permite lo que se conoce como roaming, es decir que los terminales puedan moverse sin perder la cobertura y sin sufrir cortes en la comunicación. Esto representa una de las características más interesantes de las redes inalámbricas. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 3. Fundamentos de redes de telefonía celular Telefonía celular Es un sistema de telefonía que no requiere de un enlace fijo, por ejemplo vía cable telefónico, para la transmisión y recepción. Utiliza la radiotransmisión mediante ondas, como la radio convencional, por lo que el terminal emitirá y recibirá las señales con una antena hacia y desde el repetidor más próximo (antenas repetidoras de telefonía móvil) o vía satélite. Las primeras emisiones de telefonía móvil se remontan al uso de radiotransmisores instalados en vehículos, de uso militar o institucional; como referencia se cita la primera utilización por parte de la policía de Detroit en 1921. Funcionamiento del sistema La telefonía móvil celular se basa en un sistema de áreas de transmisión, células, que abarcan áreas comprendidas entre 1,5 y 5 km, dentro de las cuales existen una o varias estaciones repetidoras, que trabajan con una determinada frecuencia, que debe ser diferente de las células circundantes. El teléfono móvil envía la señal, que es recibida por la estación y remitida a través de la red al destinatario; conforme se desplaza el usuario, también se conmuta la célula receptora, variando la frecuencia de la onda que da soporte a la transmisión. Según los sistemas, la señal enviará datos secuencialmente o por paquetes, bien como tales o comprimidos y encriptados. Mensajería y multimedia Con la aparición de los sistemas digitales (telefonía de segunda generación, 2G), los terminales disponen de la capacidad de enviar y recibir mensajes cortos de texto (SMS), que operan de manera muy similar a los mensajes de correo electrónico en Internet, aunque especificando como destinatario un número de terminal y no un identificador de usuario. Con la aparición de los sistemas 2,5G y 3G se han implantado los servicios EMS (Enhanced Messaging Service) y MMS (Multimedia Message Service), que ofrecen mejoras en el servicio SMS básico sobre texto; así, admiten texto de dimensiones ilimitadas, inclusión de imágenes, melodías y animaciones y, en el caso del MMS, posibilitan el envío y recepción de todo tipo de elementos multimedia, incluidos vídeos. Para utilizar EMS y MMS se requiere, respectivamente, de terminales de telefonía móvil GPRS y UMTS u otro 3G. La integración de los teléfonos celulares con la informática móvil ha llegado en dos formas diferentes: con la conectividad de los teléfonos móviles con un PDA mediante tecnologías inalámbricas, como infrarrojos o Bluetooth, y con la integración física de ambos dispositivos en un mismo aparato, como es el caso de los PocketPC Phone Edition y otros que funcionan bajo Linux o Palm Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Las generaciones de la telefonía celular Imagen Evolución telefonía celular (blog.pucp.edu.pe) Primera generación (1G) La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces era muy baja, tenían baja velocidad (2400 bauds). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple Access) y, además, la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System). Segunda generación (2G) La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón. Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services). Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Generación 2.5 G Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G. La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm ebtre otros. Los carriers europeos y estadounidenses se moverán a 2.5G en el 2001. Mientras que Japón irá directo de 2G a 3G también en el 2001. Tercera generación 3G La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países. Asimismo, los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. Conceptos técnicos de las redes de telefonía celular Un número de teléfono fijo tiene asociado una determinada localización (fija, de ahí que sea “telefonía fija”), pero con la telefonía móvil, esa asociación del número se hace con una persona, la propietaria de dicho teléfono. La red de telefonía móvil se conoce a través de sus siglas en inglés PLMN (Public Land Mobile Network), mientras que para la telefonía fija las siglas son PSTN (Public Switched Telephone Network). Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Este es el esquema (simplificado) de lo que es la red de telefonía móvil Imagen esquema red de la telefonía móvil Hay tres siglas en la parte inferior: MS, BSS y NSS. Son las siglas correspondientes a estación móvil (Mobile Station), subsistema de estación base (Base Station Subsystem) y subsistema de red y conmutación (Network & Switching Subsystem), respectivamente. Éstas son las partes en que se puede dividir la red de telefonía móvil. Estación móvil Es la parte referida al teléfono móvil en sí IMEI: La identidad internacional de equipo móvil (International Mobile Equipment Identity) es la identificación del dispositivo (el teléfono móvil como tal). Tarjeta SIM: Ésta no nos es desconocida, es la pequeña tarjeta que contiene el número IMSI (identidad internacional de abonado a móvil o International Mobile Suscriber Identity), que sirve para identificar al abonado con la red. El código PIN (el código de 4 cifras que se usa para poder usar el móvil cuando se enciende y puede cambiarse) y el código PUK (el código de 8 cifras que se introduce si el PIN está bloqueado y que no se puede cambiar). La tarjeta tiene también una clave secreta para autenticación e información adicional. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Subsistema de estación base La estación base (BTS) y el controlador de estación base (BSC) BTS: La estación base contiene transceptores de radio, procesadores de señal y medidas de canal. BSC: Se encarga de controlar las estaciones base a su cargo y de establecer el canal de radio, de los saltos de frecuencia, traspaso dentro del controlador (pasa de una BTS a otra si existen problemas con la señal de un móvil tras las medidas de canal), la configuración de las estaciones, la supervisión del enlace radio y el control de potencia. En este subsistema, la información pasa del interfaz aire a RDSI. Sin embargo, en el aire va a una velocidad de 13Kbps, mientras que en RDSI va a 64 Kbps. Es necesario cambiar esta velocidad y para ello se utiliza el TRAU (Transcoder/Rate Adaptor Unit), que se puede colocar justo después de la BTS o de la BSC, e incluso antes de la MSC. Imagen subsistema telefonía móvil Subsistema de red y conmutación MSC: Es el centro de conmutación móvil (Mobile Switch Center), encargado del encaminamiento de las llamadas y de gestionar los abonados móviles (registro, autenticación, traspaso…) en colaboración con otras entidades de la propia red. También realiza la conexión a la red fija. HLR: El Registro de Localización Base (Home Locating Register) es una base de datos relativos al abonado e información de localización. Hay un HLR por cada red GSM. VLR: El Registro de Localización del Visitante (Visitor Locating Register) es una base de datos de los abonados de la zona, aunque puede incluir varias áreas de localización. Y por norma general, MSC y VLR van juntos. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico EIR: El Registro de Identidad del Equipo (Equipment Identity Register) es una base de datos de los equipos móviles, conteniendo los IMEI válidos e inválidos. Es bastante útil en caso de móviles robados, aunque en otros países, al no estar en la misma red, el teléfono bloqueado queda “desbloqueado”; sin embargo, existen acuerdos entre países para evitarlo. AUC: El Centro de Autenticación (AUthentication Center) es una base de datos protegida. Contiene los números secretos para autenticación (que también está guardado en la tarjeta del teléfono), además de generar tripletas para cifrado. Generalmente está asociado a HLR. Imagen celdas telefonía movil Sistema GSM El sistema GSM (Global System for Mobile communications) es el estándar de telefonía móvil más usado en el mundo y fue creado para poder comunicarse en toda Europa con telefonía móvil usando el mismo sistema. GSM, además, trabaja con un sistema de celdas (o células) que se dividen en cinco tipos: Macro celdas: Se pueden tomar como las celdas donde se instala la antena de la estación base en un mástil o en un edificio, por encima de la altura media de tejado. Micro celdas: La altura de las antenas está por debajo de la altura media de tejado y son las más usadas en áreas urbanas. Pico celdas: Pequeñas celdas con una cobertura de unas pocas docenas de metros, usadas normalmente en interiores. Femto celdas: Celdas diseñadas para uso residencial o en pequeños negocios. Celdas paraguas: Cubren regiones “en sombra” (donde no llega la señal) de las celdas más pequeñas y cubre los huecos de cobertura entre éstas. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 4. Fundamentos de redes de ordenadores Concepto de red Es un conjunto de equipos informáticos conectados entre sí por medio de dispositivos físicos que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro medio para el transporte de datos para compartir información y recursos. Este término también engloba aquellos medios técnicos que permiten compartir la información. La finalidad principal para la creación de una red de computadoras es compartir los recursos y la información en la distancia, asegurar la confiabilidad y la disponibilidad de la información, aumentar la velocidad de transmisión de los datos y reducir el coste general de estas acciones. Comienzo de la década de los 40 (época de los computadores de tarjetas perforadas) surge la idea de conectar dos máquinas para compartir funciones. Década de los 70. Implementación de redes tipo x.25 (Intercambio de paquetes de datos entre nodos). Década de los 80. Empresas privadas empiezan a implementar redes privadas locales. Ethernet, creada por IBM en esta misma década, fue la primera red de uso comercial, pero se limitaba al uso militar. En la década de los 90 surge el boom de los computadores personales y por ende la necesidad de conectarse internamente entre ellos. Se crea Arpanet, red interna creada por la Secretaría de Defensa de Estados Unidos y que se convertiría en la Actual Internet. Clasificación de redes Por alcance Por tipo de conexión Por relación funcional Por topología Por la direccionalidad de los datos Por grado de autenticidad Por grado de difusión Por servicio o función Redes de acuerdo a su Tecnología de interconexión Red de área personal (PAN): red de ordenadores que se encuentran cerca de una persona. Red de área local (LAN): red que se limita a un área especial relativamente pequeña. Red de área de campus (CAN): red que se conecta en un área como un campus universitario. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Red de área metropolitana (MAN): red de cobertura extensa. Red de área amplia (WAN): se extienden sobre un área geográfica extensa. Red de área local virtual (VLAN): se comunican como si estuvieran adjuntos a una división lógica de redes por medio de broadcast. Redes De acuerdo a su tipo de conexión Medios guiados El cable coaxial se utiliza para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. El cable de par trenzado es una forma de conexión en la que dos conductores eléctricos aislados son entrelazados para tener menores interferencias y aumentar la potencia y disminuir la diafonía de los cables adyacentes. La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. Medios no guiados Red por radio: Dentro del capítulo de Redes inalámbricas la Red por radio es aquella que emplea la radiofrecuencia como medio de unión de las diversas estaciones de la red. Es un tipo de red muy actual, usada en distintas empresas dedicadas al soporte de redes en situaciones difíciles para el establecimiento de cableado, como es el caso de edificios antiguos no pensados para la ubicación de los diversos equipos componentes de una Red de ordenadores. Red por infrarrojo: Las redes por infrarrojos permiten la comunicación entre dos nodos, usando una serie de leds infrarrojos para ello. Se trata de emisores/receptores de las ondas infrarrojas entre ambos dispositivos, cada dispositivo necesita "ver" al otro para realizar la comunicación por ello es escasa su utilización a gran escala. Red por microondas: Una red por microondas es un tipo de red inalámbrica que utiliza microondas como medio de transmisión. El protocolo más frecuente es el IEEE 802.11b y transmite a 2.4 GHz, alcanzando velocidades de 11 Mbps (Megabits por segundo). Otras redes utilizan el rango de 5,4 a 5,7 GHz para el protocolo IEEE 802.11a Redes Orientadas Los procesos de red orientados a conexión a menudo se denominan conmutados por circuito. Estos procesos establecen en primer lugar una conexión con el receptor y luego comienza la transferencia de datos. Todos los paquetes se transportan de forma secuencial a través del mismo circuito físico, o más comúnmente, a través del mismo circuito virtual. En los sistemas orientados a conexión, se establece una conexión entre emisor y receptor antes de que se transfieran los datos. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Una red orientada a conexión es aquella en la que inicialmente no existe conexión lógica entre los ETD y la red. Una red orientada a conexión cuida bastante los datos del usuario. Redes No orientadas En este tipo de redes cada paquete es ruteado por separado hacia la terminal destino, esto indica que pueden llegar en desorden y es tarea de la capa de transporte re ordenarlos para que formen el paquete original. Este tipo de redes son llamadas Datagramas, pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos. En un sistema no orientado a conexión, no se hace contacto con el destino antes de que se envíe el paquete. Una buena analogía para un sistema de entrega no orientado a conexión es el sistema de correos. Redes De acuerdo a su relación Redes De Igual a Igual Es aquella red de computadoras en la que todos o algunos aspectos funcionan sin clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan como iguales entre sí. Cliente Servidor Es una arquitectura que consiste básicamente en un cliente que realiza peticiones a otro programa (el servidor) que le da respuesta. Descripción del Modelo OSI El modelo OSI (open systems interconnection) fue creado por la ISO y se encarga de la conexión entre sistemas abiertos, esto es, sistemas abiertos a la comunicación con otros sistemas. Los principios en los que basó su creación son, una mayor definición de las funciones de cada capa, evitar agrupar funciones diferentes en la misma capa y una mayor simplificación en el funcionamiento del modelo en general. Este modelo divide las funciones de red en 7 capas diferenciadas. Modelo de capas 1. Capa física: Es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información. 2. Capa de enlace de datos: Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso al medio, de la deteccion de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Como objetivo o tarea principal, la capa de enlace de datos se encarga de tomar una transmisión de datos ” cruda ” y transformarla en una abstracción libre de errores de transmisión para la capa de red. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 3. Capa de red: El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan enrutadores, aunque es más frecuente encontrar el nombre inglés routers y, en ocasiones enrutadores. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. 4. Capa de transporte: Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino, independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando. 5. Capa de sesión: Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos computadores que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. 6. Capa de presentación: El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible. 7. Capa de aplicación: Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico, gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP), por UDP pueden viajar. Proceso de encapsulado de datos El encapsulamiento rodea los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. Las redes deben realizar los siguientes pasos de conversión a fin de encapsular los datos: 1. Crear los datos. Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorrer la internetwork. 2. Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo. Los datos se empaquetan para ser transportados por la internetwork. 3. Agregar la dirección de red IP al encabezado. Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene un encabezado de paquete con las direcciones lógicas de origen y de destino. 4. Agregar el encabezado y la información final de la capa de enlace de datos. Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Topología Las topologías de las redes hacen referencia en la forma como se interconectan entre sí. De esta manera se pueden tener las siguientes topologías: Topologías en bus y en árbol: En la topología en bus, todas las estaciones se encuentran conectadas directamente a través de interfaces físicas llamadas tomas de conexión a un medio de transmisión lineal o bus. Se permite la transmisión fullduplex y ésta circula en todas direcciones a lo largo del bus, pudiendo cada estación recibir o transmitir. Hay terminales a cada extremo del bus para que las señales no "reboten" y vuelvan al bus. La topología en árbol es similar a la de bus pero se permiten ramificaciones a partir de un punto llamado raíz, aunque no se permiten bucles. Topología en anillo: La red consta de una serie de repetidores (simples mecanismos que reciben y retransmiten información sin almacenarla) conectados unos a otros en forma circular (anillo). Cada estación está conectada a un repetidor, que es el que pasa información de la red a la estación y de la estación a la red. Los datos circulan en el anillo en una sola dirección. Topología en estrella: En este caso, se trata de un nodo central del cuál salen los cableados para cada estación. Las estaciones se comunican unas con otras a través del nodo central. hay dos formas de funcionamiento de este nodo : este nodo es un mero repetidor de las tramas que le llegan ( cuando le llega una trama de cualquier estación , la retransmite a todas las demás ) , en cuyo caso , la red funciona igual que un bus ; otra forma es de repetidor de las tramas pero sólo las repite al destino ( usando la identificación de cada estación y los datos de destino que contiene la trama ) tras haberlas almacenado. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico 5. Fundamento de redes industriales La automatización propicia el ahorro de energía, .mano de obra y materia prima, mejor control de calidad del producto, mayor utilización de fábrica, el aumento de productividad y de seguridad operativa. Esencialmente, la automatización de las industrias permite aumentar los niveles de continuidad y control global del proceso más eficientemente, acercar al máximo la producción real de la capacidad nominal de la fábrica al reducir al mínimo posible los períodos de inactividad, de mantenimiento preventivo y la falta de materia prima. Además, la llegada de los sistemas de automatización basados en redes de campo y la tecnología digital trajo muchos beneficios con respecto al mantenimiento y el aumento de la disponibilidad y la seguridad operativa. Y, aún, la automatización ultrapasa los límites de la fábrica y se extiende al producto acabado, alcanzando fronteras más anchas: el negocio en sí mismo. La solución completa debe proveer una metodología de gestión industrial transparente y garantizar que todos los esfuerzos se dirijan a la misma meta establecida, facilitando la toma de decisión cuando haya cambios relevantes en el desempeño de los indicadores, o una desviación del planeado. Usuarios e clientes deben estar atentos al elegir y definir el sistema de automatización y control cuya definición lleve en cuenta diversos criterios y pueda estar en sintonía con el avanzo tecnológico. Cuanto más informaciones, mejor se puede operar una fábrica y, por lo tanto, hacerla más productiva y lucrativa. La información digital y los sistemas verdaderamente abiertos posibilitan la colecta de informaciones sobre los más variados tipos y finalidades industriales, de manera intercambiable jamás vista. Y la tecnología Fieldbus (Foundation fieldbus, Profibus, HART, DeviceNet, Asi, etc.) puede transformar valiosos bits y bytes en una relación lucrativa y obtener ganancia cualitativa de todo el sistema. No se puede pensar exclusivamente en un trabajo de campo, hay que estar atento a los beneficios generales proporcionados por todo el sistema de automatización y control. La revolución de la comunicación industrial en la tecnología de la automatización viene revelando el enorme potencial de la optimización de sistemas de proceso, y ha contribuido grandemente para la mejoría del uso de recursos. Veremos en seguida algunos detalles y redes industriales que proveerán una explicación detallada sobre como estas redes actúan como eslabón principal en el flujo de informaciones de la automatización. La tecnología de la información ha sido determinante al desarrollo de la tecnología de la automatización, alterando jerarquías y estructuras de los más distintos ambientes industriales, además de sectores desde las industrias de procesos y manufactura, hasta edificios y sistemas logísticos. La capacidad de comunicación entre dispositivos y el uso de mecanismo estandarizados, abiertos y transparentes, son componentes indispensables al concepto actual de automatización. La comunicación se expandió rápidamente en el sentido horizontal en los niveles inferiores (de campo), como también en sentido vertical integrando todos los niveles jerárquicos. Según las Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico características de la aplicación y el costo máximo a atingirse, una mezcla gradual de distintos sistemas de comunicación parece ofrecer las condiciones ideales para las redes abiertas en procesos industriales. Historia Los primeros sistemas de automatización se desarrollaron en fines del siglo XIX durante la revolución industrial. La labor, que era manual, pasó a realizarse a través de aparatos dedicados y personalizados para determinadas tareas, visando cada vez más al aumento de la productividad y eficiencia. Las funciones de control se implementaban a través de dispositivos mecánicos que automatizaban algún trabajo crítico o repetitivo. Estos dispositivos se desarrollaban para cada tarea específica y tenían vida útil reducida y alto mantenimiento, debido a su naturaleza mecánica. Posteriormente, con la introducción de los relés y contactores, estos dispositivos se reemplazaron por los instrumentos automáticos en las líneas de montaje, lo que significó un gran paso en la época. La lógica a relés posibilitó el desarrollo de funciones de control más complejas y sofisticadas. Tras la segunda guerra mundial, hubo un gran avanzo tecnológico y aparecieron las máquinas a comando numérico y los sistemas de control en la industria de proceso, y también el concepto de la referencia de tensión para instrumentación analógica. Surgieron los primeros circuitos integrados, los CI, que posibilitaron el desarrollo de una nueva generación de sistemas de automatización. Vale la pena mencionar que en 1947, William Shockley, John Barden y Walter Brattain inventaron el transistor, un componente electrónico largamente usado en los procesadores modernos, de manera integrada. En el principio de los años 70, comenzaron a usarse las primeras computadoras comerciales como controladores en sistemas automatizados de gran tamaño, pero estos aparatos ocupaban mucho espacio, tenían alto costo, eran difíciles de programar y muy sensibles al ambiente industrial. Pero permitían manejar la adquisición y el control de varias variables. Todavía en la década de 70 hubo un gran avanzo en el campo de la automatización. El Controlador Lógico Programable o Programable Logic Controller (PLC), se desarrolló en respuesta a la demanda de la industria automovilística de los Estados Unidos. Tratase de una computadora dedicada y proyectada para trabajar en el ambiente industrial, donde sensores y actuadores se conectan a tarjetas de entradas y salidas. Los primeros CLPs tenían un conjunto reducido de instrucciones: normalmente solo condiciones lógicas sin entradas analógicas, para manejar no más que aplicaciones de control discreto. Los CLPs han reemplazado los paneles de control con relés, reduciendo el alto consumo de energía, el difícil mantenimiento y modificación de comandos, además de las onerosas alteraciones de hilado. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico Actualmente, debido a la demanda de la industria, las CLPs manejan tanto el control discreto como los lazos analógicos. Estos sistemas se llaman normalmente Controladores Programables, pues no se limitan a operaciones de condiciones lógicas. El control de funciones de una fábrica en general se distribuye entre un determinado número de controladores programables ubicados próximos a los equipos que se van controlar. Los diferentes controladores normalmente se conectan vía red local a una computadora central que supervisa alarmes, recetas y informes. Iniciamos una etapa donde la tecnología y la conectividad industrial eran patentadas y ocurría un “matrimonio” entre cliente y proveedor. Surgieron en el mercado los SDCS (Sistemas Digitales de Control Distribuidos). En la década de 1990, el mundo comenzó a testificar enormes avances en el área tecnológica, cuyos circuitos electrónicos empezaron a proporcionar más eficiencia, velocidades más altas, más funcionalidades, MTBFs más grandes (Mean Time Between Failures, más fiabilidad), consumos más bajos, espacios físicos más pequeños y también costos reducidos. Al mismo tiempo, se impulsó el desarrollo de computadoras, interfaces y periféricos más potentes, con alta capacidad de procesamiento y memoria. Y, lo más interesante, se posibilitó el surgimiento de la producción en alta escala, a costos reducidos, lo que representó una ventaja general, pues aumentó la oferta de microcontroladores, Cis y ASCIs para toda la industria. Y si no bastara esta revolución electrónica, los sistemas mecánicos también experimentan innovaciones y cambios conceptuales incorporando la capacidad de procesamiento, volviéndose más rápidos, eficientes y fiables, con costos de implementación cada vez más bajos. A lo longo de los últimos años es cada vez más frecuente la utilización de componentes electrónicos para arranque y control de sistemas mecánicos. Sin duda, actualmente no importa solamente la condición de control. La gestión de la información, la inteligencia de la instrumentación, la tecnología verdaderamente abierta y no patentada, los beneficios de la tecnología digital son lo que agregan valores al usuario. ¿Qué actualización puede sufrir un sistema convencional en los años venideros? Qué capacidad de expansión va a permitir? El portafolio de aplicaciones ofrecidas por los proveedores, tal como un sistema digital abierto, con posibilidad de diagnóstico aumentó grandemente en los últimos años, incluyendo redes digitales abiertas, áreas tales como supervisión de activos, control basado en bloques funcionales, optimización en tiempo real, MES (gestión de negocios), herramientas de supervisión de performance en tiempo real, supervisión de alarmes y muchas más. Hoy en día el usuario debe estar atento y especificar siempre un sistema de automatización abierto, con posibilidad de diagnósticos, más tolerancia a fallas, bloques de función, FOBS (Bloques Flexibles), conectividad OPC y con varios protocolos, además de innumeras características que lo vuelven un sistema de control completo y no un simple barramiento de comunicación con integraciones patentadas. La elección de las principales industrias se basa en las funciones de Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 2150509 – Redes De Acceso Básico control de proceso que posibilitan agregar informaciones benéficas a la toma de decisiones, garantizando la excelencia operativa. Los Sistemas Verdaderamente Abiertos utilizan tecnologías abiertas que se integran perfectamente al hardware, al mismo tiempo en que posibilita la conexión con software y hardware de otros fabricantes. Los usuarios tienen libertad para elegir los componentes y hasta mismo construir su propio sistema. La flexibilidad y la capacidad de expansión de la arquitectura posibilitan reconfigurar un sistema digital para satisfacer las nuevas condiciones de proceso sin grandes reinversiones. Las tecnologías modernas posibilitan respuestas rápidas a los cambios en las condiciones del mercado. Es oportuno recordar que en términos de excelencia operativa, cualquier segmento industrial soporta constante presiones para alcanzar la excelencia operativa, objetivando garantizar su competitividad. Excelencia operativa significa optimizar y dinamizar los procesos a través del análisis de datos en tiempo real, facilitando la toma de decisiones, de manera inteligente, estratégica y en todos los niveles de la organización. Al usar la tecnología digital, se pueden perfeccionar los procesos y supervisar de manera más eficiente las operaciones de la fábrica. Redes industriales Con vistas a reducir costos y aumentar la operatividad de una aplicación se introdujo el concepto de red industrial para interconectar los varios equipos de una aplicación. La utilización de redes y protocolos digitales ha previsto un avance importante en las siguientes áreas: Costos de instalación, operación y mantenimiento Procedimientos de mantenimiento con el la supervisión de activos Expansión y upgrade sencillos Informaciones de control y calidad Determinismo (Permite determinar con exactitud el tiempo necesario de transferencia de informaciones entre los integrantes de la red). Tiempos bajos de ciclos Varias topologías Estándares abiertos Redundancia en varios niveles Variabilidad más pequeña en las mediciones, con mejora de la precisión Mediciones multivariables Etc. La opción de implementar sistemas de control basados en redes requiere una evaluación para determinar qué tipo de red es más ventajosa al usuario final, lo cual debe buscar una plataforma de aplicación compatible con el mayor número posible de equipos. Material Preparado por Ing. Héctor Ivan Blanco Rodriguez.
