diseño y planificación de capa física de una red de

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
PROYECTO FIN DE CARRERA
DISEÑO Y PLANIFICACIÓN DE CAPA
FÍSICA DE UNA RED DE
COMUNICACIONES MEDIANTE PLC
PARA USO COMO CANAL DE
RETORNO EN TDT
AUTOR: Javier Galar de Santiago
MADRID, Junio de 2009
Autorizada la entrega del proyecto del alumno:
Javier Galar de Santiago
EL DIRECTOR DEL PROYECTO
Sadot Alexandres Fernández
Fdo.:
Fecha: ……/Junio/2009
Vº Bº del Coordinador de Proyectos
Álvaro Sánchez Miralles
Fdo.:
Fecha: ……/Junio/2009
Resumen
Proyecto Fin de Carrera
RESUMEN
Gracias al desarrollo e implantación de la TDT en España se abren nuevos
mercados como puede ser la interactividad en la TV a través de múltiples
servicios enviados mediante la misma señal, por ejemplo en la TDT.
Para poder realizar esta interactividad surge la necesidad de crear un
canal de retorno que transmita las peticiones de un usuario hasta un
centro de control, para la gestión de dichas peticiones. Este canal de
retorno debe cumplir unos requisitos mínimos, como son la velocidad de
transmisión y la disponibilidad.
Para implantar esta línea de transmisión se pueden usar diferentes
tecnologías en función de cuales sean las características geográficas de
cada
zona.
Estas
tecnologías
son:
Satélite,
UMTS,
Power
Line
Communications, DSL, CABLE y ETHERNET entre otras.
En este proyecto se ha diseñado un canal de retorno que cumpla estos
requisitos y no suponga un coste elevado ni en la instalación de la línea ni
en el servicio.
Se ha considerado como opción óptima el uso de PLC (Power Line
Communications) y Ethernet (pudiendo ser sustituida por WiMax en un
futuro) como canal de retorno.
Por ejemplo, con la tecnología PLC se consigue conectar a todos los
usuarios de un bloque de viviendas con un nodo central situado en cada
edificio, a través del cableado eléctrico del propio edificio, consiguiendo
de este modo una red de transmisión que no necesita ser implantada y con
un bajo coste de servicio.
Resumen
Proyecto Fin de Carrera
Por otra parte, mediante la red Ethernet se realizará una transmisión de
datos entre el nodo central de cada edificio y el centro de gestión de
peticiones.
En un futuro se pretende usar WiMax en vez de Ethernet, ya que con esta
nueva
tecnología se consiguen altas velocidades de transmisión, gran
caudal de datos y posibilita la transmisión a zonas rurales de forma
inalámbrica, con un radio de acción aproximado de unos 50 Km. WiMax
tiene la ventaja de un sistema de ajuste de modulación para no perder
calidad de señal por interferencias o por atenuación de la señal en
transmisiones de larga distancia.
Para este proyecto, se ha implementado la capa física del canal de retorno
con tres medios físicos de transmisión de datos diferentes: Aire (Señal
infrarroja del mando a distancia), Cableado eléctrico de un edificio
(Transmisión por Power Line Communications), Cableado de la red
Ethernet (Transmisión por Ethernet).
Como resultados, se han conseguido unas velocidades de transmisión
muy inferiores a las que se conseguirían con otras tecnologías de
transmisión. Sin embargo estas velocidades, que rondan entre 0.05 kbps
(paquetes de 2 bytes) y 1.2 kbps (paquetes > de 100 bytes), son suficientes
para el tipo de transmisión que se desea llevar a cabo en este canal de
retorno. La calidad de transmisión observada es alta siempre que no haya
elementos
eléctricos
que
distorsionen
la
señal,
por
ejemplo
transformadores.
Por tanto se puede concluir que este es un canal de retorno de bajo coste
pensado para la interactividad en la TDT para aplicaciones de bajo caudal
entre un centro de control y el usuario.
Abstract
Proyecto Fin de Carrera
ABSTRACT
Thanks to the development and implantation of the Digital Terrestrial
Television (DTT) in Spain new markets are opened as it can be the
interactivity in the TV across multiple services sent across the same signal
of the DTT.
To be able to realize this interactivity, there arises the need to create a
return channel that transmits the requests of a user to a control center, for
the management of these requests. This return channel must satisfy a few
minimal requirements as the speed of transmission and the availability.
To implant this transmission line, different technologies can be used based
on the geographical characteristics of every zone. These technologies are:
Satellite, UMTS, Power Line Communications, DSL, CABLE and
ETHERNET among others.
This project has been designed a return channel that satisfies these
requirements and does not supposes a high cost neither in the installation
of the line nor in the service.
The use of Power Line Communications and Ethernet (being able to be
replaced by WiMax in the future) has been considered like the optimal
option to develop the return channel.
For example, PLC technology is able to connect to all the users of a block
of houses with a central node located in each building, through the
electrical wiring of the own building, obtaining in this way a
communications net that does not need to be implanted and with low cost
of service.
Abstract
Proyecto Fin de Carrera
On the other hand, a data transmission between the central node of each
building and the center of request management will be realized with
Ethernet.
In the future it is tried to use WiMax instead of Ethernet, since with this
new technology can obtain high speeds of transmission, great volume of
data and makes the transmission possible to rural zones in wireless form,
with an operational range approximated of about 50 km. WiMax has the
advantage of a modulation adjustment system that does not lose quality of
signal by interferences or for attenuation of the signal in transmissions of
long distance.
In this project, the physical layer of the return channel has been
implemented with three different physical ways of data transmission: Air
(infrared Signal of the remote control), electrical Wiring of a building
(Transmission by Power Line Communications), Wiring of the network
Ethernet (Transmission by Ethernet).
About the results, the speeds of transmission, that have been obtained, are
much lower than those that would be obtained by other technologies of
transmission. Nevertheless these speeds, which are between 0.05 kbps
(packages of 2 bytes) and 1.2 kbps (packages> of 100 bytes), are sufficient
for the transmission that is required to carry out in this return channel.
The quality of observed transmission is high whenever there are not
electrical elements that distort the signal, for example transforming.
Therefore it is possible to be concluded that this is a return channel of low
cost thought for the interactivity about the DTT for applications of low
volume between a control center and the user.
DOCUMENTO Nº 1:
MEMORIA
Índice
Proyecto Fin de Carrera
ÍNDICE
Índice ..................................................................................................................... ii
Acrónimos .............................................................................................................. v
Figuras ................................................................................................................. vii
Tablas ..................................................................................................................... x
Parte I
Capítulo 1
Memoria ............................................................................................. 1
Introducción .................................................................................. 2
1
Introducción al Canal de Retorno ................................................................... 2
2
Motivación del proyecto ................................................................................... 4
3
Objetivos ............................................................................................................. 6
4
Metodología ........................................................................................................ 7
5
Recursos empleados .......................................................................................... 9
Capítulo 2
1
Canal de retorno ......................................................................... 10
Introducción...................................................................................................... 10
1.1 ¿Qué es el canal de retorno? ........................................................................................ 10
1.2 Estudio Tecnológico. .................................................................................................... 11
1.3 Diferentes opciones de canal de retorno en el mercado actual .............................. 18
2
Requisitos mínimos del canal de retorno.................................................... 20
3
Introducción de las partes de la capa física ................................................ 21
3.1 Conversor Infrarrojo a RS-232 .................................................................................... 24
3.2 Transmisión con PLC’s de Yitran ............................................................................... 25
3.3 Conversión a Ethernet para su posterior transmisión ............................................. 26
Capítulo 3
1
Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232 ............................. 27
Tecnología infrarroja aplicada a los mandos de TV ................................. 28
1.1 Introducción a la comunicación Infrarroja ................................................................ 28
1.2 Modulación infrarroja aplicada al mando a distancia ............................................. 29
1.3 Protocolo Philips RC-5 para control remoto. ............................................................ 31
1.4 Mando a distancia empleado. ..................................................................................... 34
ii
Índice
2
Proyecto Fin de Carrera
Funcionamiento del RS-232 ........................................................................... 35
2.1 Introducción al Puerto Serie ........................................................................................ 35
2.2 El estándar RS232 ......................................................................................................... 36
2.3 Empleo del RS232 ......................................................................................................... 37
3
Dispositivo de conversión.............................................................................. 39
3.1 Sensor de infrarrojos .................................................................................................... 40
3.2 Microcontrolador y software ...................................................................................... 42
3.3 Background Header ..................................................................................................... 45
3.4 Conversor MAX3222 para RS-232 .............................................................................. 46
3.5 Transmisión RS-232 en puerto serie ........................................................................... 47
Capítulo 4
1
Transmisión mediante el sistema eléctrico ............................ 48
Tecnología PLC y su evolución ..................................................................... 49
1.1 Evolución ....................................................................................................................... 49
1.2 Funcionamiento ............................................................................................................ 50
1.3 Modulación ................................................................................................................... 51
2
Características de los módems PLC IT800D de Yitran.............................. 53
2.1 DCSK (Differential Code Shift Keying) ..................................................................... 53
2.2 Plataforma de desarrollo. Starter Kit (STK) .............................................................. 57
3
Transmisión con módems PLC ..................................................................... 60
3.1 Protocolos y órdenes .................................................................................................... 60
3.2 Funcionamiento de recepción ..................................................................................... 67
Capítulo 5
1
Ethernet ........................................................................................ 69
Ethernet y TCP/IP ............................................................................................ 69
1.1 Introducción a Ethernet ............................................................................................... 69
1.2 Funcionamiento de Ethernet ....................................................................................... 70
1.3 TCP/IP ........................................................................................................................... 70
2
Conversión de protocolos de PLC a Ethernet ............................................. 72
2.1 Conversión .................................................................................................................... 72
2.2 Cabecera ......................................................................................................................... 74
Capítulo 6
1
Futuros desarrollos .................................................................... 76
WIMAX .............................................................................................................. 76
1.1 Introducción [25].......................................................................................................... 76
1.2 Modulación ................................................................................................................... 80
iii
Índice
Proyecto Fin de Carrera
1.3 Aplicaciones .................................................................................................................. 83
2
WIMAX en vez de ETHERNET..................................................................... 85
3
Canal de Retorno con WIMAX ...................................................................... 85
Capítulo 7
Resultados ................................................................................... 86
1
Velocidades de transmisión en función del número de bits ................... 86
2
Distancias máximas de los PLC y su atenuación ....................................... 90
3
Conclusiones de los resultados ..................................................................... 90
Capítulo 8
Conclusiones................................................................................ 91
Bibliografía.......................................................................................................... 93
Parte II
Estudio económico.......................................................................... 95
Parte III
Manual de usuario .......................................................................... 97
1
Instalación del ejecutable ............................................................................... 98
2
Ejecutable, interfaz gráfica con el usuario .................................................. 99
2.1 Canal de Retorno ........................................................................................................ 100
2.2 Transmisión mediante PLCHost .............................................................................. 104
Parte IV
Código fuente................................................................................. 108
1
Código implantado en el microcontrolador.............................................. 109
2
Código conversión RS232/Ethernet ............................................................ 112
3
Código del terminal cabecera ...................................................................... 116
iv
Acrónimos
Proyecto Fin de Carrera
ACRÓNIMOS
ADSL:
Asymmetrical Digital Subscriber Line
ATM:
Asynchronous Transfer Mode
CMT:
Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones
CSMA/CD:
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
DCSK:
Differential Code Shift Keying
DSSS:
Direct Sequence Spread Spectrum modulation
DSL:
Digital Subscriber Line
DSLAM:
Digital Subscriber Line Access Multiplexer
DTTB:
Digital Terrestrial Television Broadcasting
DVB-RCT:
Digital Video Broadcasting-Return Channel Terrestrial
DVB-T:
Digital Video Broadcasting-Terrestrial
GMSK:
Gaussian minimum shift keying
GPRS:
General Packet Radio Service
GSM:
Global System for Mobile communication
HVN:
High Voltage Network
IP:
Internet Protocol
IR:
Infrared
IrDA:
Infrared Data Asociation
LAN:
Local Area Network
LVN:
Low Voltage Network
MVN:
Medium voltage Network
OFDM:
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA:
Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access
PLC:
Power Line Communications
QAM:
Quadrature Amplitude Modulation
QPSK:
Quaternary Phase Shift Keying
RC:
Return Channel
STB:
Set Top Box
v
Acrónimos
Proyecto Fin de Carrera
TCP:
Transfer Control Protocol
TDT:
Televisión digital terrestre
TDMA:
Time division multiple access
UHF:
Ultra High Frequency
UMTS:
Universal Mobile Telecommunications System
WAN:
Wide Area Network
WiMAX:
Worldwide Interoperability for Microwave Access
vi
Figuras
Proyecto Fin de Carrera
FIGURAS
Figura 2.1: Funcionamiento del sistema DVB-RCS. [1]
Figura 2.2: Red de distribución de televisión a través de cable. [1]
Figura 2.3: Esquema de red de cable bidireccional. [1]
Figura 2.4: Sistemas de células.[1]
Figura 2.5: Conexión PLC en un edificio.
Figura 2.6: Transmisión mediante Ethernet.
Figura 2.7: Transmisión mediante WiMax.
Figura 3.1: Composición de la señal final m(t) que enciende/apaga el Led
IR.[3]
Figura 3.2: Emisión de infrarrojos
Figura 3.3: Codificación Manchester de 0/1 lógico [6]
Figura 3.4: Codificación Manchester de 0/1 lógico [4]
Figura 3.5: Ejemplo de transmisión con protocolo RC-5 [4]
Figura 3.6: Imagen del mando universal Vivanco UR2 [5]
Figura 3.7: Ejemplo de serie y paralelo [7]
Figura 3.8: Conectores DB-25 y DB-9, macho y hembra [7]
Figura 3.9: Línea de RS-232 y módems [9]
Figura 3.10: Línea de RS-232 [9]
Figura 3.11: Esquema electrónico del módulo de conversión.
Figura 3.12: Señal recibida por el sensor al pulsar el número 1 en el mando
a distancia.
Figura 3.13: Estructura interna de un sensor infrarrojo.
Figura 3.14: Acciones a realizar por cada PIN del microcontrolador
MC908QG.[12]
vii
Figuras
Proyecto Fin de Carrera
Figura 3.15: Protocolo de transmisión de datos con Módems PLC IT1800D
de Yitran. [18]
Figura 3.16: Background Header. [13]
Figura 3.17: USBSPYDER08.[13]
Figura 3.18: Conversor MAX3222.[10]
Figura 3.19: DB-9 Male.[13]
Figura 4.1: Separador de señales eléctricas mediante filtrado.[14]
Figura 4.2: Diferentes tipos de modulación en PLC. [15]
Figura 4.3: Separación de símbolos.[21]
Figura 4.4: Lazo cíclico en DCSK. [22]
Figura 4.5: Sistema de demodulación del receptor. [22]
Figura 4.7: Diagrama de bloques general del STK. [16]
Figura 4.8: Diferentes conectores de los módems Yitran. [16]
Figura 4.9: Posición de los 'jumpers'.[16]
Figura 4.10: Posibles configuraciones del Host mode.[16]
Figura 4.11: Protocolos para enviar datos. [18]
Figura 4.12: Comando para leer la dirección del modem. [18]
Figura 4.13: Respuesta del modem a la orden de leer dirección. [18]
Figura 4.14: Paquete para configurar la dirección del modem. [18]
Figura 4.15: Respuesta a la configuración de dirección.
Figura 4.16: Respuesta del modem. [18]
Figura 4.17: Respuesta adicional en paquetes largos.[18]
Figura 4.18: Respuesta del modem ante un reset.[18]
Figura 4.19: Respuesta del modem ante una pérdida de alimentación. [18]
Figura 4.20: Paquete recibido. [18]
Figura 4.21: Posibles procedencias de los datos recibidos. [18]
Figura 4.22: Opciones de tipo de modulación.[18]
Figura 4.23: Paquete recibido.[18]
viii
Figuras
Proyecto Fin de Carrera
Figura 5.1: Relación del modelo TCP/IP con el modelo OSI. [23]
Figura 5.2: Diagrama de los procesos realizados en el módulo de
conversión.
Figura 5.3: Diagrama de los procesos realizados en el módulo de cabecera.
Figura 6.1: Diferentes funcionamientos de WiMAX. [24]
Figura 6.2: Subportadoras ortogonales con solape. [24]
Figura 6.3: Diagrama con las subportadoras de OFDM. [27]
Figura 6.4: Diagrama con la subcanalización utilizada en OFDMA. [28]
Figura 7.1: Esquema de tiempos usados para el cálculo de resultado
Figura III.1: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.2: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.3: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.4: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.5: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.6: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.7: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.8: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.9: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.10: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.11: Interfaz gráfica para la instalación de la línea.
Figura III.12. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.13. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.14. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.15. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.16. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.17. [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.18 [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
Figura III.19 [16]: Interfaz gráfica del PLCHost.
ix
Tablas
Proyecto Fin de Carrera
TABLAS
Tabla 2.1: Características de los tipos de células [1]
Tabla 4.1: Modo de operación según la conexión.[16]
Tabla 4.2: Host mode según los 'jumpers'.[16]
Tabla 4.3: Respuesta del modem
Tabla 6.1: Características de los diferentes modelos de WiMax
Tabla 7.1: Tiempos resultantes de la transmisión de la línea con diferente
número de bytes enviados
Tabla 7.2: Tiempos de envío (línea modem)
Tabla 7.3: Tiempos totales (línea total)
Tabla 7.4: Tiempos medidos con el software PLCHost
x
Parte I MEMORIA
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 1 INTRODUCCIÓN
1 Introducción al Canal de Retorno
Es ya conocido que la televisión digital no sólo ofrece una gran mejora de
calidad audiovisual respecto a la televisión analógica, sino que
proporciona un enorme número de ventajas y funciones adicionales
respecto a la difusión convencional de televisión.
Especialmente importantes son los servicios proporcionados, que gozan
también de unas características innovadoras, como por ejemplo:
•
Interactividad entre el usuario.
•
Nuevas oportunidades para la oferta de contenidos y servicios
interactivos adicionales.
Este modo de interactividad se entiende como un sistema basado en una
tecnología de comunicaciones que incorpora bidireccionalidad
en la
transmisión de información, pudiendo llevarse a cabo diferentes servicios:
•
Servicios
de
información:
Son aquellos
que
ofrecen una
información independiente de la programación audiovisual que
se está emitiendo en ese momento.
•
Servicios
ligados
a
la
programación:
Son
aquellos
que
complementan con información suplementaria la programación
audiovisual emitida.
•
Interactividad local. Con estadísticas e información ampliada.
•
Interactividad externa: Participación activa.
•
Servicios transaccionales: Son aquellos que ofrecen la posibilidad
de enviar y recibir información de forma personalizada y
exclusiva.
2
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
El requisito para acceder a los servicios interactivos es contar con un
descodificador digital interactivo. Es igualmente necesario contar con un
canal de retorno que permita enviar la información a la cabecera.
Por otro lado, el consorcio DVB
define estándares para TV digital y
servicios de datos. DVB encapsula la información en paquetes de
transporte de diferentes estándares de codificación, lo que permite
aplicarlo tanto a servicios de TV como a servicios multimedia interactivos.
Para los servicios interactivos, DVB ha definido varios estándares sobre
canales de retorno por diferentes tipos de red, incluyendo redes de satélite
(DVB-RCS), red telefónica o RDSI (DVB-RCP), redes de cable (DVB-RCC,
definido en colaboración con DAVIC37), redes LMDS (DVB-RCL) y
terrestre (DVB-RCT), principalmente.
Así pues, puesto que la geografía y la topografía son muy distintas de un
país a otro, las tecnologías que funcionan bien en una zona geográfica
podrían no funcionar tan bien en otra y de forma paralela las posibilidades
de un canal de retorno también se ve influenciado por este concepto.
3
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
2 Motivación del proyecto
El proyecto surge ante el despliegue de la televisión digital en nuestro
país, ya que esta nueva tecnología presenta gran número de ventajas
frente a las antiguas emisiones analógicas de televisión, entre la que
destaca la posibilidad para el usuario de poder interactuar. Esta
interactividad se entiende como la capacidad de ofrecer contenidos
adicionales a los programas de televisión, permitiendo al usuario ver
informaciones asociadas al contenido audiovisual, la programación de los
canales, participación activa en votaciones, el manejo de productos o
servicios, e incluso participar en los propios programas de televisión con
el mando a distancia.
Esta característica abre nuevos mercados para potenciales inversores que
ven en ella una gran posibilidad de negocio. Por ello surge la necesidad
de habilitar un canal de retorno o varios, para que complemente al canal
de bajada existente. Este canal de retorno se puede implementar mediante
varias tecnologías existentes en el mercado, cada una de las cuales
presenta unas características que pueden ser mejores para determinadas
zonas, regiones o países.
Hasta el momento en nuestro país han existido pocas alternativas
tecnológicas en lo referente a un canal de retorno. El primer servicio
relacionado con un canal de retorno que aparece en España es
suministrado por el Canal Satélite Digital. La evolución de este tipo de
canales de retorno ha llegado a una transmisión por ADSL.
Por tanto los posibles canales de retorno que se han ofrecido en este país
vienen condicionados por un coste económico por el servicio de este canal,
bien sea el teléfono o el ADSL.
En este proyecto se pretende conseguir un canal de retorno que ofrezca un
uso de la línea sin costes de servicio y bajos costes de instalación en un
escenario doméstico (home networking) usando tecnología PLC.
4
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
El proyecto consiste en hacer llegar las peticiones del usuario generadas a
través de un mando a distancia, hasta un centro donde se gestione dicha
petición y se atienda. Para ello, se diseñará el canal de retorno mediante
una red de comunicaciones que incluye:
•
Tratamiento de la señal del mando.
•
Interfaz con enlace PLC a través de un modem de Yitran de banda
estrecha.
•
Conexión en el otro extremo del modem para adecuar la salida a
sistema con conexión IP, que enviará las peticiones a un centro de
difusión de TV.
Esta red descrita anteriormente, estará compuesta de dos partes:
.-Transmisión de la señal por el sistema eléctrico empleando módems
que acondicionen la señal de RS232 a PLC y viceversa.
.-Transmisión, empaquetado y adecuación de la señal usando
protocolos TCP/IP.
5
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
3 Objetivos
El objetivo principal consiste en implantar la capa física de un canal de
retorno usando tecnología PLC y acceso por IP para conectar con el centro
de difusión. El interfaz será un sencillo mando a distancia que permita
evaluar la interactividad.
•
Generación de un driver, mediante un microcontrolador, que trate
la señal emitida por un mando de TV para adaptarla según los
protocolos necesarios.
•
Implantación de una línea de transmisión por sistema eléctrico
mediante módems PLC de Yitran de banda estrecha.
•
Permitir la transmisión de la señal mediante TCP/IP desde la salida
de los módems hasta su recepción en un PC remoto para la
posterior gestión de peticiones.
•
Implantación total del canal de retorno acoplando correctamente los
diferentes medios de transmisión.
•
Verificar la capacidad óptima de la red en velocidad y caudal de
datos soportados.
6
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
4 Metodología
Para conseguir cumplir los objetivos y establecer la línea de transmisión en
su totalidad, objetivo principal de este proyecto, será necesario que se
desarrollen las siguientes actividades:
Actividad 1:
Desarrollo de la interfaz del mando a distancia al modem PLC.
Se usará un microcontrolador de la familia Freescale y el respectivo
software de desarrollo (CodeWarrior). En esta actividad, se desarrollarán
los procesos de adecuación de protocolos para el empleo de módems y de
tratamiento de la señal procedente del mando de TV. Este desarrollo será
empotrado en hardware.
Actividad 2:
Transmisión tramas de datos por el sistema eléctrico.
La línea de transmisión por el sistema eléctrico se implantará mediante
unos módems de Yitran (IT800D STK), uno al principio y otro al final, que
convierten la señal al sistema eléctrico y viceversa. Se desarrollará el
protocolo de conexión en un extremo con el microcontrolador y en el otro
con un PC convencional.
Actividad 3:
Establecimiento de una conexión TCP/IP por Ethernet.
Se desarrollará, con protocolo TCP/IP, una conexión de datos al centro de
control, que permita recibir en la dirección IP propuesta el conjunto de
comandos del mando a distancia.
7
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
Actividad 4:
Integración total de la línea.
Se implantará la línea de transmisión de datos en su totalidad a partir de
la conexión de los diferentes módulos realizados anteriormente, prestando
especial atención a la coherencia de transmisión de datos entre unos
módulos y otros.
Actividad 5:
Pruebas y mediciones del sistema completo.
Se generará una aplicación sencilla que permita evaluar el rendimiento de
la red y del canal de retorno. Se tomarán medidas de calidad y velocidad
de la línea de transmisión para diferentes distancias y situaciones.
Actividad 6:
Elaboración de documentación.
8
Memoria-Introducción
Proyecto Fin de Carrera
5 Recursos empleados
Para llevar a cabo la realización de este proyecto han sido necesarios una
serie de elementos, tanto de hardware como de software, en los diferentes
módulos en los que se divide la línea de transmisión:
Módulo de conversión infrarrojo/RS-232
•
Microcontrolador MC908QG (con software CodeWarrior)
•
Conversor de niveles MAX3222
•
Sensor infrarrojo
•
USBSPYDER
•
Clavija DB-9 male para puerto serie.
Transmisión con módems PLC y conversión de protocolos
•
Módems Yitran (IT800D STK) de banda estrecha.
•
Software PLCHost de los módems.
•
Visual C++ 6.0
•
Sistema Operativo: Windows; (Librerías de Windows)
Conexión Ethernet
•
Red Ethernet con ordenadores con IP fija.
•
Visual C++ 6.0
•
Sistema Operativo: Windows; (Librerías de Windows)
9
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 2 CANAL DE RETORNO
1 Introducción
DVB-T es un medio inalámbrico para proveer datos de banda ancha a
clientes, pero es un medio unidireccional. Por ello es preciso crear un canal
de retorno para que DVB-T pueda tener un camino bidireccional, y a la
larga poder implantar nuevos servicios.
La DVB-T completada con el canal de retorno puede ser usada para la TV
interactiva (la votación, concursos, etc.), pero también podría usarse en
sesiones interactivas de web, o para la conectividad de servicios IP.
1.1 ¿Qué es el canal de retorno?
El canal de retorno es un medio de transmisión cuyo objetivo no es más
que conectar el receptor de TV con el operador. Como se ha mencionado
anteriormente, la televisión convencional se caracteriza porque sólo existe
flujo de información en un sentido: desde la cadena hacia los usuarios, de
modo que sólo es necesario un canal de transmisión, el de difusión. En
cambio, en la televisión interactiva, los usuarios desempeñan un papel
activo e influyen en el contenido visualizado.
Debido a esto es preciso que exista un canal de retorno para hacer llegar la
interacción del usuario hasta el operador. Por ejemplo, en la televisión
digital por satélite se pueden realizar operaciones bancarias, y para ello es
imprescindible el canal de retorno.
10
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.2 Estudio Tecnológico.
A continuación se presenta un resumen tecnológico que permite
introducir el abanico de sistemas que se pueden emplear para la
implantación de un canal de retorno. El documento base para este estudio
es “Estudio y análisis en el diseño de un canal de retorno para el desarrollo de la
interactividad en la televisión digital” [1].
1.2.1 Satélite
Esta tecnología y sus características se resumen en:
•
Su amplia cobertura y un coste independiente de la distancia dentro
de la zona cubierta. Un único satélite puede incluir una serie de
haces con diferentes coberturas.
•
El sistema es asimétrico, con grandes caudales binarios en el
sentido de bajada (downstream) y generalmente menores caudales
en el de subida hacia el satélite (upstream). La capacidad depende
de las características de cada sistema.
Para implantar el canal de retorno con esta tecnología se requieren una
serie de satélites en órbita geoestacionaria (GEO). Éstos permiten dar
servicio en zonas muy amplias, pero tienen como inconvenientes un
retardo y atenuación elevados. Según la aplicación, el retardo puede tener
gran impacto, pudiendo ser relevante en aplicaciones de telefonía y datos
interactivos, concretamente en TV.
Figura 2.1: Funcionamiento del sistema DVB-RCS. [1]
11
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
DVB-RCS (Digital Video Broadcast – Return Channel by Satellite) es una
solución normalizada que consiste en integrar el canal de retorno en la red
de satélite.
1.2.2 Cable
Dentro de las características ideales que ha de tener un sistema de cable
coaxial, cabe destacar las siguientes:
•
Que disponga de una zona del espectro radioeléctrico exclusiva, no
compartida con otros servicios y libre de interferencias.
•
Si consideramos el empleo exclusivo de cable coaxial, los límites
prácticos de utilización alcanzan un ancho de banda de 1GHz
aproximadamente,
pero presenta atenuación creciente con la
frecuencia.
El uso de la fibra ha permitido la distribución de TV gracias al desarrollo
de láseres con linealidad suficiente para disminuir las distorsiones de la
señal. Estas distorsiones vienen generadas por imperfecciones del propio
cable coaxial. Respecto a la señal, la intermodulación y la no-linealidad de
los amplificadores afecta a este tipo de redes.
Se pueden distinguir partes diferenciadas de una red de cable: una red de
transporte, una red troncal, la red de distribución y la acometida. De todas
ellas, solamente las tres últimas forman parte de la red de acceso de un
sistema de cable.
12
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
Figura 2.2: Red de distribución de televisión a través de cable. [1]
Al reducir el segmento de clave coaxial mediante la implantación de fibra
óptica en la red de acceso, se reducen las perturbaciones introducidas por
las cadenas de amplificadores-repetidores.
La fibra permite aumentar las distancias a cubrir sin necesidad de
amplificadores, pudiendo alcanzar del orden de 100 km. Este medio
favorece el aprovechamiento del ancho de banda hasta explotar los límites
del cable coaxial (1 GHz), lo que hace posible la bidireccionalidad,
dedicando una parte del espectro a transmisión en sentido ascendente.
Figura 2.3: Esquema de red de cable bidireccional. [1]
13
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.2.3 DSL
xDSL no es más que las siglas que agrupan un conjunto de tecnologías que
permiten transmitir un alto caudal de datos binarios en alta velocidad
sobre el par telefónico. La característica más importante es que permite
acceso simultáneo a la red telefónica y a una conexión de datos IP.
La tecnología consiste en un sistema prioritario de tráfico y con
capacidades asimétricas, que actualmente sobrepasa los objetivos iniciales
(8 Mbps hacia el abonado y 640 Kbps en sentido inverso), que hacen
posible la transmisión de más de un canal de TV comprimido hacia un
terminal.
El objetivo de los sistemas xDSL es llegar a la mayor parte de los
terminales abonados dentro del área que cubre un servidor. En este punto
se alberga un DSLAM, formado por un banco de módems junto con un
dispositivo que permite la multiplexación de los abonados.
En el diseño DSL, se tiene especial cuidado de factores ruido,
interferencias de radio, diafonía, la coexistencia de la telefonía, adaptación
de impedancias, etc. De estos factores ha dependido la generación de los
métodos de modulación, multiplexación y codificación actuales. Por
ejemplo, el diseño de ADSL-2, aumenta el caudal de forma significativa.
Existen otras líneas de evolución, el ADSL+ (amplía la banda utilizable
hasta 2,2 MHz siendo el doble de la actual) y el ADSL++ hasta 3 ó 3,75
MHz,. En ambos casos, es evidente que el alcance es menor, lo que
requiere que la distancia al DSLAM se reduzca para lograr estas
velocidades.
14
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.2.4 PLC
PLC es una tecnología que lleva años en servicio, sin embargo no ha
encontrado un mercado de trabajo dentro de las telecomunicaciones y en
concreto en la banda ancha.
El papel de las comunicaciones sobre líneas de energía (Power Line
Communications, PLC) se puede analizar en cada uno de estos segmentos.
•
Red de distribución doméstica: es donde hay más despliegue en
telecomunicaciones sobre líneas de energía actualmente, el objetivo
es convertir el cableado de distribución doméstico en una red de
área local, siendo cada enchufe un punto de acceso a esta red.
•
LVN y MVN: es la última milla desde el transformador de
distribución a los contadores de red.
•
HVN: actualmente esta red no se está usando para transporte de
información, puesto que ya contempla la canalización de fibra
óptica en la misma línea.
Aunque el número de usuarios de la red eléctrica es casi tres veces el de la
red
telefónica,
esto
no
se
ha
reflejado
en
el
sector
de
las
telecomunicaciones.
A modo de resumen, y con respecto al canal de retorno se puede decir que
el PLC es una tecnología segura y con potencial. Desde un punto de vista
de prestaciones técnicas, aparentemente compite desfavorablemente con
otras alternativas de acceso (en banda ancha), pero es competitivo en
banda estrecha para sistemas de control, señalización o de bajo caudal.
15
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.2.5 UMTS
El sistema UMTS nace con la idea de proporcionar un caudal de
información mayor al actual, proporcionado por la tecnología GSM-GPRS
(hasta 2.048 Kbps). Es un candidato a un sistema de comunicaciones para
un canal de retorno de TV, como lo es el GSM o el GPRS.
Dentro de la especificación de los sistemas 3G, se consideran diferentes
tipos de célula, cada una con diferente dimensión de área y tráfico, dichos
tipos se resumen en la Tabla 2.1.
Tipo de célula
Picocélula
Microcélula
Macrocélula
Ámbito de cobertura
Movilidad
Edificio, manzana
Baja
(10-50 m)
(< 10 km/h)
Urbano
Media
(300-500/2-4 km)
(< 150 km/h)
Rural
Alta
(5-6 km)
(< 500 km/h)
Caudal binario
2048 Kbps
384 Kbps
144 Kbps
Tabla 2.1: Características de los tipos de células [1]
Se observa una reducción de la velocidad a medida que aumenta el área a
cubrir, se tiene entonces una representación geográfica aproximada a la
arquitectura de la Figura 2.4.
Figura 2.4: Sistemas de células.[1]
16
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.2.6 Canal de retorno en TDT
El objetivo del sistema DVB-RCT es ofrecer a los emisores un canal de
retorno inalámbrico para ser desarrollado junto con la plataforma de
Televisión Digital Terrestre (DVB-T).
DVB-RCT define un canal interactivo de bajada (hacia el usuario)
utilizando el MPEG-TS y el canal de retorno utilizando técnica de acceso
OFDMA y transporte ATM en una banda de 6, 7 u 8 MHz, pudiendo
dividirse en bandas de 1 MHz entre distintos operadores. Existen también
distintas opciones de sistemas de modulación (QPSK, 16-QAM, 64-QAM),
distintas opciones de intervalos de guarda (1/4, 1/8, 1/16, 1/32) y
protecciones de codificación (1/2 y 3/4).
Las características de este canal de transmisión son:
•
Caudal binario de 0,6 Kbps por portadora hasta 15 Kbps por
portadora. El máximo teórico es de 31 Mbps, con alcance reducido a
unos 600 m.
•
Banda UHF. En principio canales 67 y 68 de UHF que pueden ser
subdivididos.
•
Potencia de 0,5 W. Se emplea la misma antena receptora de TV.
•
Soporte para unas 20.000 transacciones por segundo.
El canal de retorno sirve para realizar interacciones cortas sobre los
contenidos de la programación o del paquete de datos, por ejemplo desde
votaciones, encuestas o participación activa, etc. El sistema de
interactividad deberá encontrarse en la misma localización del que el
codificador que proporciona el servicio de difusión de TV.
17
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
1.3 Diferentes opciones de canal de retorno en el mercado actual
Actualmente, la mayor parte de los decodificadores de televisión digital
terrestre ofrecen un canal de retorno que suele ser MODEM telefónico.
Este tipo de canal presenta varios inconvenientes como el hecho de que si
se emplea, el teléfono no se puede utilizar y si se está utilizando el
teléfono, no estará disponible para nuestras aplicaciones. Por otra parte,
este canal tiene poca capacidad, con lo que las respuestas y los datos que
se obtengan tardarán bastante tiempo en procesarse y además habrá que
configurar el MODEM en el decodificador con los datos de un proveedor
de servicios adecuado.
Otro tipo de canal de retorno que se puede obtener en el mercado, pero
aún son escasos, es el que viene preparado para usar Ethernet. Para
utilizarlo sería necesario contar con un proveedor de servicios de ADSL o
Cable Modem e instalar un router para poder conectar el ordenador y el
puerto Ethernet del decodificador a la red. Este caso sería más cómodo
porque siempre estaría disponible el servicio y no haría falta configurar el
decodificador, pero el problema viene dado por el hecho de que hay que
contratarlo y si sólo se va a emplear para acceder a los servicios
interactivos de la TDT no merece la pena.
Otra opción que se propone es la utilización de Bluetooth como canal de
retorno en combinación de una conexión GPRS/UMTS del móvil. Esta
opción permitiría poder ver en la televisión los archivos y fotografías del
móvil, pero implicaría que el teléfono móvil al que se conecte debería
contar con tecnología Bluetooth y conexión GPRS o UMTS. Actualmente,
sólo alrededor del 40% de los móviles españoles cuentan con estas dos
tecnologías. Además en el caso de que el decodificador no tuviera esta
opción y si tuviera un puerto USB, se podría colocar en él un adaptador de
Bluetooth que haría el mismo efecto.
18
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
En cuanto a los decodificadores con WiFi, tienen el mismo inconveniente
que aquellos con canal de retorno basado en Ethernet (será necesario
utilizar un proveedor de ADSL o cable MODEM). La única ventaja frente
a estos sería la ausencia de cables.
Resumiendo, en estos momentos existen diversas tecnologías para realizar
un canal de retorno, pero no hay demasiadas alternativas para ofrecer
canales de retorno con disponibilidad total, sin necesidad de configuración
del decodificador e inalámbricos para facilitar su uso. [2]
Por este motivo se ha planteado un proyecto en el que se desea un canal
de retorno de total disponibilidad y que se implante y se mantenga sin
costes o con bajos costes.
19
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
2 Requisitos mínimos del canal de retorno
El canal de retorno que se pretende desarrollar ha de cumplir una serie de
características para que se pueda considerar como una línea de
transmisión eficaz.
Un canal de retorno debería estar siempre disponible y además si fuera
posible debería ser inalámbrico para que el usuario no tuviera cables
atravesándole la casa.
Ha de tener una velocidad de transmisión mínima para que pueda
considerarse como un canal interactivo. Tampoco puede tener elevados
tiempos de reacción o contestación a peticiones por el mismo motivo.
Ha de ser fácil de implantar en los hogares sin necesidad de obras
complicadas y con un bajo coste de instalación. Esto se debe a que está
destinado al uso doméstico, con lo que un usuario cualquiera no estaría
dispuesto a realizar una complicada y costosa implantación de este canal.
Ha de tener la posibilidad de conectarse de forma punto-punto o puntomultipunto, para poder realizar la transmisión de datos más eficiente
según qué situación se dé en cada caso.
20
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
3 Introducción de las partes de la capa física
Teniendo en cuenta los requisitos del apartado anterior, se ha optado por
implantar un canal de retorno con bajo coste de instalación y servicio.
Por ello, esta línea de transmisión se ha desarrollado a través de dos
medios físicos de transmisión diferentes, adaptando de forma eficiente los
recursos a cada situación.
Una primera parte consistirá en la conexión de los usuarios de un bloque de
edificios con un nodo central de transmisión instalado en cada edificio.
Esta conexión se realizará a través del propio cableado eléctrico de cada
edifico, ahorrando así el coste de instalación. Para ello se usará la
tecnología de Power Line Communications (PLC) que ofrece la posibilidad
de transmitir por la red eléctrica diferentes paquetes de datos sin que se
produzcan interferencias.
Figura 2.5: Conexión PLC en un edificio.
De este modo se consigue tener conectados a todos los usuarios de un
mismo edificio con un nodo (modem) central instalado en cada edificio.
21
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
Para implantar esta tecnología se ha optado por usar unos módems PLC
de banda estrecha de la marca Yitran. Se ha considerado que con módems
de banda estrecha es suficiente para tener una buena velocidad de
transmisión, ya que generalmente por ellos solo se transmitirán comandos
con bajo caudal.
La segunda parte se encarga de realizar la conexión entre el nodo general
del edificio con una central local que gestiones las peticiones de los
usuarios de una zona geográfica.
Figura 2.6: Transmisión mediante Ethernet.
Como medio de transmisión se ha optado en un inicio por Ethernet, pero
con la idea
de emplear, cuando este implantado, como medio de
transmisión una red WiMax. La tecnología WiMax permite una
transmisión de datos con altas velocidades, gran ancho de banda y la
posibilidad de hacer llegar la señal a zonas rurales debido a su gran
alcance de transmisión.
Figura 2.7: Transmisión mediante WiMax.
22
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
Al usar este medio, se ahorra en costes de línea como los que hay en el
caso del ADSL. También se puede decir que los costes de instalación de
este medio serían bajos, ya que la Comunidad de Madrid pretende instalar
una red WiMax, por lo que la única instalación a realizar, por parte del
usuario, consistiría en la ubicación de una antena WiMax en cada
comunidad de vecinos.
En este proyecto se ha estructurado el canal de retorno en tres módulos
diferentes, en función de los diferentes medios físicos de transmisión que
se emplean en el canal de retorno.
Estos tres módulos son:
•
Conversión de Infrarrojos a RS-232.
•
Transmisión con módems PLCs de Yitran.
•
Conversión a Ethernet y su posterior transmisión.
23
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
3.1 Conversor Infrarrojo a RS-232
Este módulo se encarga de realizar la conversión de la señal infrarroja del
mando a distancia a una señal en formato RS-232 que pueda ser tratada en
un PC para su posterior envió a través de los módems PLC.
Para llevar a cabo esta conversión se ha empleado un microcontrolador
que se encarga de muestrear la señal recibida por un sensor, para realizar
posteriormente la conversión a RS-232.
Este conversor se podrá conectar directamente a los módems PLC, o
conectarlo a un PC que realice una función intermedia. Usando dicho PC,
se podrá gestionar las órdenes recibidas del mando a distancia para poder
enviar de este modo las tramas de bytes pertinentes, con su protocolo
correspondiente, por el sistema eléctrico mediante los módems PLC.
Si se opta por la opción de no usar dicho PC, el módulo de conversión
enviará por los módems 2 bytes indicando que tecla del mando a distancia
se ha pulsado.
El inconveniente de implantar esta segunda opción, es que este conversor
no tiene la capacidad de recibir de los módems debido a que no se ha
pensado para que realice dicha operación.
24
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
3.2 Transmisión con PLC’s de Yitran
Como se ha comentado anteriormente, la transmisión de datos se realiza
por el sistema eléctrico gracias a los módems PLC de banda estrecha. Estos
módems requieren de una serie de órdenes o comandos que les indiquen
que operación han de realizar en cada momento.
Para ello se ha dispuesto de dos terminales (PCs) que se encargan de
controlar que los módems funcionen correctamente en cada momento.
Estos terminales son los encargados de enviar a los módems PLC los
paquetes de datos a transmitir con sus correspondientes protocolos.
Hay que tener en cuenta que podría surgir un inconveniente por el hecho
de usar estos PC, y es que debido al tiempo de proceso de estos se podría
ralentizar la transmisión de datos.
Por este motivo se han tomado medidas de tiempos y se ha comprobado
que estos tiempos de proceso son despreciables en comparación con el
tiempo de transmisión.
Para una transmisión por el cable eléctrico en ‘Europe indoor’, los
módems PLC tendrán una velocidad máxima de transmisión de 2.5 kbps.
25
Memoria-Canal de retorno
Proyecto Fin de Carrera
3.3 Conversión a Ethernet para su posterior transmisión
La conversión a Ethernet se realiza en el terminal intermedio a través de
un código de programación desarrollado en C++. De este modo se
consigue que la señal procedente de los módems PLC pase a ser una señal
apta para ser enviada a través de la red Ethernet.
En futuros desarrollos se pretende usar WiMax en vez de Ethernet, pero
esto no implica grandes cambios en el diseño del canal de retorno. Esto se
debe a que se emplearían módems WiMax, cuyo funcionamiento es
similar al de los módems WiFi, por lo que no supone ninguna
modificación en el empleo de los sockets.
En lo referente a las velocidades, comentar que la velocidad de
transmisión en Ethernet es muy superior a la velocidad máxima de los
módems PLC.
Para realizar la conexión por Ethernet será necesario disponer de IP fijas
para poder realizar conexiones con un servidor y así poder diferenciar a
los distintos usuarios.
26
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 3 MÓDULO DE CONVERSIÓN
INFRARROJOS/RS-232
Se quiere tratar la señal de infrarrojos de un mando a distancia de TV para
convertirla a RS-232 teniendo en cuenta una serie de protocolos para su
posterior conexión a un MODEM PLC IT800D STK.
Esta conversión es necesaria ya que se pretende que el receptor de la señal
procedente del mando a distancia pueda ser conectado a un PC, donde se
trate dicha señal, o directamente a los MODEM PLC sin pasar por un PC.
Como se ha mencionado en el párrafo anterior los MODEM
PLC
requieren de una serie de protocolos que indiquen que tarea deben
realizar, por esta razón se ha optado por diseñar un sistema de conversión
que trate la señal infrarroja mediante un microcontrolador MC908QG,
consiguiendo de este modo una señal de salida en RS-232, formada por
dichos protocolos seguidos de los datos recibidos del mando a distancia.
Si fuera necesario conectar un PC entre el módulo de conversión y el
MODEM PLC no supondría ningún problema ya que en el PC se recibiría
una serie de bytes formada por los protocolos y los datos deseados,
obteniendo toda la información necesaria para poder enviar los datos
recibidos del mando a distancia por el MODEM PLC.
Se ha elegido el formato RS-232 para poder conectar directamente el
módulo tanto al PC como al MODEM PLC, de hecho sería complicado
realizar la comunicación a través del MODEM con otro formato, ya que las
ordenes (protocolos) pueden variar.
Para poder comprender con claridad como se ha llevado a cabo el diseño
del dispositivo de conversión será necesario explicar entre que dos medios
de comunicación actuará dicho conversor.
27
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
1 Tecnología infrarroja aplicada a los mandos de TV
La tecnología de transmisión de datos basada en señales infrarrojas es
muy amplia, por eso en este apartado se pretende explicar cómo funciona
esta tecnología cuando se emplea en los mandos a distancia.
1.1 Introducción a la comunicación Infrarroja
Este tipo de comunicación hace alusión a la transmisión inalámbrica a
corta
distancia
mediante
ondas
infrarrojas,
que
son
ondas
electromagnéticas no visibles.
La comunicación infrarroja se basa en una transmisión de datos, por lo
que fue necesario que un grupo de empresas formaran un estándar de
comunicación a corta distancia basado en los rayos infrarrojos, el IrDA.
El IrDA (Infrared Data Asociation) fue fundado en 1993 por 3 empresas
IBM, Sharp y HP, siendo actualmente más de 160. El IrDA creó 2 tipos de
estándares infrarrojos, uno es para la transmisión de datos y otro para la
transmisión de ondas pequeñas, siendo este último el utilizado en
aparatos como el control remoto.
Los mandos a distancia y dispositivos IrDA usan diodos infrarrojos
electroluminiscentes (LEDs). Estos diodos emiten radiación infrarroja que
es enfocada por una lente plástica en un rayo estrecho. El receptor usa un
fotodiodo de silicio para convertir la radiación infrarroja en corriente
eléctrica.
Los controles empleados son direccionales, baratos y fáciles de construir,
pero no tienen la capacidad de atravesar objetos sólidos, lo que supone
una gran ventaja. Esto indica que un sistema infrarrojo que esté actuando
en un lugar cerrado no provocará interferencias en ningún sistema similar
situado en lugares adyacentes, siendo de este modo la tecnología más
empleada en mandos a distancia.
28
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
1.2 Modulación infrarroja aplicada al mando a distancia
Si se pulsa una tecla, el mando enviará una secuencia de pulsos de luz
infrarroja que transportan un código de N bits que identifica la tecla
pulsada. La secuencia de pulsos de luz se obtiene modulando diferentes
tipos de señales temporales que se explican a continuación (Figura 3.1).
Figura 3.1: Composición de la señal final m(t) que enciende/apaga el Led IR.[3]
x(t): Señal moduladora. Es una señal eléctrica digital en banda base donde
los bits van codificados de acuerdo con un determinado tipo de
modulación digital como: PWM, Manchester, Manchester Diferencial, etc.
La señal x(t) será diferente en función del protocolo que se emplee en el
mando.
c(t): Portadora eléctrica. Es una onda cuadrada de fo = 38kHz (otros valores
pueden ser 30kHz, 36kHz, 40kHz, 56kHz e incluso 455kHz).
m(t): Señal modulada. Es el producto de las dos anteriores, siendo su misión
excitar un diodo luminiscente (LED) de infrarrojos (IR).
29
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
luz IR: Portadora óptica. Es generada por un diodo luminiscente de
infrarrojos (LED IR), se trata de una onda electromagnética modulada en
amplitud, lo que da lugar a una secuencia de pulsos de luz cuyo espectro
está centrado en 319.15THz (λ = 940nm) como muestra la Figura 3.1.
Portadora eléctrica y portadora óptica
La señal digital en banda base x(t) se modula en frecuencia dos veces:
•
Al multiplicar x(t) por la portadora eléctrica c(t), haciendo que el
espectro de x(t) se desplace a fo.
•
Cuando se modula la luz del led IR para generar un chorro de
pulsos de luz, desplazando el espectro de m(t) a frecuencias ópticas
(λ = 940nm).
El segundo desplazamiento del espectro es algo inevitable al emplear un
LED IR para transmitir, sin embargo el primer caso se puede evitar. Esta
primera modulación se hace para combatir la radiación IR ambiental que
capta el fotodiodo receptor, evitando de este modo el ruido sobre la señal
m(t).
Este ruido lo genera de manera natural un objeto a una temperatura T > 0,
especialmente las lámparas fluorescentes, y tiene una densidad espectral
de potencia mucho mayor en baja frecuencia (DC) que en frecuencias en
torno a 36kHz. Así pues, para evitar toda esta potencia de ruido se
transmite la señal x(t) en una banda de frecuencia en torno a fo donde la
potencia de ruido es menor pudiendo filtrar la señal en el receptor y
trabajar de nuevo en banda base. [3]
30
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Figura 3.2: Emisión de infrarrojos
La transmisión de datos por infrarrojos se hace generalmente modulando
en BPSK (Transmisión por Desplazamiento de Fase Binaria) una portadora
entre 30 y 60 KHz.
Si aplicamos una señal cuadrada de 36 KHz a la base de un transistor tal
como muestra la Figura 3.2, conseguimos que conduzca un LED infrarrojo
a la misma frecuencia, emitiendo radiación IR mientras el transistor
conduce.
1.3 Protocolo Philips RC-5 para control remoto.
En el mercado hay diferentes protocolos de transmisión como el RC-5 de
Philips, SIRC de Sony, Panasonic, JVC y Daewoo. De estos protocolos los
más usados son los de Philips y Sony.
En este proyecto se empleará el protocolo RC-5 de Philips. Este protocolo
es el
más utilizado debido a la amplia disponibilidad de controles
remotos que se basan en él.
Además, dentro de este protocolo hay comandos predefinidos para
diferentes dispositivos, una característica que aporta una mayor
compatibilidad. Philips ha comenzado a utilizar un nuevo protocolo, el
RC-6, que tiene más capacidades.
31
Memoria-Módulo
Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Infrarrojos/RS
Proyecto Fin de Carrera
Las características
aracterísticas de este protocolo son:
•
Dirección de 5 bit y comando de 6 bit (7 bits de comando en RC-5X)
•
Codificación Manchester (Bi-fase)
(Bi
Figura 3.3: Codificación Manchester de 0/1 lógico [6]
•
Frecuencia de portadora de 36 kHz
•
Tiempo de bit constante de 1,778 ms (64 ciclos de 36 kHz)
Modulación empleada
Figura 3.4: Codificación Manchester de 0/1 lógico [4]
El cero lógico es representado por un tren de pulsos durante la primera
mitad del tiempo que corresponde el bit,
bit, es decir durante el primer medio
bit. Por otro lado el uno lógico será representado
ntado por un tren de pulsos
durante la segunda mitad del tiempo bit. Una característica importante del
protocolo RC--5 es que laa relación entre pulso y pausa en la portadora de
36 kHz es de 1/3 o 1/4, consiguiendo de este modo una importante
reducción del
el consumo
c
de energía.
32
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Protocolo RC-5
Figura 3.5: Ejemplo de transmisión con protocolo RC-5 [4]
La Figura 3.5 muestra un típico tren de pulsos en un mensaje RC-5. En este
ejemplo se transmite la dirección 0x05 y el comando 0x35.
Los dos primeros bits son los de inicio (start), que deben ser dos "1"
lógicos. Nótese que transcurre medio tiempo de bit hasta que el receptor
se entera de que ha comenzado el mensaje.
El protocolo RC-5 extendido (RC-5x) tiene un solo bit de inicio. El bit que
es llamado "S2" en el protocolo estándar RC-5 se transforma en el RC-5x en
un bit de comando, lo que da un total de 7 bits para los comandos.
El tercer bit del protocolo RC-5, marcado como "T" en el dibujo, es el bit de
conmutación (Toogle). Este bit es invertido cada vez que se libera una tecla
en el control remoto y se la presiona de nuevo.
El bit que sigue es el primero de la dirección del dispositivo receptor de
infrarrojos, poniendo en primer lugar el bit más significativo de la
dirección. A esta dirección le sigue un comando de 6 bits, también con su
bit más significativo en primer lugar.
Un mensaje consiste de un total de 14 bits tiene una duración total de 25
ms. mientras se mantenga presionada la tecla, el mensaje se repite cada
114 ms. el bit de conmutación mantendrá el mismo nivel lógico durante la
repetición de un mensaje. Esto se hace así para que el programa de
interpretación del receptor pueda detectar esta autorrepetición y no la
confunda con sucesivas pulsaciones de una tecla. [4]
33
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
1.4 Mando a distancia empleado.
En este proyecto se ha empleado como dispositivo el Vivanco UR2, que es
un mando a distancia universal para TV-TDT. Se ha configurado dicho
mando con el código 183 de TDT, por lo que todas las operaciones
referentes a la manipulación de los datos recibidos del mando a distancia
se han realizado en función del código 183.
Figura 3.6: Imagen del mando universal Vivanco UR2 [5]
34
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
2 Funcionamiento del RS-232
A la salida del dispositivo de conversión se va a utilizar como medio de
transmisión el RS-232 para poder conectarlo a un PC o directamente a los
Modems PLC de Yitran.
2.1 Introducción al Puerto Serie
Los puertos serie (también llamados RS-232, por el nombre del estándar al
que hacen referencia) fueron las primeras interfaces que permitieron que
los equipos transmitan datos digitales con otros dispositivos externos. El
término serie se refiere a que los datos son enviados mediante un solo hilo:
los bits se envían uno detrás del otro.
Figura 3.7: Ejemplo de serie y paralelo [7]
Originalmente, los puertos serie sólo podían enviar datos, no recibir, por
lo que se desarrollaron puertos bidireccionales (que son los que se
encuentran en los equipos actuales). Por lo tanto, los puertos serie
bidireccionales necesitan dos hilos para que la comunicación pueda
efectuarse.
La comunicación se lleva a cabo asincrónicamente, es decir que no es
necesaria una señal de sincronización: los datos pueden enviarse en
intervalos aleatorios. A su vez, el periférico debe poder distinguir los
caracteres (8 bits) entre la sucesión de bits que se está enviando. Ésta es la
razón por la cual en este tipo de transmisión, cada carácter se encuentra
precedido por un bit de START y seguido por un bit de STOP. [7]
35
Memoria-Módulo
Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Infrarrojos/RS
Proyecto Fin de Carrera
2.2 El estándar RS232
El estándar RS-232
RS 232 fue creado por los laboratorios Bell y la EIA (Electronic
Industries Association). La primera versión de este estándar se conoce
como RS-232C,
232C, y fue utilizada en la comunicación de computadoras por
medio de líneas telefónicas a finales de los años 1960s.
Mientas tanto en Europa la CCITT (Comité
(Comité Consultatif International
Téléphonique et Télégraphique), implementaba de igual forma el estándar
V.24 para la especificaciones funcionales y V.28 para las especificaciones
eléctricas.
El estándar RS-232
RS 232 fue ampliamente utilizado por los productores de
equipos durante los siguientes años pero la velocidad máxima de
transmisión de 20 Kbps y la distancia máxima de 17 metros fueron las
causas para que se comenzara a desarrollar nuevos estándares, aun así la
mayoría de equipos siguen utilizando el estándar RS232.
RS232.
Figura 3.8: Conectores DB-25 y DB-9,
9, macho y hembra [7]
El RS-232
232 consiste en un conector tipo DB-25
DB 25 de 25 pines, aunque es
normal encontrar la versión de 9 pines DB-9,
DB 9, mas barato e incluso más
extendido para cierto tipo de periféricos. En cualquier
cualqui caso, los PCs no
suelen emplear más de 9 pines en el conector DB-25.
DB 25. Las señales con las
que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0 lógico) y -12V (1
lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las señales de
control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V.
Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, es posible tener
cables de hasta 15 metros. [8]
36
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
La transmisión asíncrona se lleva a cabo tal y como se describe en el punto
anterior. En concreto además del bit de START utiliza:
•
Entre 5-8 bits de datos.
•
Puede tener 0 o 1 bit de paridad, que puede ser ‘par’(Even) o
‘impar’(Odd).
•
Los bits de STOP pueden variar entre 1 y 2.
2.3 Empleo del RS232
El uso más común de este estándar es en la conexión de un MODEM a
ordenador. Cabe destacar que esta distribución (Figura 3.9) es la que se
pretende instalar en el proyecto, exceptuando que los módems serán de
transmisión por el circuito eléctrico en vez de por línea telefónica.
Figura 3.9: Línea de RS-232 y módems [9]
Existe también la posibilidad de conectar dos ordenadoresd directamente
sin la presencia de MODEMS utilizando un cable conocido como NULLMODEM. Este cable es una variación del estándar que permite la
transmisión gracias al cruce de los pines por donde se trasmite y recibe, de
tal forma que el hilo que se utiliza para la transmisión en un lado es el que
se utiliza para la recepción en el otro.
Figura 3.10: Línea de RS-232 [9]
37
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Cuando se trasmite utilizando este estándar se debe tomar en cuenta
algunos factores, como la velocidad de transmisión, control de flujo y
paridad. En una maquina con Windows, la velocidad máxima que se
puede llegar a utilizar es de hasta 115 kbps en transmisiones seriales. Esta
velocidad coincide con la asignada por defecto en los Módems PLC
empleados.
Por otro lado se utiliza la opción control de flujo para asegurarse que el
otro dispositivo está recibiendo correctamente la información. Existen
varios métodos para controlar esto, entre estos está Xon-Xoff, que hace que
el receptor envíe una señal de Xoff cuando su buffer está lleno para
solicitar que se detenga momentáneamente la transmisión. Este control de
envió de información también se puede hacer por software o por
hardware, incluso por una combinación de los dos. [9]
38
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
3 Dispositivo de conversión
Como se ha mencionado anteriormente, el dispositivo de conversión se ha
diseñado para conseguir pasar de la señal infrarroja de un mando a una
señal de salida en RS-232. Para llevar a cabo esta transformación se
empleará el siguiente circuito:
Figura 3.11: Esquema electrónico del módulo de conversión.
Se puede observar (Figura 3.11) que el módulo está formado por diferentes
componentes electrónicos, realizando cada uno de ellos una función en
concreto que será expuesta a continuación.
La función que realiza el dispositivo de conversión se puede resumir en
tres partes diferentes interrelacionadas entre sí. Estas tres partes son.
1. El sensor de infrarrojos recibe una señal analógica en un instante
puntual.
2. Se analiza dicha señal por un microcontrolador MC908QG, se añaden
los protocolos necesarios y se envía.
3. Mediante el MAX3222 se adapta la señal a RS-232.
39
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
3.1 Sensor de infrarrojos
La señal del mando se recibe mediante un sensor de infrarrojos. Dicha
señal transmite la información mediante el protocolo RC-5 de Philips y
por tanto la configuración será Manchester.
Es necesario mencionar que la señal que recibe el sensor es Manchester,
pero a la salida de este se consigue una señal eléctrica que está invertida
con respecto a la señal infrarroja en configuración Manchester (Figura
3.12). Esto se debe al empleo de un transistor NPN, incorporado dentro
del sensor, que invierte la señal recibida (Figura 3.13).
Figura 3.12: Señal recibida por el sensor al pulsar el número 1 en el mando a distancia.
La configuración Manchester consiste en transmitir bits en forma de
pulsos analógicos donde hay un nivel bajo (0 voltios) y un nivel alto (3
voltios). Un pulso que pasa de nivel alto a bajo corresponderá con un 1 y
viceversa. El tiempo de transmisión del tren de pulsos es de unos 25 ms,
con lo que los pulsos se suceden cada 1,8 ms.
40
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
En este caso la señal está compuesta por 14 bits, 10 bits de datos, dos bits
de inicio que estarán siempre a ‘1’ y un bit cambio (toogle). Dentro de los
10 bits de datos se pueden diferenciar dos partes: 5 bits de ‘address’, que
nos indican de donde procede la señal, y otros 5 bits de ‘command’, que
corresponden a los datos enviados.
Por ejemplo el equivalente a recibir un 1 sería: 0x3601 o 0x3E01, según el
valor que tome el Toogle que cambia de 0 a 1 cada vez que se pulse un
botón.
El sensor lo que hace es recibir la señal, el que analiza dicha señal es el
microcontrolador mediante una lectura periódica del nivel de voltaje que
mide el sensor. De este modo se podrán detectar los diferentes pulsos,
tanto de subida (ceros) como de bajada (unos).
El funcionamiento del sensor de infrarrojos consiste básicamente en recibir
la señal de la portadora emitida por el mando a distancia y poner a la
salida un nivel alto o bajo en función de lo que reciba en ese instante de
tiempo.
Para llevar a cabo este proceso el sensor infrarrojo se encarga de
demodular la portadora que suele tener una frecuencia entre 30kHz y
60kHz, siendo en nuestro caso de 36kHz. Una vez remodulada, la señal se
conecta a la base de un transistor para obtener de este modo un ‘1’ o un ‘0’.
Figura 3.13: Estructura interna de un sensor infrarrojo.
41
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Como se puede observar en la Figura 3.13, para evitar interferencias
infrarrojas a baja frecuencia procedentes de la luz los sensores suelen
incorporar un filtro paso banda, pero en nuestro caso no se consigue
eliminar
estas
interferencias,
por
lo
que,
como
se
comentará
posteriormente, se han eliminado mediante el microcontrolador.
Se ha comentado anteriormente que el transistor invierte la señal recibida,
pero es necesario ya que se encarga de generar el tren de pulsos recibido.
3.2 Microcontrolador y software
Para el tratamiento de la señal se usa un microcontrolador MC908QG (de
FreeScale) donde se implantará el software (CodeWarrior) para que el
microprocesador realice las acciones pertinentes.
Se ha optado por este microcontrolador debido al número de pines y a la
diversidad de aplicaciones que puede llevar a cabo según como se
configuren las diferentes entradas y salidas (Figura 3.14).
Figura 3.14: Acciones a realizar por cada PIN del microcontrolador MC908QG.[12]
En este proyecto se ha configurado el microcontrolador para que la señal
infrarroja transformada en eléctrica por el sensor, se lea por el PIN 15. De
este modo se podrá muestrear y analizar la señal recibida.
42
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
La transmisión y recepción de paquetes de datos se realizará mediante el
PIN 11 y PIN 12 respectivamente, pero el código que se ha implantado en
el microcontrolador solo enviará, por lo que el PIN 12 no se usará salvo
que en futuros desarrollos se desee que este módulo también reciba señal
del RS-232.
Se puede decir que el código implantado en el micro controlador se divide
en tres partes: recepción de la señal, filtración de interferencias y adaptación de
protocolos y transmisión.
Recepción de señal y conversión
En el microcontrolador se analiza la señal recibida del sensor mediante un
muestreo del PIN 15 para detectar los pulsos transmitidos. Este muestreo
periódico consiste en tomar 6 muestras entorno a un pulso, 3 antes y otras
3 después, para comprobar si el pulso es de subida (cero) o de bajada
(uno).
Por ejemplo, en un pulso de bajada (uno) se obtendrá al muestrear
(111000). De estos 6 bits realmente se analizan 11x00x 1 (00x11x 0),
las ‘x’ son bits que no se tienen en cuenta porque pueden coincidir con
cambios de nivel del pulso, con lo que obtendríamos valores intermedios
entre nivel alto y bajo, provocando de este modo un error.
Esta operación se repetirá 14 veces para realizar el muestreo de todos los
pulsos. Por tanto finalmente se obtiene una señal de 14 bits.
Para que todo este proceso de obtención de datos funcione correctamente
se han calculado con la mayor exactitud posible los tiempos de muestreo,
haciendo que coincidan con los tiempos de separación de bits de la señal
recibida del mando a distancia.
43
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Filtro de interferencias infrarrojas
En el apartado anterior se ha mencionado que el sensor empleado no
consigue eliminar las interferencias infrarrojas, ya sean procedentes de la
luz o de otros dispositivos. Por este motivo se han creado una serie de
funciones en el código del microcontrolador para que solo se acepten las
señales del mando a distancia empleado en este proyecto.
La forma en la que se ha llevado a cabo esta operación consiste en analizar
los 8 primeros bits de la señal recibida por el sensor (2 start bits, toogle, 5
bits de dirección) ya que son los que nos aportan la información necesaria
para conocer desde que dispositivo y con qué protocolo se está enviando
la señal recibida.
Para el mando a distancia que estamos empleando y con el código
específico con el que se ha configurado, estos 8 bits deberán coincidir
siempre con 0xF8 o 0xD8 (11,1/0,11000). El tercer bit (toogle) cambia de 1 a
0 cada vez que se pulse una tecla del mando a distancia. Mediante este
proceso se consigue que solo se acepten las señales con este formato,
eliminado así las que procedan de otros dispositivos o de la luz.
Es preciso comentar que para otro mando a distancia o en nuestro caso,
que es un mando universal, al cambiar el código de configuración será
necesario comprobar el formato de estos 8 bits ya que puede ser diferente.
Esta situación también influye en la transformación a código ASCII por el
mismo motivo de cambio de formato en los datos recibidos.
En este proyecto no se contempla el empleo de diferentes mandos o
formatos, pero si fuera necesario solucionar esta situación habría que
añadir al código del microcontrolador una serie de librerías que
contemplen los diferentes formatos posibles de recibir la información.
44
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Adaptación de protocolos y transmisión
A los datos recibidos del sensor se les añade una cabecera de protocolos
(Figura 3.15), que cumpla las especificaciones necesarias para el empleo de
los módems PLC, para su posterior envío. Estos protocolos se explicarán
en detalle en el Capítulo 4.
Figura 3.15: Protocolo de transmisión de datos con Módems PLC IT1800D de Yitran. [18]
Antes de enviar el paquete de datos hay que realizar una conversión a
código ASCII, ya que como se comentaba en el apartado anterior los datos
recibidos no están en este formato.
Para enviar el paquete de datos por el PIN 11 se usará el SCI (Serial
Communications Interface Module) del microcontrolador. La velocidad
con la que transmite el microcontrolador se ha ajustado a 34800 baudios,
ya que esta es la velocidad a la que trabajan los módems PLC por defecto.
3.3 Background Header
La finalidad del BACKGROUND HEADER (Figura 3.16) es establecer una
conexión entre el microcontrolador y un PC, pudiendo mejorar el código
implantado en futuras modificaciones que pudieran llegar a ser
necesarias. Además esta conexión
sirve de fuente de alimentación al
microcontrolador.
45
Memoria-Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Proyecto Fin de Carrera
Figura 3.16: Background Header. [13]
La conexión se lleva a cabo mediante un USBSPYDER08 (Figura 3.17)
usando CodeWarrior Development Studio Special Editions for HC(S)08
como software para la implantación del código en el microcontrolador.
Figura 3.17: USBSPYDER08.[13]
3.4 Conversor MAX3222 para RS-232
Con el conversor MAX3222 se consigue modificar la señal emitida por el
microcontrolador para poder usar como canal de transmisión RS-232.
Figura 3.18: Conversor MAX3222.[10]
46
Memoria-Módulo
Módulo de conversión Infrarrojos/RS-232
Inf
Proyecto Fin de Carrera
El MAX3222 es un conversor multicanal (Figura
(
3.18
18), ya que ofrece la
posibilidad de implantar dos canales diferentes de conexión.
Se ha configurado las conexiones para usar únicamente un canal de
transmisión/recepción, siendo del PIN 11 al PIN
PIN 8 la transmisión y del
PIN 9 al PIN 10 la recepción.
3.5 Transmisión RS-232
RS
en puerto serie
Finalmente se ha instalado un DB-9
DB (Figura 3.19)) para poder transmitir la
señal de RS-232
232 procedente del MAX3222 por puerto serie.
Figura 3.19: DB-9 Male.[13]
La salida DB-99 del conversor podrá ser conectada a un PC que gestione los
datos recibidos del mando a distancia, para enviarlos posteriormente por
los módems PLC, o unir directamente el conversor
conversor con los módems sin el
paso intermedio del PC.
47
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 4 TRANSMISIÓN MEDIANTE EL
SISTEMA ELÉCTRICO
En nuestra sociedad la mayor parte de la población vive en grandes
edificios, lo que supone un gran problema a la hora de implantar una
nueva línea de transmisión, ya que habría que realizar obras muy costosas
para instalar nuevos cables.
En este proyecto se ha optado por usar como medio de transmisión el
sistema eléctrico instalado en los edificios, ya que no supone ningún coste
a la hora de implantar la línea de transmisión, evitando de este modo
problemas por inviabilidad económica o logística en función de que
instalación hubiera que haber realizado.
PLC abre un nuevo mundo lleno de oportunidades de negocio para
fabricantes de dispositivos eléctricos, utilidades y otros proveedores de
servicio, sin la necesidad de instalar nuevos cables. Con PLC, cada salida
eléctrica puede ser un nodo de comunicación dentro de una red de PLC.
Los usos del PLC incluyen las órdenes y la interconexión de control,
permitiendo así una supervisión local y remota, además de poder asignar
una dirección de los dispositivos, vinculándolos de este modo a una red.
Para realizar este tipo de transmisión será necesario el empleo de módems
que convierten la señal de RS-232 para poder transmitir a través del
sistema eléctrico.
48
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
1 Tecnología PLC y su evolución
La tecnología de transmisión de datos por red eléctrica (PLC; Power Line
Communications) permite enviar información por los cables (ya
existentes) de la red eléctrica. Para ello es necesario digitalizar la
información a transmitir y adaptarla al medio de transmisión, es decir, los
cables eléctricos.
1.1 Evolución
Este tipo de transmisión no es nuevo, ya en los años '50 se había creado un
sistema que permitía a las empresas de energía controlar el consumo, el
encendido del alumbrado público y el valor de las tarifas eléctricas por
medio de una señal de baja frecuencia (100 Hz), que viajaba a través de los
cables de la red en un solo sentido.
A mediados de los '80 se iniciaron investigaciones sobre el empleo de los
cables eléctricos como medio de transmisión de datos y a finales de esa
década ya se conseguía transmitir información en ambas direcciones.
En los '90 se consiguió que esta transmisión se realizara a velocidades
suficientemente elevadas, permitiendo usar esta tecnología en el campo de
las telecomunicaciones. Estudios recientes prevén una evolución hasta
velocidades que rondan los 200 MBps, superando así a la tecnología
ADSL.
En la actualidad, PLC se ha desarrollado ampliamente, existiendo
básicamente aplicaciones “indoor” y de “ultima milla” existiendo normas
y estándares para estas aplicaciones.
49
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
1.2 Funcionamiento
El sistema PLC utiliza las mallas eléctricas de media y baja tensión para su
distribución, además de producir también su conmutación.
Las diferentes implementaciones de esta tecnóloga tienen el potencial para
interconectar a través de las instalaciones eléctricas internas: de casas,
oficinas, edificios, computadoras y periféricos. También son eficaces y
competitivos en costos como sistemas de “última milla” para servicios de
datos, voz y video en Banda Ancha.
Los sistemas PLC consisten en unos dispositivos terminales (módems) que
se enchufan en la red de suministro eléctrico, no solo para alimentarse sino
también para utilizar esta como medio físico del enlace de datos a otros
terminales, que bien pueden estar ubicados en la misma red o una red
vecina, siempre que no haya transformadores de por medio.
Para poder transmitir datos a través de este sistema de comunicación es
necesario un “acondicionamiento” de la infraestructura existente en la Red
eléctrica, como muestra la Figura 4.1.
Figura 4.1: Separador de señales eléctricas mediante filtrado.[14]
50
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Las redes normalmente pueden transmitir señales regulares de baja
frecuencia en 50 o 60 Hz. y señales mucho más altas, sobre 1 MHz. sin que
ambas frecuencias se molesten entre sí, ya que las de baja frecuencia llevan
energía mientras que las de alta frecuencia llevan los datos.
Una característica de la tecnología PLC es que todos los domicilios
conectados
al
transformador
comparten
el
mismo
canal
de
comunicaciones, por lo que en PLC el ancho de banda es compartido entre
los usuarios. Las velocidades máximas por usuario están entre los 100
Kbps y los 200 Kbps. [14]
1.3 Modulación
El canal de PLC es un ambiente muy hostil. Las características de un canal
de PLC tienden a variar en tiempo, situación y con los cambios de carga, lo
que justifica técnicas de modulación robustas. Las técnicas de modulación
convencionales como ASK, PSK o FSK normalmente son excluidos por la
conducta hostil del canal de PLC.
Si el método de modulación puede ocuparse de la atenuación
desconocida, así como de los cambios de fase desconocidos, entonces el
receptor puede simplificarse.
En función de cómo se module la señal se conseguirán transmisiones más
robustas y/o más rápidas. Esto hace que el método de modulación usado
sea determinante a la hora de valorar la eficiencia de la transmisión por el
sistema eléctrico.
Hay tres métodos típicos de modulación que cumplen con todos estos
requisitos para poder transmitir señales por el sistema eléctrico, estos
métodos son OFDM, GMSK y DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum
modulation).
51
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Figura 4.2: Diferentes tipos de modulación en PLC. [15]
Sin embargo como se explicará a continuación, los módems PLC de Yitran
usan una modulación DCSK (Differential Code Shift Keying) patentada por
Yitran para realizar sus transmisiones por Power Line.
Esta modulación DCSK está basada en un Cyclic Spread Spectrum, por lo
que se puede decir que es una mejora de la modulación DSSS.
52
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
2 Características de los módems PLC IT800D de Yitran
El IT800D es un sistema integrado con modem PLC de banda estrecha, por
lo que está pensado para ser empleado en transmisiones de bajo caudal de
datos. Esta es la situación que se da en el proyecto llevado a cabo, ya que
lo más frecuente será transmitir órdenes de pocos bytes de un terminal a
otro.
El dispositivo utiliza como sistema de modulación el DCSK (Differential
Code Shift Keying) mejorado y patentado por Yitran. La técnica de
modulación de espectro implantada en el núcleo del módem IT800,
permite una comunicación robusta ante las interferencias en el sistema
eléctrico con una velocidad de transmisión de datos hasta 7.5Kbps. Pero
en CENELEC (Europe indoor), que es la situación en la que se lleva a cabo
el proyecto, el máximo bit rate es de 2.5kbps con robust mode (RM) y de
0.625kbps con extremely robust mode (ERM)
Además de la protección ante interferencias proporcionada por la
modulación DCSK, el dispositivo utiliza varios mecanismos para mejorar
la robustez en la comunicación, como el algoritmo de corrección de error
en la codificación y algoritmos de sincronización especiales.
El interfaz UART y los protocolos de comunicación permiten una
conexión sencilla con otros terminales de control. El IT800D es compatible
con FCC, ARIB y CENELEC, siendo este último el que se emplee en el
proyecto.
2.1 DCSK (Differential Code Shift Keying)
Es una técnica de modulación que consiste en codificar los datos a mandar
para poder trocear la señal y formar de este modo formas de onda
circulares consecutivas.
53
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Con DCSK se modula el símbolo por el cambio cíclico del símbolo básico
en el transmisor, y la detección del desplazamiento en el receptor. En la
Figura 4.3, la primera imagen muestra el original, por lo que ningún
símbolo ha cambiado, lo que también puede representar 'un 0000' en la
información.
La segunda y tercera imagen muestran los símbolos modulados que son
creados del símbolo original por el desplazamiento cíclico según el valor
de datos. [21]
Figura 4.3: Separación de símbolos.[21]
Mediante un filtro en el receptor se consigue una señal de correlación que
indica cuanto esta desplazada la onda circular, sería equivalente a la señal
de ‘clock’ en otro tipo de transmisiones.
54
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Figura 4.4: Lazo cíclico en DCSK. [22]
Diferential Code Shift Keying es una tecnología de modulación de
espectro con gran resistencia ante el ruido y para soportar la distorsión
lineal y no lineal.
Este tipo de modulación se emplea en ambientes comerciales o de casa
para ser usado en comunicaciones fiables sobre medios ruidosos como la
corriente alterna, ‘powerline’. Un medio de comunicación como la
corriente alterna puede distorsionarse por la amplitud imprevisible, la
distorsión de fase y el ruido aditivo. Además, los canales de comunicación
pueden estar sujetos a tiempo imprevisible, variando la interferencia de
banda estrecha.
Para transmitir datos digitales sobre tales canales es preferible usar una
gran amplitud de banda para la transmisión de los datos. Esto se puede
conseguir mediante el empleo de técnicas de modulación de aumento de
espectro como es el caso de DCSK.
En este tipo de modulación la señal es generada por la modulación de los
datos digitales y luego por la multiplicación del resultado con una señal
que tiene buenas propiedades espectrales, como una secuencia PN. La
secuencia PN es una secuencia periódica de pulsos con período N.
55
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
La secuencia tiene la característica de una baja la autocorrelación para
retrasos más grandes que un pulso. De este modo el receptor realizará una
sincronización mediante un método de adquisición a través de la señal de
rastreo. [22]
Figura 4.5: Sistema de demodulación del receptor. [22]
En la Figura 4.6 se muestra cómo funciona el receptor de la señal.
Simplificando, se puede comentar que se digitaliza la señal recibida para,
junto con un contador y multiplexación, unir las diferentes tramas de
datos que se han separado cíclicamente.
56
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
2.2 Plataforma de desarrollo. Starter Kit (STK)
El diagrama de bloques general del STK se presenta en la Figura 4.7:
Figura 4.7: Diagrama de bloques general del STK. [16]
Los conectores (conectores para comunicación, conector para cable PSU
(Power Supply Unit) y DCL) se muestran en la Figura 4.8:
Figura 4.8: Diferentes conectores de los módems Yitran. [16]
En este proyecto solo se usará el conector RS-232. Este conector (P1) se
utiliza para las siguientes funciones:
Modo Externo (por defecto): Conexión al puerto de un PC (puerto COM)
utilizando el software suministrado por el fabricante PLCHost v2.16
Modo Interno: Sobre la misma tarjeta con la aplicación de microcontrolador.
57
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Es preciso comentar que en la línea PLC desarrollada en este proyecto se
emplea un modo Mixto, ya que se ha diseñado para que los módems
reciban ordenes tanto de un PC como del dispositivo de conversión.
Cuando se transmita desde un PC solo se usará el PLCHost v2.16 para
inicializar la configuración de los módems. El resto de órdenes que se
mandarán desde el PC serán tramas de datos con los protocolos
correspondientes, al igual que se haría desde un microcontrolador.
Conector “SPI”: Este conector NO se utiliza en el STK IT800D
Conector “Power”: Alimentación de la tarjeta a la red eléctrica.
Conector “DCL”: Es un conector tipo BNC hembra de cable coaxial para la
interconexión con otra tarjeta STK.
Configuraciones de la tarjeta STK
La Figura 4.9 muestra los jumpers utilizados para la configuración de la
tarjeta STK. En función de cómo se ajusten se conseguirá una
Configuración Power Line (PL) o Direct Clear Line (DCL).
Figura 4.9: Posición de los 'jumpers'.[16]
58
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
El conector BNC (J1) habilita la operación DCL, por ejemplo cuando existe
una comunicación con otra unidad STK a través de un cable coaxial. La
configuración por defecto es PL (Power Line), pero con JP14 y JP15 se
puede ajustar el modo de transmisión según se describe en la siguiente
tabla:
Tabla 4.1: Modo de operación según la conexión.[16]
Como se comentaba anteriormente existen dos modos de funcionamiento
diferentes: Interno/Externo. La Tabla 4.2 siguiente y la Figura 4.10
muestran cómo deben disponerse los diversos jumpers según los modos
Externo/Interno:
Tabla 4.2: Host mode según los 'jumpers'.[16]
Figura 4.10: Posibles configuraciones del Host mode.[16]
59
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
3 Transmisión con módems PLC
Como ya se ha comentado anteriormente se pretende manejar los módems
mediante órdenes externas, es decir, sin usar el software PLCHost. Estas
órdenes no son más que tramas de bytes enviadas en formato RS-232
desde otro terminal.
Para que estas órdenes sean aceptadas por los módems hay que respetar
una serie de protocolos que se comentarán a continuación.
3.1 Protocolos y órdenes
En lo referente a los protocolos empleados por los módems, es preciso
decir que solo se van a analizar aquellos que son de utilidad en este
proyecto. Para entrar más en detalle el resto de órdenes y operaciones que
posibilitan estos módems ver el IT800D STK User Manual y el IT800D Host
Interface Command Set User Guide.
La estructura básica de la orden que hay que enviar a los módems, a
través del puerto serie, para mandar datos es una trama de bytes formada
por una cabecera (protocolos) seguida de los datos que se desean mandar.
Si la cabecera no es la especificada por los protocolos la señal no será
enviada por los módems.
En el dispositivo de conversión se comentaba que a la salida la señal tenía
este formato, pudiendo así conectar este terminal directamente a los
módems.
60
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Figura 4.11: Protocolos para enviar datos. [18]
Como se observa en la Figura 4.11 la cabecera cambiará en función del
tamaño del paquete de datos a enviar, de la prioridad, de la línea y del
terminal al que se desean mandar los datos.
Los módems diferencian los paquetes de datos en dos tipos, cortos y
largos (mayores de 120 bytes). En lo referente a la orden anterior no
supone ninguna diferencia salvo el número de bytes.
A la hora de enviar estos paquetes largos, simplemente son troceados por
los módems en paquetes cortos. Si se observara alguna diferencia en la
recepción de este tipo de paquetes, ya que con los paquetes largos se
reciben más bytes.
Han sido necesarios el uso de una serie de comandos predefinidos en los
módems por dos motivos en concreto.
El primer motivo surgió por el mal funcionamiento del software PLCHost,
ya que aunque es necesario ejecutarlo inicialmente para la configuración
de los modem, si se vuelve a ejecutar los módems se desconfiguran.
Por este motivo se decidió que los terminales que controlasen a los
módems trabajaran con una serie de comandos que se encarguen de leer la
configuración y de modificar esta sin problemas de desconfiguración.
61
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
.- Lectura de configuración
Figura 4.12: Comando para leer la dirección del modem. [18]
Tras enviar este comando el modem contestará con otra cadena de bytes
en la que indica como está configurado el modem. Se sabrá que la orden
ha sido ejecutada con éxito cuando en la respuesta aparezca un 0x01 en
Status.
Tras el byte ‘Status’ se recibirá una cadena de bytes que representan la
dirección o configuración del modem,
que supuestamente debería
coincidir con la que le acabamos de enviar para que se configure.
Figura 4.13: Respuesta del modem a la orden de leer dirección. [18]
Al recibir esta contestación es preciso comprobar la dirección que nos
devuelve. Si esta dirección no coincide con la configuración deseada, será
necesario mandar una orden para configurar el modem especificando la
dirección.
62
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
.- Configurar modem
Figura 4.14: Paquete para configurar la dirección del modem. [18]
Al enviar esta orden el modem contestará con una cadena de bytes si se ha
ejecutado con éxito o no. Si la operación ha sido exitosa se recibirá un 0x01
como último byte: Status.
Figura 4.15: Respuesta a la configuración de dirección.
Por seguridad, ya que se han detectado fallos en determinados momentos,
es necesario que después de configurar la dirección se vuelva a enviar la
orden de leer configuración.
Si la respuesta a esta orden fuera una dirección diferente a la deseada es
porque estamos en una situación en la que el modem está totalmente
desconfigurado.
La única opción de reconfiguración es mediante el software PLCHost. Por
ello se ha implementado el código para que ejecute el PLCHost y realizar
de este modo la configuración del modem, cerrando el software cuando se
haya terminado de configurar el modem y continuar con la ejecución del
código.
63
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
El segundo motivo surge por la necesidad de comprobar si un paquete está
siendo enviado o no. Esto también servirá para saber que cuando un
paquete sea rechazado continuamente es posible que alguno de los
módems se haya desconfigurado.
Para solucionar este problema se ha conseguido que los terminales
encargados de controlar los módems sean capaces de analizar si un
paquete ha sido recibido en su destino, o si por el contrario está siendo
rechazado, para volver a enviarlo de nuevo hasta que se reciba
correctamente o para comunicar al usuario que el envío del paquete de
datos ha sido erróneo.
Cada vez que se le ordena al modem enviar un paquete de datos, este
contestará diciendo si ha sido exitosa la operación o no.
Figura 4.16: Respuesta del modem. [18]
En función del tipo de paquete enviado y de cómo se ha desarrollado la
operación el modem devolverá una cadena en la que el byte Status variará
de una situación a otra.
Las posibles respuestas vendrán determinadas por como es el paquete de
datos que se desea enviar, largo o pequeño, pudiendo diferenciar también
si el fallo, si se da, es por causas del modem de nuestro terminal o por un
error en la recepción del modem a donde se envía el paquete de datos.
Cuando el paquete de datos enviados es un paquete largo, después de
recibir el byte de ‘Status’ se recibirá una respuesta adicional.
64
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
Si el ‘Status’ indica que no ha habido éxito en la transmisión, tras él se
recibirán 3 bytes más de valor 0x00.
Si por el contrario el ‘Status’ indica que la transmisión ha sido exitosa, se
recibirá una cadena de bytes con un nuevo Status que indica una
recepción adecuada (0x01) o fallida 0x00.
Figura 4.17: Respuesta adicional en paquetes largos.[18]
La siguiente tabla muestra los diferentes valores que puede tener ‘Status’:
Tipo Paquete
Status
Resultado
0x01
Paquete Aceptado
0x02
Paquete Rechazado
0x08
Paquete Bloqueado
0x80
Fallo ACK (2º modem)
0xC0
Paquete Aceptado
Paquetes Largos
Paquetes Pequeños
Tabla 4.3: Respuesta del modem
65
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
De este modo se ha conseguido implantar un código en los terminales que
controlan los módems, que cuando se detecta un paquete que no ha sido
enviado correctamente, se reenvía hasta que se consiga. Si esta situación
persiste se procederá a comprobar que la configuración del modem es la
correcta y si no es así se reconfigurará.
.- Reset
Si se pulsa el botón ‘Reset’ del modem, este enviará una trama de bytes
indicando que el modem se ha reseteado, por lo que habrá que
configurarlo.
Figura 4.18: Respuesta del modem ante un reset.[18]
.- Pérdida de alimentación
Si se pierde la alimentación durante más de medio segundo, cuando la
tensión vuelva el modem enviará una trama de bytes para avisar de lo
ocurrido.
Si se producen estas dos situaciones será necesario realizar la operación
mencionada anteriormente para configurar los módems.
Figura 4.19: Respuesta del modem ante una pérdida de alimentación. [18]
66
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
3.2 Funcionamiento de recepción
Analizando ahora la recepción de un paquete de datos procedente de otro
modem, se puede observar que la cadena bytes es bastante diferente.
Figura 4.20: Paquete recibido. [18]
El primer byte indica de donde procede el paquete recibido. Solo serán
válidos los paquetes ‘M’, que son los que pertenecen a un modem que esté
integrado en nuestra línea. En la siguiente tabla se muestran las diferentes
posibilidades.
Figura 4.21: Posibles procedencias de los datos recibidos. [18]
67
Memoria-Transmisión mediante el sistema eléctrico
Proyecto Fin de Carrera
El segundo byte indica el tipo de modulación, siendo más robusta para 4
que para E.
Figura 4.22: Opciones de tipo de modulación.[18]
El tercer byte indica la calidad con la que se ha recibido la señal, siendo la
máxima calidad 7.
Desde el byte 4 al 15 indica entre qué puntos se realiza la transmisión:
•
NID = Net ID = Red en la que están integrados los módems.
•
SID = Source ID = Nudo desde el cual se ha transmitido.
•
DID = Destination ID = Nudo desde el cual se ha recibido.
El resto de bytes que se encuentran en la trama recibida serán los datos
que se han enviado desde el otro modem.
Es preciso indicar que la trama de bytes recibidos, que se muestra en la
Figura 4.20, es precedida por 4 bytes.
Figura 4.23: Paquete recibido.[18]
Esta cadena indica la recepción de un paquete de datos. También informa
del número de bytes que hay a continuación.
68
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 5 ETHERNET
1 Ethernet y TCP/IP
1.1 Introducción a Ethernet
La cantidad de información que se maneja en las empresas modernas hace
necesaria la implementación de sistemas que permitan compartir,
modificar, almacenar y en general, tratar de manera muy rápida y
eficiente, todos los datos y archivos correspondientes a su propio
funcionamiento.
Para llevar a cabo estas funciones se crearon las redes WAN (Red de área
amplia) y las redes LAN (red de área local). Esta última se utiliza para
interconectar ordenadores, periféricos o estaciones de trabajo distribuido
en un edificio, con el propósito de compartir archivos, programas e
impresoras. Las redes Ethernet pertenecen a la segunda categoría
mencionada, por eso es muy frecuente encontrarlas en oficinas, fabricas,
entidades oficiales, universidades, etc.
Desde 1970 la Red Ethernet es la tecnología más representativa de las
redes de trabajo. En verdad Ethernet no es una tecnología,
sino una
familia de tecnologías de conexión que incluye Legacy, Fast Ethernet y
Gigabit Ethernet. Las velocidades de Ethernet pueden ser de 10, 100, 1000 ó
10000 Mbps.
Emplea CSMA/CD para minimizar la probabilidad de colisión, y en caso
de que se produzca pone en marcha un mecanismo de retroceso
exponencial binario para reducir gradualmente la ‘agresividad’ del
emisor, adaptándose así a situaciones de muy diverso nivel de tráfico.
69
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
1.2 Funcionamiento de Ethernet
El protocolo de acceso al medio CSMA/CD, y el marco Ethernet son
idénticos para todas las variantes de Ethernet, sin importar la velocidad de
transmisión, sin embargo, cada dispositivo va equipado con una interfaz
Ethernet que opera de manera independiente a todas las demás estaciones
en la red, no existe un controlador central.
Las señales Ethernet son transmitidas de manera serial, un bit a la vez,
sobre el canal, a todas las estaciones conectadas. Para enviar datos, una
estación escucha el canal y cuando está sin transmisión, la estación
transmite sus datos en forma de paquete. Para transmitir datos entre una
estación Ethernet y otra, a menudo, estos pasan a través de un repetidor.
Los estándares garantizan un mínimo de ancho de banda y operabilidad,
especificando el máximo número de estaciones por segmento, la longitud
máxima del mismo segmento, el máximo número de repetidores entre las
diferentes estaciones, etc.
1.3 TCP/IP
En el 1973 , DARPA inició un programa de investigación de tecnologías de
comunicación entre redes de diferentes características.
El proyecto se basaba en la transmisión de paquetes de información, y
tenía por objetivo la interconexión de redes. De este proyecto surgieron
dos redes: una de investigación, ARPANET, y una de uso exclusivamente
militar, MILNET.
Para comunicar las redes, se desarrollaron varios protocolos: el protocolo
de Internet y los protocolos de control de transmisión. Posteriormente
estos protocolos se englobaron en el conjunto de protocolos TCP/IP.
70
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
La arquitectura de un sistema en TCP/IP tiene una serie de metas:
•
La independencia de la tecnología usada en la conexión a bajo nivel
y la arquitectura del ordenador.
•
Conectividad Universal a través de la red.
•
Reconocimientos de extremo a extremo.
•
Protocolos estandarizados.
El modelo básico en internet es el modelo Cliente/Servidor. El Cliente es
un programa que le solicita a otro que le preste un servicio. El Servidor es
el programa que proporciona este servicio.
El conjunto de protocolos TCP/IP, al estar integrado plenamente en
Internet, también dispone de este tipo de arquitectura. El modelo de capas
de TCP/IP es algo diferente al propuesto por ISO (International Standard
Organization) para la interconexión de sistemas abiertos (OSI). [23]
Figura 5.1: Relación del modelo TCP/IP con el modelo OSI. [23]
71
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
2 Conversión de protocolos de PLC a Ethernet
Para poder establecer la conexión entre los terminales de conversión y
cabecera es preciso realizar un tratamiento de la trama de bytes recibida
desde los módems PLC para enviar el paquete de datos por sockets y
viceversa.
2.1 Conversión
En este módulo se ha implantado un código capaz de recibir el paquete de
datos procedente del STB a través de los módems PLC, tratarlo y enviarlo
por sockets a la cabecera.
Módems PLC
La recepción de la señal por el puerto serie del ordenador se ha llevado a
cabo mediante una función que se encarga de recibir byte a byte la trama
de datos. Esta función consta de varios elementos propios del sistema
operativo, contenidos en la librería ‘Windows.h’. De este modo se podrá
almacenar en una buffer toda la información recibida del STB.
Es preciso mencionar que en un principio se pensó en eliminar la parte de
los datos correspondiente a la cabecera incorporada por los módems PLC
para enviar únicamente el paquete de datos original, pero se decidió
enviar la trama de bytes tal cual se recibía para que de este modo la
cabecera, que es quién gestiona las peticiones, supiera desde que modem o
terminal se realizaba la petición.
En lo referente al camino inverso, es decir, el envío del paquete de datos,
procedente de la cabecera hasta el STB, a través de los módems PLC, la
transmisión por el puerto serie es similar al método usado para recibir. Sin
embargo el resto del código si cambia, ya que es en este módulo donde se
incluyen las cabeceras pertinentes al paquete de datos para poder enviar
por los módems PLC.
72
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
También se ha diferenciado entre si se contesta desde la cabecera con un
comando o si se descarga una aplicación desde esta hasta el STB. En esta
segunda situación hay que tener en cuenta que el paquete que se precisa
enviar es muy grande, por lo que los módems PLC lo trocean en paquetes
cortos (menos de 120 bytes).
Aun así los módems no pueden enviar paquetes mayores de 1912 bytes, y
como prácticamente cualquier aplicación tiene un tamaño mayor a este, ha
sido necesario implantar en el código una función que va troceando la
aplicación en paquetes que soportan los módems para enviarlos.
Cuando se descarga una aplicación desde la cabecera, se ha decidido
realizar anteriormente una transmisión donde se deja claro el nombre de
dicha aplicación y su tamaño. De este modo el módulo de conversión
recibe de la cabecera estas características, facilitando así el posterior envío
de la aplicación. Esta trama de bytes con las características de la aplicación
también será enviada al STB para que no existan problemas de coherencia
a la hora de realizar la descarga.
Sockets
En lo referente a la conexión de Ethernet establecida entre los dos
ordenadores mediante sockets, comentar que al igual que con el puerto
serie se han utilizado librerías de Windows para este propósito.
Se ha implantado una conexión por socket fija que corresponde a la
transmisión entre el módulo de conversión y el de cabecera, y otra que se
crea y se destruye para realizar transmisiones de comandos entre una
aplicación abierta desde la cabecera y el módulo de control.
De este modo habrá momento en el que haya implantada una conexión en
paralelo mediante sockets, pero esta conexión no es en paralelo en
realidad, ya que cuando la conexión entre aplicación y módulo de
conversión este activa, el código ignorará la anterior conexión.
73
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
Figura 5.2: Diagrama de los procesos realizados en el módulo de conversión.
2.2 Cabecera
La parte de este proyecto que se ha llevado a cabo en el módulo de la
cabecera, consiste únicamente en establecer la conexión por socket
comentada anteriormente.
Destacar que se ha considerado como lo más oportuno establecer como
servidor al módulo de la cabecera, y como cliente al módulo de
conversión.
74
Memoria-Ethernet
Proyecto Fin de Carrera
Al igual que se ha implantado en el código del módulo de conversión,
aquí también hay que diferenciar entre el envío de un comando o la
descarga de una aplicación.
Para realizar la descarga de esta aplicación se han empleado las funciones
pertinentes para leer archivos y guardar su contenido en un buffer que
será enviado byte a byte por sockets.
Figura 5.3: Diagrama de los procesos realizados en el módulo de cabecera.
75
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 6 FUTUROS DESARROLLOS
Como se ha comentado anteriormente el propósito final del proyecto es
conseguir crear una transmisión de datos a través de la línea eléctrica y de
WiMAX. El problema es que como no hay una línea de WiMAX instalada
en la actualidad se ha usado para realizar este proyecto Ethernet,
pudiendo sustituir una por la otra cuando se deseara debido a que son
compatibles.
Por tanto es preciso definir como futuro desarrollo la implantación de
WiMAX como medio de transmisión en vez de Ethernet.
1 WIMAX
1.1 Introducción [25]
WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) es una red
de tecnología inalámbrica que permite la transmisión de datos en áreas de
hasta 50 kilómetros de radio. Se proyectó como una alternativa
inalámbrica al ADSL y cable, y una forma de conectar nodos WiFi en una
red de área metropolitana. A diferencia de los sistemas WiFi que están
limitados en la mayoría de las ocasiones a unos 100 metros; proporciona
una mayor cobertura con más ancho de banda.
En principio Wimax no compite con WiFi, pues permitirá conectar los
puntos de acceso de WiFi entre sí. De la misma forma, puede desarrollarse
en paralelo a los accesos por banda ancha ofrecidos por las redes de cable
y ADSL. Sin embargo, si se convierte en un estándar de uso generalizado y
se despliega de forma masiva, podría reemplazar a otros tipos de
conexión, e incluso amenazar a la telefonía móvil de tercera generación.
76
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
Wimax es la denominación comercial que se les da a dispositivos que
cumplen con el estándar IEEE 802.16. Actualmente, las revisiones son:
-Fijo (802.16-2004)
-Móvil (802.16e)
Figura 6.1: Diferentes funcionamientos de WiMAX. [24]
Wimax móvil
En la actualidad, las redes 3G se han expandido con rapidez y suponen
una alternativa cómoda y que le compensa tanto a la industria como a la
mayoría
de
los
usuarios,
esto
ha
hecho
que
Wimax
quede
progresivamente en un segundo plano. Además, teniendo en cuenta la
gran inversión que están realizando los operadores en dar cobertura 3G
será muy difícil que los operadores de telefonía móvil piensen en adoptar
una solución Wimax para sus redes a corto plazo.
A pesar de ello, a falta de una mayor penetración en el mercado, la
tecnología Wimax se presenta como una tecnología bastante rentable, en
cuanto a costes y tiempo de despliegue, comparada con tecnologías
equivalentes.
77
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
La menor densidad de antenas debido a su amplia cobertura entre otros
factores, facilita su integración tanto en entornos rurales como urbanos,
disminuyendo enormemente las necesidades de obra civil.
La tecnología Wimax móvil abre las puertas para el uso de teléfonos
móviles por IP e incluso para servicios móviles de alta velocidad.
Wimax fijo
En términos prácticos, Wimax funcionaría similar a WiFi pero a
velocidades más altas, mayores distancias y para un mayor número de
usuarios. Wimax podría solventar la carencia de acceso de banda ancha a
las áreas suburbanas y rurales que las compañías del teléfono y cable
todavía no ofrecen.
Podemos encontrar dos tipos de formas de ofrecer señal:
• Cuando hay objetos que se interpongan entre la antena y el receptor: En este
caso se opera con bajas frecuencias (entre los 2 y los 11 Ghz) para así no
sufrir interferencias por la presencia de objetos. Naturalmente esto hace
que el ancho de banda disponible sea menor
• Cuando no hay nada que se interponga y hay contacto visual directo: En este
caso se opera a muy altas frecuencias, del orden de 66 Ghz, disponiendo
de un gran ancho de banda.
802.16
Espectro
Funcionamiento
Tasa de bit
10 - 66 GHz
Visión directa
32 – 134 Mbit/s.
Canales 28 MHz
Modulación
QPSK, 16QAM y 64
QAM
Movilidad
Anchos de banda
Sistema fijo
20, 25 y 28 MHz
Radio celda
2 - 5 km
802.16-2004
(Wimax Fijo)
< 11 GHz
No visión directa
Hasta 75 Mbit/s.
Canales 20 MHz
OFDM con 256
subportadoras QPSK,
16QAM y 64QAM
Sistema fijo
Entre 1,25 y 20 MHz
5 - 10 km
(50 km máx.)
802.16e-2005
(Wimax Móvil)
< 6 GHz
No visión directa
Hasta 15 Mbit/s.
Canales 5 MHz
IP-OFDMA
Móvil
Igual que 802.16 2004
2 - 5 km
Tabla 6.1: Características de los diferentes modelos de WiMax
78
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
En cuanto las licencias de las bandas, se tienen:
Bandas bajo licencia: Opera a 3.5Ghz para transmisiones externas en
larga distancia, entre otras. Dependiendo de cómo se asigne la banda
en cada país.
Bandas libres: Opera en 5.8, 8 y 10,5 con variaciones según el espectro
libre de cada país.
El
equipamiento
Wimax,
802.16,
disponible
en
el
mercado,
es
exclusivamente para frecuencias licenciadas. El uso de bandas libres, en
algunos casos se trata de Wifi 802.11a, con mayor potencia, en otros casos
se trata de soluciones propietarias, las cuales no son interoperativas, entre
distintos fabricantes.
Además de las ventajas inherentes a una amplia red con gran capacidad, a
través de la cual ofrecer todo tipo de servicios, Wimax se presenta como
una eficiente alternativa para llevar Internet a lugares donde hasta ahora
era prohibitivo, como las zonas rurales.
La batalla actual entre los proveedores de acceso a Internet está en la
última milla, el tramo del cable que llega hasta los hogares. El desarrollo
de Wimax podría acabar con el dominio del mercado del que disfrutan los
propietarios de las líneas que van desde las centralitas a cada domicilio (en
España casi en exclusiva de Telefónica). Con esta nueva tecnología,
cualquier proveedor podrá ofrecer acceso a Internet de banda ancha
directamente a las casas, sin necesidad de tender una red de cable hasta
cada hogar. Y, aunque Wimax nació con el objetivo de cubrir la última
milla, también será capaz de ofrecer una alternativa a las conexiones por
cable y ADSL.
79
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
1.2 Modulación
WIMAX se modula según diferentes estándares como el 802.16 para
transmisiones punto a punto con alta frecuencia, 802.16-2004 para
transmisión punto a multipunto y 802.16e para transmisión móvil.
802.16
Este estándar se usa para transmisiones directas sin interferencias, por
tanto se modula en TDMA (Time Division Multiple Access) con QPSK,
16QAM y 64 QAM.
802.16-2004
En este caso el estándar empleado para la transmisión de la señal usa
OFDM con 256 subportadoras QPSK, 16QAM y 64QAM.
Este sistema se usa para evitar interferencias y tener mayor resistencia a
desvanecimientos por multitrayectorias e interferencias.
La modulación de las subportadoras se irá modificando a medida que la
señal sea más larga para que no surjan interferencias.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
OFDM es una técnica de comunicación que divide un canal, de frecuencia,
en un número determinado de bandas de frecuencias equiespaciadas, en
cada banda se transmite un subportadora que transporta una porción de la
información del usuario.
Cada subportadora es ortogonal al resto, lo que permite que el espectro de
cada una esté solapado (Figura 6.2) sin existir interferencia, aumentando la
eficiencia del uso del espectro debido a que no se utilizan bandas de
separación entre subportadoras.
80
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
Figura 6.2: Subportadoras ortogonales con solape. [24]
WiMAX-OFDM
En el estándar 802.16-2004 establece que se utilizan 256 subportadoras, de
las cuales 192 son utilizadas para datos, 8 son pilotos y 56 son nulas.
Las subportadoras pilotos son utilizadas como referencia para minimizar
los desplazamientos de frecuencia y fase. Las 56 subportadoras nulas son
para resguardo de banda y de frecuencia DC (Figura 6.3).
Figura 6.3: Diagrama con las subportadoras de OFDM. [27]
WiMAX OFDM no tiene ninguna subportadora activa en el origen, ya que
realizando conversión directa se reduce la interferencia entre portadoras.
De este modo se reduce el número de filtros, que son importantes cuando
tratando con señales de banda ancha, y el número inferior de partes ayuda
a reducir al mínimo el consumo corriente.
81
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
El estándar 802.16-2004 trabaja con una variación de ancho de banda entre
1.25 MHz a 20 MHz permitiendo adaptarse a diferentes situaciones de
transmisión. Esto constituye una mejora importante con respecto a WiFi
802.11 ya que se consigue un sistema más eficiente y robusto debido al
aumento de número de portadoras y a la variación de los intervalos de
guarda, no como en 802.11 que son fijos.
802.16e
WiMAX-OFDMA
OFDMA consiste en una técnica de acceso múltiple basado en OFDM, en
el cual a cada usuario se le asigna una o más subportadoras, con lo cual los
usuarios comparten un determinado ancho de banda. La forma en que las
subportadoras son asignadas dependerá de la estrategia de despliegue del
operador, ya que tienen directa relación con la calidad de servicio y la tasa
de transferencia de éstos. En la Figura 6.4 se observa cómo se agrupan
subportadoras para formar un subcanal para cada usuario.
Figura 6.4: Diagrama con la subcanalización utilizada en OFDMA. [28]
82
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
1.3 Aplicaciones
Las primeras versiones de WiMAX están pensadas para comunicaciones
punto a punto o punto a multipunto, típicas de los radioenlaces por
microondas. Las próximas ofrecerán total movilidad, por lo que
competirán con las redes celulares.
Los primeros productos que están empezando a aparecer en el mercado se
enfocan a proporcionar un enlace de alta velocidad para conexión a las
redes fijas públicas o para establecer enlaces punto a punto.
Así, WiMAX puede resultar muy adecuado para unir hot spots (zona de
cobertura) Wi-Fi a las redes de los operadores, sin necesidad de establecer
un enlace fijo. El equipamiento Wi-Fi es relativamente barato pero un
enlace E1 o DSL resulta caro y a veces no se puede desplegar, por lo que la
alternativa radio parece muy razonable. WiMAX extiende el alcance de
Wi-Fi y provee una seria alternativa o complemento a las redes 3G, según
como se mire.
Para las empresas, es una alternativa a contemplar, ya que el coste puede
ser hasta 10 veces menor que en el caso de emplear un enlace E1 o T1. De
momento no se habla de WiMAX para el acceso residencial, pero en un
futuro podría ser una realidad, sustituyendo con enorme ventaja a las
conexiones ADSL, o de cable, y haciendo que la verdadera revolución de
la banda ancha llegue a todos los hogares.
Las conexiones inalámbricas WiMAX se plantean como una gran opción
para las conexiones a internet en regiones donde es difícil instalar
cableado y son óptimas para cubrir una amplia extensión geográfica. Esta
conexión utiliza el estándar de transmisión de datos 802.16 que
proporciona accesos en áreas de entre 40 – 70 km de radio y a velocidades
de hasta 124 Mbps.
83
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
En los países en desarrollo resulta una buena alternativa para el
despliegue rápido de servicios, compitiendo directamente con las
infraestructuras basadas en redes de satélites, que son muy costosas y
presentan una alta latencia.
La instalación de estaciones base WiMAX es sencilla y económica,
utilizando un hardware que llegará a ser estándar, por lo que por los
operadores móviles puede ser visto como una amenaza, pero también, es
una manera fácil de extender sus redes y entrar en un nuevo negocio en el
que ahora no están, lo que se presenta como una oportunidad. Este tipo de
conexión es una alternativa factible al las comunicaciones de internet a
través del móvil, ya que no está limitado a ambientes inalámbricos
internos o de baja intensidad ni al cableado de las redes WiFi. También el
atractivo que tiene es el uso de frecuencias sin licencia (ciertas frecuencias
del 802.X), lo que supone una forma rápida y barata de establecer un
enlace con un ancho de banda entre 5 y 20 Mbps, reales. [25]
Una reciente aplicación del uso de WiMAX, la encontramos en la
implantación de una red inalámbrica de transmisión de datos para
interconectar las estaciones depuradoras de aguas residuales. El proyecto
consiste en la instalación con banda ancha inalámbrica de equipos de
radio que permitan la difusión de voz, datos e imagen en dieciocho
emplazamientos residuales distribuidos por la comunidad. Este sistema
innovador facilitará a los operarios el control de las estaciones residuales
al extender la red de información a todas las plantas y aumentará la
seguridad gracias a la posibilidad de la tele-vigilancia.
84
Memoria-Futuros desarrollos
Proyecto Fin de Carrera
2 WIMAX en vez de ETHERNET
Al sustituir en este proyecto WiMAX por Ethernet se consigue, además de
un medio de transmisión de alta calidad y gran velocidad, mejorar dos
aspectos importantes para conseguir las aplicaciones esperadas en este
proyecto.
Estas mejoras consisten en que esta línea de transmisión tiene un alcance
mucho mayor que el que tenía con Ethernet. Esto se debe a que WiMAX
posibilita la transmisión de señales hasta zonas rurales, aspecto que sería
imposible de conseguir mediante transmisión por cable debido al elevado
coste de instalación de la línea.
3 Canal de Retorno con WIMAX
Implantar el canal de retorno con WiMAX en vez de Ethernet no supone
un gran problema, ya que los terminales domésticos de WiMAX son
similares a los de WiFi.
Esto significa que simplemente sería necesario conectar estos terminales
módems de WiMax a los ordenadores pertinentes y transmitir la señal
igual que se hacía con Ethernet. De este modo los terminales WiMAX
modulan la señal para poder transmitirla inalámbricamente al igual que
hace WiFi, solo que con más alcance y menos interferencias.
85
Memoria-Resultados
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 7 RESULTADOS
1 Velocidades de transmisión en función del número de bits
Para llevar a cabo un correcto análisis de los resultados del proyecto, se ha
decidido realizar una toma de tiempos en la transmisión de diferentes
paquetes de datos entre el Set Top Box y la cabecera.
Como se puede apreciar en la Tabla 7.1 se ha tratado de tomar todos los
tiempos, en milisegundos, de transmisión y proceso posibles para poder
analizar de la forma más precisa posible la velocidad de la línea.
En la Figura 7.1 se muestra que significa cada tiempo tomado, de este
modo los tres rectángulos verticales punteados representan cada PC, y
dentro de ellos aparecen los diferentes tiempos tomados, representados
por rectángulos horizontales continuos.
Por otra parte en la Figura 7.1 se ha marcado con una línea discontinua
roja los dos sentidos de la transmisión y los tiempos que influyen en cada
una de ellas.
En las tablas mostradas a continuación los términos 1500ARCHIVO y
1500ARCHIVO-II corresponden al envío de un archivo de n bytes desde la
cabecera hasta el STB, pasando por el módulo de conversión, en donde el
archivo se troceará en paquetes de 1500 bytes.
Es preciso comentar que la velocidad real desde que se da la orden de
enviar en un PC y hasta que se recibe en el PC del otro extremo de la línea
sería la correspondiente a la Tabla 7.3. Por otro lado, en la Tabla 7.2 se
muestran las velocidades de envío de los módems PLC teniendo en cuenta
el tiempo de proceso de estos módems a la hora de enviar, pero no a la
hora de recibir.
86
STB
CONVERSIÓN
CABECERA
t_total
t_envio t_recibir
2bytes
1982,42
295,81
1035,35
964,32
0,00
9,59
0,00
-
250,38
0,00
0,96
3,88
100bytes
2829,99
653,74
1641,72
1619,25
0,00
7,87
0,12
-
675,90
0,00
1,24
5,20
2bytes100bytes
2480,82
292,53
1637,47
959,43
0,00
9,00
0,64
-
675,66
11,16
0,61
11,16
18849,59 331,10 16304,19
1023,37
0,00
9,81
524,63
326,76
16006,35
0,32
2,05
4,69
1500ARCHIVO-II 18906,18 315,51 16331,55
1007,78
0,00
13,72
524,63
340,70
16030,86
0,32
2,05
4,69
1500ARCHIVO
t_recibirMOD t_enviaSock t_proceso t_recibirSock t_proceso2 t_enviaMOD t_proceso t_enviaSock t_proceso2
Tabla 7.1: Tiempos resultantes de la transmisión de la línea con diferente número de bytes enviados
IDA
VUELTA
bytes tiempo kbps bytes
2bytes
100bytes
2
295,81 0,05
2
100 653,74 1,22 100
IDA
VUELTA
tiempo
kbps
bytes tiempo kbps bytes
250,38
0,06
2bytes
675,90
1,18
100bytes
675,66
1,18
2bytes100bytes
2
959,43 0,02 100
2
964,32 0,02
2
100 1619,25 0,49 100
tiempo
kbps
1036,31 0,02
1643,08 0,49
2bytes100bytes
2
292,53 0,05 100
1500ARCHIVO
4
331,10 0,10 2630 16006,35 1,31
1500ARCHIVO
4
1023,37 0,03 2630 17157,63 1,23
1500ARCHIVO-II
4
315,51 0,10 2630 16030,86 1,31
1500ARCHIVO-II
4
1007,78 0,03 2630 17198,93 1,22
Tabla 7.2: Tiempos de envío (línea modem)
1638,72 0,49
Tabla 7.3: Tiempos totales (línea total)
Figura 7.1: Esquema de tiempos usados para el cálculo de resultado
Memoria-Resultados
Proyecto Fin de Carrera
Si se comparan los tiempos de la Tabla 7.2, o incluso los de la Tabla 7.3, con
los tiempos mostrados en la Tabla 7.4, que corresponden con los tiempos
de la velocidad de transmisión de la línea PLC medidos con el software
PLCHost propio de los módems PLC, se puede comprobar que las
velocidades se hacen similares cuanto más bytes se envíen.
bytes
kbps
2bytes
2
0,09
100bytes
100
1,21
4bytes
4
0,17
1500ARCHIVO
2630
1,30
Tabla 7.4: Tiempos medidos con el software PLCHost
Esto se debe a que en la medición realizada por el software PLCHost no se
tiene en cuenta el tiempo de proceso de los módems PLC, ya que la
medición se realiza tomando el tiempo que pasa desde que sale la trama
de bytes de envío y se recibe la trama de bytes de respuesta del otro
modem confirmando la recepción del paquete.
El hecho de que la diferencia entre las velocidades de transmisión medidas
en este proyecto y las medidas con el software PLCHost sean tan
pronunciadas con paquetes de pocos bytes, y sean similares con paquetes
de muchos bytes se debe a que los módems PLC tienen un tiempo fijo de
proceso para enviar un paquete, bien sea de 2 bytes o de 100 bytes.
Por tanto al enviar un paquete de pocos bytes el tiempo de proceso es
grande en comparación con el tiempo de envío, sin embargo al aumentar
el número de bytes enviados se puede llegar a despreciar el tiempo de
proceso en comparación con el tiempo de envío.
89
Memoria-Resultados
Proyecto Fin de Carrera
2 Distancias máximas de los PLC y su atenuación
Estas medidas se han realizado en el edificio de la Universidad Pontificia
de Comillas, entre dos laboratorios situados a unos 30 metros uno del otro,
consiguiendo una calidad muy buena de transmisión de la señal.
Es posible que si se realizan estas medidas en ambientes más hostiles
aparezca ruido en la línea eléctrica, y por tanto la calidad de la transmisión
empeore.
No se han podido realizar medidas más detalladas en este aspecto debido
a las instalaciones usadas. Esto se debe a que no se han podido conseguir
los planos del cableado eléctrico del edificio para calcular distancias y
buscar otras posibles zonas de medida, ya que hay que tener en cuenta
que si hay transformadores de por medio o incluso protecciones la señal
no se recibirá.
Se ha realizado sin éxito algún otro intento de transmisión entre diferentes
laboratorios a una distancia de 40 metros pero con diferentes cuadros
eléctricos.
3 Conclusiones de los resultados
Como se observa en las tablas anteriores la velocidad de la línea está
restringida por la velocidad de transmisión de los módems PLC, es decir
que esta velocidad es un cuello de botella.
Por otra parte se puede concluir que la calidad de la línea es elevada en
distancias no muy largas siempre que no haya elementos eléctricos que
interfieran en la transmisión.
90
Memoria-Conclusiones
Proyecto Fin de Carrera
Capítulo 8 CONCLUSIONES
En este proyecto se ha diseñado una línea de transmisión con bajos costes
de instalación, para ser usada como canal de retorno en el ámbito de la
TDT. De este modo se ofrece la posibilidad de incorporar nuevos servicios
complementarios en la transmisión de TDT, pudiendo interactuar con el
usuario mediante dicho canal de retorno.
Los bajos costes de instalación y servicio se han conseguido gracias a la
implantación de tecnologías, que ofrecen estas cualidades, como son PLC
y Ethernet. Por tanto esta línea de transmisión puede ser muy competitiva
en el mercado, ya que el resto de tecnologías existentes suponen mayores
costes, tanto de instalación como de servicio.
Los objetivos planteados inicialmente se han cumplido en su totalidad:
•
Se ha creado un driver, mediante un microcontrolador, que se
encarga de recibir, tratar y enviar la señal emitida por un mando a
distancia hasta un STB donde se gestione la información recibida.
•
La implantación de la línea de transmisión por el sistema eléctrico
se ha llevado a cabo exitosamente empleando módems PLC de
Yitran de banda estrecha que modulan la señal a transmitir.
•
Se ha conseguido establecer una conexión TCP/IP entre dos
ordenadores a través de Ethernet.
•
En el canal de retorno se han acoplando correctamente los
diferentes módulos, consiguiendo de este modo realizar la
transmisión en su totalidad usando diferentes medios físicos de
transmisión.
•
Se ha comprobado, mediante el estudio de resultados, la capacidad
de la red tanto en velocidad, como en caudal de datos soportados.
91
Memoria-Conclusiones
Proyecto Fin de Carrera
En lo referente a los aspectos técnicos, comentar que las velocidades de
transmisión son mucho menores que si se usan otras tecnologías. Esto se
debe a que la velocidad de transmisión de esta línea viene condicionada
por la velocidad de transmisión mediante Power Line Communications,
que supone un cuello de botella en este aspecto. Sin embargo dicha
velocidad es suficiente para un canal de retorno en TDT, ya que el caudal
de bytes a enviar es muy bajo.
Es preciso mencionar que para que la implantación comercial de esta línea
de transmisión se lleve a cabo es necesario el empleo de WiMax en vez de
Ethernet. Esto se debe principalmente a que si se desea transmitir
mediante Ethernet sería necesario contratar un servicio como en el caso de
ADSL para disponer de una gran red de transmisión. Otro aspecto por el
que WiMax es indispensable es el hecho de que con esta tecnología se
puede cubrir el mismo área de transmisión que ofrece la TDT, mientras
que con otras tecnologías no se podría llegar hasta zonas rurales o se
podría llegar pero supone un alto coste.
92
Bibliografía
Proyecto Fin de Carrera
BIBLIOGRAFÍA
[1]
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el diseño de un canal de retorno para el desarrollo de la interactividad en la
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[3]
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www.euskalnet.net/shizuka/rs232.htm (última visita 24/06/09)
[10] www.sis.pitt.edu/~jarauz/docsusfq/ver05/lab_rs232physical_10.pdf
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[11] Datasheet MAX3222, MAXIM,
http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX3222-MAX3241.pdf
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[12] Datasheet microcontrolador MC9S08QG8, FreeScale.
www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08QG8.pdf
(última visita 24/06/09)
[13] User’s manual USBSPYDER08, SofTec Microsystems
http://hw.cz/pdf/freescale/USBSPYDER08UM.pdf
(última visita 24/06/09)
93
Bibliografía
Proyecto Fin de Carrera
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[16] www.pua-plc.com/files/upload/Whitepaper2002.pdf (última visita 24/06/09)
[17] IT800D STK User Manual (IT800-UM-016-R3.0), Yitran
[18] IT800D Host Interface Command Set User Guide, Yitran
[19] www.monografias.com/trabajos12/giga/giga.shtml (última visita 24/06/09)
[20] www.mx.geocities.com/pcmuseo/redes/redprotethernet.htm
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[21] www.howstuffworks.com/ethernet.htm/printable (última visita 24/06/09)
[22] www.yitran.com/index.aspx?id=3387 (última visita 24/06/09)
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[25] www.domodesk.com/content.aspx?co=100&t=146&c=43
(última visita 24/06/09)
[26] www.umtsforum.net/wimax.asp (última visita 24/06/09)
[27]
www.s3.kth.se/signal/project_course/2007/green/ (última visita 24/06/09)
[28] www.gta.ufrj.br/grad/07_2/jefferson/Page4.html (última visita 24/06/09)
[29] www.gta.ufrj.br/grad/06_1/wimax/phy.html (última visita 24/06/09)
94
Parte II ESTUDIO ECONÓMICO
Estudio económico
Proyecto Fin de Carrera
Debido a la gran diversidad de tecnologías de transmisión de datos
existentes en el mercado de las telecomunicaciones, se abre un amplio
abanico de posibilidades a la hora de implantar un canal de retorno.
En este proyecto se ha decido llevar a cabo el diseño de la línea de
transmisión buscando una diferenciación en costes. Para ello se han
utilizando tecnologías de bajo coste como son:
Power Line Communications, la cual no supone ningún coste de instalación,
ya que usa los cables del sistema eléctrico del edificio, y su coste de
servicio sería el correspondiente al consumo de electricidad.
Ethernet o WiMax, que tienen un coste bajo o nulo de servicio, si los
comparamos con otras tecnologías similares como pueden ser ADSL, y
bajo coste de instalación. En el caso de WiMax al coste de instalación es
bajo hay que sumarle el coste de las antenas de transmisión.
Se puede concluir que el canal de retorno sería muy competitivo en costes
con respecto a otras líneas de transmisión implantadas con otro tipo de
tecnologías. El único inconveniente sería que la velocidad de transmisión
es mucho menor que en otros sistemas, pero para el caudal de datos con el
que se desea (bytes) trabajar no supone ningún problema.
96
Parte III MANUAL DE USUARIO
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
En este proyecto se ha creído conveniente crear un ejecutable que facilite la
instalación de la línea de transmisión.
Este ejecutable ofrece dos posibilidades de conexión diferentes:
•
Línea de transmisión total (Return Channel).
•
Línea de transmisión entre módems PLC de Yitran por el sistema
eléctrico (software PLCHost).
1 Instalación del ejecutable
Para poder disponer del ejecutable de instalación de la línea y de toda la
información llevada a cabo en este proyecto, se ha creado, con Winrar, un
archivo autoextraíble que contiene toda la información anterior
comprimida.
Al hacer doble ‘clic’ sobre este archivo se creará una carpeta llamada
PROTVD donde se descomprimirá toda la información. Por otro lado el
ejecutable arrancará automáticamente.
Figura III.1
98
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
2 Ejecutable, interfaz gráfica con el usuario
Una vez que el ejecutable ha arrancado se podrá pulsar en ‘continuar’ para
seguir con el proceso, o pulsar en el botón ‘?’ abriendo de este modo una
ventana que ofrecerá información sobre el proyecto.
Figura III.2
Al pulsar en ‘continuar’, la ventana mostrará las dos opciones de
configuración de la línea anteriormente mencionadas.
Figura III.3
99
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
2.1 Canal de Retorno
Una vez que se ha elegido esta opción será necesario elegir que terminal se
desea configurar: Set-Top-Box (STB), Conversión (RS-232/Ethernet) o
Cabecera.
Figura III.4
Set-Top-Box
Para configurar este terminal es preciso configurar primero los módems y
después ejecutar el programa encargado de simular este terminal.
Figura III.5
100
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
La configuración de los módems PLC se realizará a través del software
PLCHost de Yitran, solo que para simplificar al usuario esta configuración
se ha modificado la interfaz gráfica de dicho software.
Figura III.6
Conversión de RS-232/Ethernet
La configuración de este terminal es idéntica al STB, salvo en que es
preciso realizar una configuración del puerto serie donde se conecta el
modem PLC y de la IP correspondiente al servidor con el que se desea
establecer la conexión Ethernet.
Figura III.7
101
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
Para realizar esta configuración se ha desarrollado un pequeño programa
que se encarga de guardar los datos para que cuando se ejecute el
programa encargado de controlar este terminal pueda leer estos datos.
Figura III.8
Será necesario seleccionar el ‘Comm Port’ donde está conectado el modem
PLC y la ‘IP’ del servidor al que se desea establecer la conexión.
Una vez configurados los modems y las conexiones se podrá ejecutar el
programa que controla este terminal.
Figura III.9
102
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
En cuanto se pulse en ‘iniciar’ se establecerán las conexiones con el STB y
la cabecera, el único requisito es que el servidor debe estar activo, es decir
que es necesario que el programa de la cabecera esté ejecutándose antes de
pulsar en ‘iniciar’ en este código.
Cabecera
A diferencia de los terminales anteriores en la cabecera no es necesario
realizar ninguna configuración, por lo que simplemente habrá que
seleccionar ‘ejecutar programa’ para que este terminal este operativo.
Figura III.10
Una vez se ha ejecutado el programa, será necesario, al igual que ocurría
con el del módulo de conversión, que se pulse en ‘iniciar’ para que se
establezca conexión.
Figura III.11
103
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
2.2 Transmisión mediante PLCHost
A continuación se presenta la pantalla principal de este software con el
que se puede trabajar tanto para recibir datos como para transmitirlos vía
red eléctrica. Esta pantalla principal consta de botones de control
generales así como las secciones para dicho control:
Figura III.12. [16]
Botón “Connect”
Por medio de este botón podremos seleccionar el puerto COM del PC para
ser conectado al STK vía RS-232 así como la velocidad (bps) de dicha
conexión. Lo podemos ver claramente en la Figura III.13:
Figura III.13. [16]
104
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
Sección de control “Node Configuration”
Esta sección habilita al usuario para cambiar y definir las configuraciones
globales del programa PLCHost y del IT800D. La Figura III.14 siguiente
describe dicha sección:
Figura III.14. [16]
Botón “Settings”
Presionando sobre este botón se abre la ventana “Settings” que habilita
para la configuración de parámetros como la dirección del nodo y las
opciones de transmisión y de recepción. La Figura III.15 presenta dicha
ventana:
Figura III.15. [16]
105
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
Botón “Config” y ventana “Configuration Packet”
Presionando sobre el botón “Config” permite al usuario el ajuste del
paquete de configuración propio para el IT800D eligiendo los parámetros
predefinidos para la banda de frecuencia apropiada.
En la Figura III.16 aparece la ventana “Configuration Packet” la cual se
abre cuando presionamos el botón “Config”:
Figura III.16. [16]
‘Transmiter’
Esta parte de la ventana, como se muestra en la Figura III.17., es la que
contiene los botones necesarios para poder realizar la transmisión.
Figura III.17. [16]
106
Manual de usuario
Proyecto Fin de Carrera
Botón ‘TX Settings’
Al pulsar este botón aparecerá la ventana mostrada en la Figura III.18. En
esta pantalla se pueden realizar las configuraciones pertinentes para
enviar a través del sistema eléctrico.
Figura III.18 [16]
Botón ‘Send’
Al pulsar en este botón se comenzará a enviar el paquete de datos. En la
Figura III.19 se muestra como queda la ventana principal cuando se está
transmitiendo o recibiendo.
Figura III.19 [16]
107
Parte IV CÓDIGO FUENTE
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
1 Código implantado en el microcontrolador
Lo primero que se ha realizado es la inicialización del microcontrolador
realizando una correcta configuración para un buen funcionamiento. Se ha
optado por configurar una transmisión con un baud rate de 38400 bps, 8
bits de datos, sin paridad y 1 bit de parada.
void PeriphInit(void){
SOPT1 &= 0x7F; // Disables COP
PTAD = 0x00; // Configures PTA0 as output LED
PTADD = 0x0D;
// 1, 3 ,4 son salidas
SCIC2 |= (1<<3);
// habilito puerto serie
SCIBDL = 0x0D; // Baud Rate = BUSCLK{8MHz}/(16x(SCIBD))
//Configures ICS clock. Selects FLL Engaged Internal Mode
ICSTRM = ICSTRM_FLASH;
ICSC2 = 0x00;
ICSC1 = 0x04;
// Waits until output FLL is selected (CLKST=00)
while (ICSSC & 0x0C);
}
Una vez inicializado se procederá a leer periódicamente el PIN15 al que
está conectado el sensor infrarrojo. Si se detecta un 1 es que se está
recibiendo, y por tanto se procederá a muestrear la señal recibida del
mando a distancia.
unsigned int SeisMuestras(void){
while(posicion>0){
muestra = PTAD;
muestra = muestra >> 1;
muestra = muestra & 0x1;
bit_act |= muestra << posicion;
posicion--;
Delay_10us(26); // retardo de 260 us
}
return bit_act;
}
En la función anterior se devuelve una variable compuesta de seis
caracteres, pero para realizar un correcto tratamiento dicha variable se
analiza y transforma en 1 y 0 tal que si
bit_act=11x00x -> 1, y si
si
bit_act=00x11x -> 0.
109
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
Una vez que se dispone de la trama de bits recibidos del mando a
distancia se separa este paquete en dos partes, diferenciando de este modo
address y command. La parte de command corresponde con el valor
hexadecimal de la tecla pulsada en el mando, pero hay que tener en cuenta
que este valor puede variar en función del protocolo que se use. Una vez
separados se realizará una conversión a ASCII de los datos para facilitar el
tratamiento de la trama de bytes en el receptor al que se envíe.
vector=TreceBits();//devuelve los datos recibidos del mando
vector_8bits = vector & 0xFF;
vector_8bits = TraducirAscii(vector_8bits);
vector = vector & 0xFF00;
vector = vector | vector_8bits;
La función
EnviarConProtocolo
se encarga de añadir al paquete de datos a
enviar una cabecera que cumpla con los protocolos de los módems PLC,
para posteriormente enviarlo.
void EnviarConProtocolo(unsigned int vector ){
// protocolo
datos[0]
= 0xC9;
// cabecera
datos[1]
= 0x09;
// cod op
datos[2]
= 0x0A;
datos[3]
= 0x00;
// longitud datos después
datos[4]
= 0x00;
// prioridad
datos[5]
= 0x01;
// servicio
//
datos[6]
= 0x01;
// NID_L
datos[7]
= 0x00;
// NID_M
datos[8]
= 0x01;
// SID_L
datos[9]
= 0x00;
// SID_M
datos[10] = 0x02;
// DID_L
datos[11] = 0x00;
// DID_M
( 0 = Low )
--> 01=Acknoledged servie,
02=Repetitive Unancknoleged
Network ID
Source ID
Destination ID
//datos
datos[12] = vector & 0xFF ;
datos[13] = 0x0D ;
110
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
// envío de datos
for (i=0; i<=13; i++){
lleno = ~SCIS1;
lleno = lleno >> 7;
lleno &= 1;
while(lleno){
lleno = ~SCIS1;
lleno = lleno >> 7;
lleno &= 1;
}
// espero a que se vacíe el buffer
SCID = datos[i];
// mando lo nuevo
}
}
Es importante diferenciar entre recibir una señal del mando por pulsar
una tecla o por mantenerla pulsada (repetición de la señal), o por recibir
una señal infrarroja de otro dispositivo diferente. De este modo estaremos
seguros de cuando llamar a la función EnviarConProtocolo.
bitT = vector & 0x0800;
if(bitT!=bitT_anterior){
if(((vector & 0xFF00)!=0x3E)||((vector & 0xFF00)!=0x36)){
EnviarConProtocolo(vector);
bitT_anterior=bitT;
}
}
Una vez que la señal ha sido enviada el proceso vuelve a repetirse
continuamente cada vez que se recibe una trama de bits procedente del
mando a distancia.
111
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
2 Código conversión RS232/Ethernet
Con este código se pretende realizar una conversión de la señal recibida
por el puerto serie mediante los módems PLC para enviarla a través de la
red Ethernet a otro PC.
Para realizar esta conversión lo primero es establecer las conexiones
pertinentes por puerto serie y sockets.
hPort=AbrirPuerto(); //se abre el puerto
CCliente cliente; // crea la conexión con la cabecera
Una vez establecidas las conexiones, se muestrean continuamente para
recibir señal tanto por puerto serie como por socket.
bResRecy=SerialReceiveByte(hPort,&byte,&timeout);
bytesRcvd=cliente.RecibeSockTAM(&bufer_E[0],1);
Si se recibe algo por el puerto serie, se leerá toda la cadena de bytes para
comprobar que procede del modem PLC del STB, y posteriormente se
enviará por sockets a la cabecera.
bResRecy=SerialReceiveByte(hPort,&byte,&timeout);
if (!timeout){
bufer_R[0]=byte;
// se ha recibido algo
if(bufer_R[0]==0x00){
bResRecy=SerialReceiveByte(hPort,&byte,&timeout);
bufer_R[0]=byte;
// si después de 0x00 se recibe 0x4D el paquete procede del STB
if(bufer_R[0]==0x4D){
Recibir(&bufer_R[0],hPort); //lee el paquete de datos
if(AplicationMode==0)
cliente.EnviaSock(&bufer_R[0]);
if(AplicationMode==1)
aplicacion.EnviaSock(&bufer_R[0]);
}else{
// si no se recibe 0x4D: reset en el módem
int comando_reset=0;
while(1){
ResRecy=SerialReceiveByte(hPort,&byte,&timeout);
if (!timeout){
bufer_R[0]=byte;
if((bufer_R[0]!=0xFF)||(bufer_R[0]!=0x00)){
comando_reset++;
if(comando_reset==5)
break;
}
}
hPort=ConfiguraModem(hPort); // se reconfigura el módem
}
}
}
}
112
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
Si no se recibe 0x4D después de haber recibido 0x00 es porque el modem
se ha des configurado, y por tanto será preciso configurarlo mediante la
función
ConfiguraModem.
Ha sido necesario realizar una conexión en paralelo de sockets para poder
conectar al mismo tiempo con la cabecera y con una aplicación que se esté
ejecutando en el mismo PC.
Una vez que se recibe de la cabecera por los sockets se analizará si el
contenido recibido es un comando o es un archivo. En el caso de que sea
un comando se enviara directamente por los módems PLC junto con la
cabecera de protocolos.
bytesRcvd=cliente.RecibeSockTAM(&bufer_E[0],1);
if(bytesRcvd>0){
i=1;
while((bytesRcvd=cliente.RecibeSockTAM(&bufer_E[i],1))){
if(bytesRcvd>0){
i+=bytesRcvd;
if(bufer_E[i-1] == 27)
// fin de paquete
break;
}
}
}
TratamientoEnviarTAM((i-1),&protocolo[0]);
// se envía el comando al STB
Enviar(&bufer_E[0],&protocolo[0],hPort,strlen(bufer_E));
Para recibir por sockets desde la aplicación en vez de la cabecera el
sistema es el mismo.
Si en vez de recibir comandos se reciben archivos el sistema de conversión
será algo diferente, por ello se ha creado la clase CArchivo.
class CArchivo {
private:
long fileSIZE; //tamaño del archivo
char *contenido; // contenido del archivo
char *nombre; //nombre del archivo
public:
CArchivo();
virtual ~CArchivo();
void EnviarArchivo(HANDLE hPort,CProgressCtrl *ProgressConvStb);
void
RecibirArchivo(int
sock,
char
*bufer_E,CProgressCtrl
*ProgressConvCab);
char* getContenido();
char* getNombre();
long getFileSIZE();
};
113
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
Una vez recibidos los datos por sockets la conversión y el envío de la señal
quedarían tal como se muestra a continuación.
// si el paquete comienza por BEGIN se está recibiendo un archivo
if(!strncmp(bufer_E,"FBEGIN",6)){
CArchivo arch;
arch.RecibirArchivo(cliente.getSocket(),&bufer_E[0],ProgressConvCab);
// se guarda en dataFILE el nombre y tamaño del archivo
sprintf(dataFILE,"FBEGIN:%s:%d:FCLOSE",
arch.getNombre(),arch.getFileSIZE());
TratamientoEnviarTAM(strlen(dataFILE),&protocolo[0]);
Enviar(&dataFILE[0],&protocolo[0],hPort,strlen(dataFILE));
arch.EnviarArchivo(hPort,ProgressConvStb);
}
En la función
RecibirArchivo
se separan los datos recibidos del archivo en
variables miembro de la clase para poder manejar mejor el archivo. Una
vez recibido en su totalidad el archivo se procede a su envío al STB
mediante los módems PLC con la función EnviarArchivo.
Para enviar archivos de más de 1912 bytes es preciso convertir este archivo
en paquetes de cómo máximo este valor.
void
CArchivo::RecibirArchivo(int
*ProgressConvCab){
sock,char
*bufer_E,CProgressCtrl
char *header[10];
CCliente clienteArchivo(sock);
bufer_E[strlen(bufer_E) - 2] = 0;
// se trocea la cadena recibida con las caracteristicas del archivo
parseARGS(header, bufer_E);
nombre = header[1];
// nombre del archivo
fileSIZE = atoi(header[2]);
// tamaño del archivo
max= fileSIZE;
contenido=new char[fileSIZE+1];
percent = max / 100;
ProgressConvCab->SetRange(0, 100);
// se recibe el archivo mostrando el porcentaje recibido
while((bytesRcvd=clienteArchivo.RecibeSockTAM(&contenido[i1],1))>0){
if( count == i ){
ProgressConvCab->SetPos(count/percent);
count+=percent;
}
i+=bytesRcvd;
}
i--;
}
114
Código fuente
void
CArchivo::EnviarArchivo(HANDLE
*ProgressConvStb)
{
Proyecto Fin de Carrera
hPort,CProgressCtrl
tam=fileSIZE;
if(tam>MAXmodem)
size=MAXmodem;
else
size=tam;
percent = tam / 100;
if(percent==0)
percent=tam;
ProgressConvStb->SetRange(0, 100);
while(j<tam){
if((j+size)>tam)
size=(tam-j)+1;
if( count <= j )
{
// se muestra el porcentaje enviado
ProgressConvStb->SetPos(count/percent);
count+=percent;
}else{
TratamientoEnviarTAM(size,&protocolo[0]);
// se envia el paquete troceado
Enviar(&contenido[j-1],&protocolo[0],hPort,size);
if(!(j-1))
j+=size;
else
j+=size;
}
}
}
Tanto en la función de recibir archivo de los sockets como en la de enviar
archivo por los módems PLC, se muestra por pantalla un indicador gráfico
del porcentaje transmitido del archivo.
El proceso descrito en este módulo de conversión se repite continuamente,
ya se reciba desde los módems PLC o por sockets.
115
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
3 Código del terminal cabecera
Es preciso comentar que en este proyecto solo se ha desarrollado una parte
del código del módulo de cabecera, ya que el resto del código corresponde
a aspectos de interactividad que no se llevan a cabo en este proyecto.
Al igual que sucede en el módulo de conversión lo primero es establecer la
conexión por sockets.
CServidor servidor;
// crea la conexión el módulo de conversión
El código muestreará continuamente para ver si se recibe una trama de
bytes por los sockets.
bytesRcvd=servidor.RecibeSock(&bufer_R[0]);
Una vez que se ha recibido por los sockets el codigo pasa a una zona de
‘interactividad’, que no entra dentro de estudio en este proyecto. De esta
zona de interactividad se devuelve el comando o archivo que se desea
mandar al STB pasando por el módulo de conversión.
if(direccion[0]=='A'){ // envía un archivo
arch.LeerArchivo(&direccion[1]); //lee el archivo
char *dataFILE=new char[50];
sprintf(dataFILE,"FBEGIN:%s:%d:\r\033",arch.getNombre(),arch.getFi
leSIZE()); //se guarda en dataFILE las caracteristicas del archivo
servidor.EnviaSock(&dataFILE[0]); // se envía dataFILE
char *remoteFILE=new char[strlen(arch.getContenido())];
remoteFILE=arch.getContenido();
//se envía el archivo
servidor.EnviaSockFILE(&remoteFILE[0],arch.getFileSIZE());
SetDlgItemText(IDC_STATIC,"Enviado");
delete [] remoteFILE;
delete [] dataFILE;
}
if(direccion[0]=='C'){ // envía un comando
servidor.EnviaSock(&direccion[1]); // se envía el comando
SetDlgItemText(IDC_STATIC,"Enviado");
}
Como se puede observar esta parte del código es muy similar a la del
módulo de conversión, pero cabe destacar la función LeerArchivo.
116
Código fuente
Proyecto Fin de Carrera
En esta función se lee de una dirección del propio PC el archivo a enviar,
para posteriormente tratarlo y guardar los datos en las variables miembro
de CArchivo, que son las mismas que en el módulo anterior.
void CArchivo::LeerArchivo(char *archivo)
{
int num=0;
FILE *file_to_send;
char *cadena=new char[strlen(archivo)+1];
char *header[10];
sprintf(cadena,"%s",archivo);
num=parseARGS1(header,
cadena);
diferentes partes una cadena
//
función
que
separa
en
char *tipo=new char[strlen(header[num])+1];
sprintf(tipo,"%s",header[num]);
sprintf(nombre,"%s.%s",header[num-1],header[num]);
if((tipo[0]=='e')&&(tipo[1]=='x')&&(tipo[2]=='e')) //archivo .exe
file_to_send = fopen (archivo,"rb");
if((tipo[0]=='t')&&(tipo[1]=='x')&&(tipo[2]=='t')) //archivo .txt
file_to_send = fopen (archivo,"r");
if(!file_to_send)
printf("Error opening file\n");
else {
//se lee el archivo
fseek (file_to_send, 0, SEEK_END);
// va a la posición
final del fichero
fileSIZE =ftell (file_to_send);
rewind(file_to_send);
contenido=new char[fileSIZE+1];
int leidos = fread( contenido, 1, fileSIZE, file_to_send );
contenido[fileSIZE-1]=0;
while(!fclose(file_to_send));
}
delete [] tipo;
delete [] cadena;
}
Una vez que se ha enviado el comando o archivo al módulo de conversión
el código vuelve a pasar a una zona de ‘interactividad’, para
posteriormente volver al principio y muestrear el socket para ver si se
recibe una trama de bytes del módulo de conversión.
117
DOCUMENTO Nº 2:
COSTES DEL PROYECTO
Costes del Proyecto
Proyecto Fin de Carrera
En este documento se muestra un estudio de los costes del proyecto
diferenciando dichos costes en:
•
Costes directos: compuestos por componentes de la línea de
transmisión, material amortizado y costes del lugar de trabajo.
•
Costes indirectos: mano de obra diferenciando las diferentes
actividades realizadas.
1 Costes directos
Elemento
Coste
2 módems PLC
2x150 €
Microprocesador MC908QG
20 €
Sensor infrarrojo
2€
MAX 3222
7.21 €
Conector macho DB-9
1.35 €
Costes de lugar de trabajo
8800 €
Costes amortizados
574.5 €
TOTAL
9753.06 €
Tabla 1: Costes de la línea de transmisión.
Costes de lugar de trabajo Coste/mensual Coste total
Alquiler de local
1000 €
8000 €
Luz y agua
60 €
480 €
Tarifa plana ADSL
40 €
320 €
TOTAL
1100 €
8800 €
Tabla 2: Costes referentes al lugar de trabajo.
Costes amortizados
Coste
Amortización 20%
Ordenador DELL OPTIPLEX 745 1200 €
240 €
Windows XP Professional
123.50 €
24.7 €
Microsoft Visual Studio 6.0
1199 €
239.8 €
Osciloscopio Tektronix TDS 210
350 €
70 €
TOTAL
2872.5 €
574.5 €
Tabla 3: Costes amortizados de elementos usados para la creación de la línea.
ii
Costes del Proyecto
Proyecto Fin de Carrera
2 Costes indirectos
Octubre 70h
Director de proyecto 6h (Especificaciones del proyecto)
Ingeniero de proyecto 20h (Implementación de la tarjeta del módulo de
conversión)
Programador 40h (Desarrollo del código del microprocesador)
Noviembre 63h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto
20h (Protocolos de los módems PLC de Yitran)
Programador 40h (Desarrollo del código para la transmisión por puerto serie)
Diciembre 63h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto 20h (Protocolos de los módems PLC de Yitran)
Programador 40h (Desarrollo de código para la transmisión de comandos por
módems)
Enero 53h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto 10h (Estudio y búsqueda de información de los Sockets de
Windows)
Programador 40h (Desarrollo del código para transmitir por Sockets)
Febrero 33h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Programador (Desarrollo del código para establecer una conexión mediante
Sockets)
iii
Costes del Proyecto
Proyecto Fin de Carrera
Marzo 63h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto 10h (Depuración de fallos en la transmisión de la línea en
su totalidad)
Programador 50h (Mejora del código para depurar errores de la línea)
Abril 63h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto 10h (Estudio de envío de archivos y reconfiguración
automática de los PLC)
Programador 50h (Desarrollo de código para transmisión de archivos y
reconfiguración de los módems PLC)
Mayo 63h
Director de proyecto 3h (Revisión del estado del proyecto)
Ingeniero de proyecto 20h (Estudio de la implantación de una conexión en
paralelo por Sockets)
Programador 40h (Desarrollo de código para la conexión en paralelo de Sockets y
realización de un interfaz gráfico)
Junio 63h
Director de proyecto 12h (Análisis de objetivos cumplidos y revisión del
documento)
Ingeniero de proyecto 20h (Detección de errores y depuración)
Programador 40h (Desarrollo de código para interfaz gráfico y depuración de
errores)
Director proyecto
Ingeniero proyecto
Programador
TOTAL
Horas totales
40 horas
130 horas
370 horas
540 horas
Coste/hora
120 €
80 €
30 €
-
Coste total
4800 €
10400 €
11100 €
26300 €
Tabla 4: Costes de mano de obra.
iv
Costes del Proyecto
Proyecto Fin de Carrera
3 Costes totales
Como se puede observar en la Tabla 1 el coste total de la línea de
transmisión es de 9753.06 €, mientras que el coste de la parte física de la
línea es de 378.56 €. Dentro del coste total de la línea de transmisión se han
incluido costes amortizados y costes del lugar de trabajo.
En la Tabla 4 se observa que el coste total por mano de obra alcanza los
26300 €, habiendo tenido en cuenta diferentes costes por hora en función
de las actividades que se han realizado.
Se concluye que el total de los costes de la línea supone un coste total de
proyecto de 36053.06 €
v