MEDIOS DE TRANSMISION Y PERTURBACIONES
La información que maneja una
computadora es de origen digital, encontrándose codificada a partir de un
alfabeto de dos símbolos que se corresponden con 1 y 0 o, lo que es lo mismo,
presencia o ausencia de una señal eléctrica. Para la transmisión de esta
información entre dispositivos distintos a larga o corta distancia debe
utilizarse un medio físico que asegure su correcta recepción en el destino.
MEDIOS GUIADOS
Que incluye a los cables metálicos
(cobre, aluminio, etc.) y de fibra óptica. El cable se instala normalmente en
el interior de los edificios o bien en conductos subterráneos. Los cables
metálicos pueden presentar una estructura coaxial o de par trenzado, y el cobre
es el material preferido como núcleo de los elementos de transmisión de las
redes. El cable de fibra óptica se encuentra disponible en forma de hebras
simples o múltiples de plástico o fibra de vidrio.
Cable de par trenzado. El cable está
compuesto, como se puede ver en el dibujo, por un conductor interno que es de
alambre electrolítico recocido, de tipo circular, aislado por una capa de
polietileno coloreado.
El cable de par trenzado es de los más
antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es el más común.
Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio, aislados con un grosor
de 1mm aproximado. Los alambres se trenzan con el propósito de reducir la
interferencia eléctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se
agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables
multíparas de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares).
Un ejemplo de par trenzado es el
sistema de telefonía, ya que la mayoría de aparatos se conectan a la central
telefónica por medio de un par trenzado. Actualmente, se han convertido en un
estándar en el ámbito de las redes LAN como medio de transmisión en las redes
de acceso a usuarios (típicamente cables de 2 o 4 pares trenzado). A pesar que
las propiedades de transmisión de cables de par trenzado son inferiores, y en
especial la sensibilidad ante perturbaciones extremas, a las del cable coaxial,
su gran adopción se debe al costo, su flexibilidad y facilidad de instalación,
así como las mejoras tecnológicas constantes introducidas en enlaces mayor
velocidad, longitud, etc.
Debajo de la aislación
coloread existe otra capa de aislación también de polietileno, que contiene en
su composición una sustancia antioxidante para evitar la corrosión del cable.
El conducto solo se tiene un diámetro de aproximadamente medio milímetro, y más
la aislación el diámetro puede superar el milímetro.
Sin embargo es importante aclarar que habitualmente
este tipo de cable no se maneja por unidades, sino por pares y grupos de pares,
paquete conocido como cable multipar. Todos los cables del multipar están
trenzados entre sí con el objeto de mejorar la resistencia de todo el grupo
hacia diferentes tipos de interferencia electromagnética externa. Por esta
razón surge la necesidad de poder definir colores para los mismos que permitan
al final de cada grupo de cables conocer que cable va con cual otro. Los
colores de aislante están normalizados a fin de su manipulación por grandes
cantidades. Para Redes Locales los colores son estandarizados son:
Naranja/Blanco – Naranja
Verde/Blanco – Verde
Blanco/Azul – Azul
Blanco/Marrón – Marrón
En telefonía, es común encontrar dentro de las
conexiones grandes cables telefónicos compuestos por cantidades de pares
trenzados, aunque perfectamente identificables unos de otros a partir de la
normalización de los mismos. Los cables una vez fabricados unitariamente y
aislados, se trenzan de a pares de acuerdo al color de cada uno de ellos; aún
así, estos se vuelven a unir a otros formando estructuras mayores: los pares se
agrupan en subgrupos, los subgrupos de agrupan en grupos, los grupos se agrupan
en superunidades, y las superunidades se agrupan en el denominado cable.
De esta forma se van uniendo los cables hasta llegar
a capacidades de 2200 pares; un cable normalmente está compuesto por 22
superunidades; cada subunidad está compuesta por 12 pares aproximadamente; esta
valor es el mismo para las unidades menores .Los cables telefónicos pueden ser
armados de 6, 10, 18, 20, 30, 50, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 900, 1200,
1500, 1800 ó 2200 pares.
Tipos de
cable par trenzado:
*Cable de par trenzado apantallado (STP)
*Cable de par trenzado con pantalla global (FTP)
*Cable de par trenzado no apantallado (UTP)
*Cable de par trenzado apantallado (STP): En este tipo de cable, cada
par va recubierto por una malla conductora que actúa de apantalla frente a
interferencias y ruido eléctrico. Su impedancia es de 150 Ohm. El nivel de
protección del STP ante perturbaciones externas es mayor al ofrecido por UTP.
Sin embargo es más costoso y requiere más instalación. La pantalla del STP,
para que sea más eficaz, requiere una configuración de interconexión con tierra
(dotada de continuidad hasta el terminal), con el STP se suele utilizar
conectores RJ49. Es utilizado generalmente en las instalaciones de procesos de
datos por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones
electromagnéticas, pero el inconveniente es que es un cable robusto, caro y
difícil de instalar.
*Cable de par trenzado con pantalla global
(FTP): En
este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están apantallados, pero sí
dispone de una pantalla global para mejorar su nivel de protección ante
interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 OHMIOS y
sus propiedades de transmisión son más parecidas a las del UTP. Además, puede
utilizar los mismos conectores RJ45. Tiene un precio intermedio entre el UTP y
STP.
*Cable par trenzado no apantallado (UTP): El cable par trenzado más
simple y empleado, sin ningún tipo de pantalla adicional y con una impedancia
característica de 100 Ohmios. El conector más frecuente con el UTP es el RJ45,
aunque también puede usarse otro (RJ11, DB25, DB11, etc.), dependiendo del
adaptador de red. Es sin duda el que hasta ahora ha sido mejor aceptado, por su
costo accesibilidad y fácil instalación. Sus dos alambres de cobre torcidos
aislados con plástico PVC han demostrado un buen desempeño en las aplicaciones
de hoy. Sin embargo, a altas velocidades puede resultar vulnerable a las
interferencias electromagnéticas del medio ambiente.El cable UTP es el más
utilizado en telefonía por lo que realizaremos un estudio más a fondo de este
tipo de cable.
CABLE COAXIAL: Es un cable
utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos
conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la
información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que
sirve como referencia de tierra y retornos de las corrientes. Entre ambos se
encuentran una capa aislante llamada dieléctrico, de cuyas características
dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar
protegido por una cubierta aislante.
Estándares: La mayoría de
los cables coaxiales tiene una impedancia característica de 50, 52, 75, o 93 Ω.
La industria de RF usa nombres de tipo estándar para cables coaxiales. En las
conexiones de televisión (por cable, satélite o antena), los cables RG-6 son
los más comúnmente usados para el empleo en el hogar, y la mayoría de
conexiones fuera de Europa es por conectores F. Tablas con las características:
Tabla de RG:
PE es Polietileno; PTFE es Politetrafluoroetileno;
ASP es Espacio de Aire de Polietileno
Tipos: Existen múltiples tipos de
cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable
coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de
lograr altas velocidades de transmisión en largas distancias. Por esa razón, se
utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables
de banda base (Ethernet).El tipo de cable que se debe utilizar depende de la
ubicación del cable. Los cables coaxiales pueden ser de dos tipos:
El Policloruro de vinilo (PVC): Es un tipo de plástico
utilizado para construir el aislante y la cubierta protectora del cable en la
mayoría de los tipos de cable coaxial.
El cable coaxial de PVC es flexible y se puede
instalar fácilmente en cualquier lugar. Sin embargo, cuando se quema, desprende
gases tóxicos.
El plenum: contiene materiales especiales en su
aislamiento y en una clavija del cable. Estos materiales son resistentes al
fuego y producen una mínima cantidad de humos tóxicos. Sin embargo, el cableado
plenum es más caro y menos flexible que el PVC.
FIBRA ÓPTICA: La fibra óptica
es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo
muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se
envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz
queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un
ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función
de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED. Las fibras se utilizan ampliamente en
telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran
distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable
convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las
interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en
donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios
de transmisión.
Características: Cada filamento
consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio)
con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar
con un índice de refracción ligeramente menor. Cuando la luz llega a una
superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran
parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de
incidencia, se habla entonces de reflexión interna total.
En el interior de una fibra óptica, la
luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma
que prácticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las
señales luminosas sin pérdidas por largas distancias. A lo largo de toda la
creación y desarrollo de la fibra óptica, algunas de sus características han
ido cambiando para mejorarla. Las características más destacables de la fibra
óptica en la actualidad son:
+Cobertura
más resistente: La cubierta contiene un 25% más material que las cubiertas
convencionales.
+Uso
dual (interior y exterior): La resistencia al agua y emisiones
ultravioleta, la cubierta resistente y el funcionamiento ambiental extendido de
la fibra óptica contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida
de la fibra.
+Mayor
protección en lugares húmedos: Se combate la intrusión de la humedad
en el interior de la fibra con múltiples capas de protección alrededor de ésta,
lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil y confiabilidad en lugares
húmedos.
+Empaquetado
de alta densidad: Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se
consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar
dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72
fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los
cables convencionales
Ventajas:
*Una banda de
paso muy ancha, lo que permite flujos muy elevados (del orden del Ghz).
*Pequeño tamaño,
por lo tanto ocupa poco espacio.
*Gran
flexibilidad, el radio de curvatura puede ser inferior a 1 cm, lo que facilita
la instalación enormemente.
*Gran ligereza,
el peso es del orden de algunos gramos por kilómetro, lo que resulta unas nueve
veces menos que el de un cable convencional.
*Inmunidad total
a las perturbaciones de origen electromagnético, lo que implica una calidad de
transmisión muy buena, ya que la señal es inmune a las tormentas, chisporroteo...
*Gran seguridad:
la intrusión en una fibra óptica es fácilmente detectable por el debilitamiento
de la energía luminosa en recepción, además, no radia nada, lo que es
particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto nivel de confidencialidad.
*No produce
interferencias.
*Insensibilidad
a los parásitos, lo que es una propiedad principalmente utilizada en los medios
industriales fuertemente perturbados (por ejemplo, en los túneles del metro).
Esta propiedad también permite la coexistencia por los mismos conductos de
cables ópticos no metálicos con los cables de energía eléctrica.
*Atenuación muy
pequeña independiente de la frecuencia, lo que permite salvar distancias
importantes sin elementos activos intermedios. Puede proporcionar comunicaciones
hasta los 70 km. antes de que sea necesario regenerar la señal, además, puede
extenderse a 150 km. utilizando amplificadores láser.
*Gran
resistencia mecánica (resistencia a la tracción, lo que facilita la
instalación).
*Resistencia al
calor, frío, corrosión.
*Facilidad para
localizar los cortes gracias a un proceso basado en la telemetría, lo que
permite detectar rápidamente el lugar y posterior reparación de la avería,
simplificando la labor de mantenimiento.
*Con un coste
menor respecto al cobre.
Desventajas:
*A pesar de las
ventajas antes enumeradas, la fibra óptica presenta una serie de desventajas
frente a otros medios de transmisión, siendo las más relevantes las siguientes:
*La alta
fragilidad de las fibras.
*Necesidad de
usar transmisores y receptores más caros.
*Los empalmes
entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que
dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.
*No puede
transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
*La necesidad de
efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-óptica.
*La fibra óptica
convencional no puede transmitir potencias elevadas.2
*No existen
memorias ópticas.
*La fibra óptica
no transmite energía eléctrica, esto limita su aplicación donde el terminal de
recepción debe ser energizado desde una línea eléctrica. La energía debe
proveerse por conductores separados.
*Las moléculas
de hidrógeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en
la atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio y resulta ser el
mecanismo más importante para el envejecimiento de la fibra óptica.
*Incipiente
normativa internacional sobre algunos aspectos referentes a los parámetros de
los componentes, calidad de la transmisión y pruebas.
TIPOS: Las diferentes
trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se
denominan modos de propagación. Y según el modo de propagación tendremos dos
tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo.
+Fibra
multimodo: Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz
pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a
la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz.
Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia,
menores a 1 km, es simple de diseñar y económico.
+Fibra
monomodo: Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se
propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra
hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su
transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras
multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400
km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de
información (decenas de Gb/s).
MEDIOS NO
GUIADOS
Relativos a las técnicas de
transmisión de señales a través del aire y del espacio entre transmisor y
receptor (radioenlaces). La transmisión por infrarrojos y microondas cae dentro
de esta categoría.
Radiotransmisión: Se basa en la
propagación de ondas electromagnéticas a través del aire. Para ellos solo
requieren la estación emisora y receptora, además de posibles repetidores
intermedios para salvar la orografía del terreno, ya que este tipo de
transmisión exige visibilidad entre las dos estaciones emisora y receptora.
MRICOONDAS: Una red por
microondas es un tipo de red inalámbrica que utiliza microondas como medio de
transmisión. El protocolo más frecuente es el IEEE 802.11b y transmite a 2.4
GHz, alcanzando velocidades de 11Mbps (Megabits por segundo). Las etapas de
comunicación son:
Cuando el usuario final accede a un
navegador de Internet y solicita alguna información o teclea una dirección
electrónica, se genera una señal digital que es enviada a través de la tarjeta
de red hacia el modem. El modem especial convierte la señal digital a formato
analógico (la modula) y la envía por medio de un cable coaxial a la antena. La
antena se encarga de radiar, en el espacio libre, la señal en forma de ondas
electromagnéticas (microondas).
Las ondas electromagnéticas son
captadas por la radio base de la empresa que le brinda el servicio, esta radio
base a su vez la envía hacia el nodo central por medio de un cable generalmente
de fibra óptica o de otra radio de gran capacidad para conexiones punto a
punto. El nodo central valida el acceso del cliente a la red y realiza otras
acciones como facturación del cliente y monitoreo del desempeño del sistema.
Finalmente el nodo central dirige la solicitud hacia Internet y una vez que
localiza la información se envía la señal de regreso a la computadora del
cliente.
Microondas vía satélite: Utilizan para
la retransmisión de la señal un satélite que está en órbita terrestre. El
satélite recibe señales por su canal ascendente y las transmite por su canal
descendente a otras estaciones. Estos dos canales operan en frecuencias
diferentes para evitar las interferencias entre ellos.
SATÉLITE: Los actuales
satélites tienen dos tipos de orbita, circular y elíptica. Los satélites con
orbitas circulares se mantienen más o menos a la misma distancia de la tierra
pero su posición respecto a la superficie varia cada momento. Por su parte los
satélites de orbitas elípticas, tiene la característica que pueden permanecer
más tiempo viendo un mismo lugar de la tierra y sus orbitas son mucho más
largas. Aplicaciones: Difusión de televisión, telefonía enlaces a largas
distancias, constitución de redes privadas.
INFRARROJOS: Se basan en la
transmisión y recepción de luz infrarroja, sirven para enlaces muy
direccionables. Se emplean para transmisión dentro de la misma habitación ya
que no pueden atravesar las paredes, aunque se reflejan. Su principal
desventaja es que no atraviesa los objetos sólidos, aunque esto puede ser
también ventaja ya que un sistema infrarrojo en un cuarto no interferirá con un
sistema similar en cuartos adyacente.
PERTURBACIONES: Durante la
comunicación se pueden producir diferentes alteraciones y esto no ocurre solo
en el aspecto humano, sino que también podemos encontradnos con problemas en
las comunicaciones de datos o redes computacionales. Con nuestro trabajo
pretendemos dejar claramente al lector una idea de las perturbaciones que se
producen durante las transmisiones de datos. Observaremos que clase de
alteraciones son las más frecuentes, donde se producen y cómo podemos
evitarlas. PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIÓN. Todos los dispositivos eléctricos
y electrónicos emiten interferencias y/o son susceptibles a estas. Algunos
problemas que afectan la transmisión de datos son:
*El
ruido
*Distorsión
*Atenuación
*El
ruido: Señales eléctricas indeseables que se introducen en el equipo,
perturbaciones naturales y degradan el rendimiento de una línea de
comunicaciones. Los tipos de ruidos se pueden clasificar en los siguientes
grupos:
+Ruido
blanco o gaussiano: Es debido a la agitación térmica de los electrones en la línea
de transmisión, o a la inducción de líneas eléctricas adyacentes.
+Ruido
de impulsos o agujas: Es el principal causante de errores en la comunicación de datos.
Las principales fuentes de estos ruidos son cambios de voltajes en líneas
adyacentes, falsos contactos y arcos eléctricos en los interruptores o
relevadores en las oficinas telefónicas antiguas.
+Ruido
de intermodulación: Se produce cuando las señales de dos líneas independientes se
intermodulan y forman un producto que cae dentro de una banda de frecuencia que
difiere de ambas entradas, pero que puede caer dentro de una banda de una
tercera señal.
+Ruido
de amplitud: Este ruido comprende un cambio repentino en el nivel de
potencia, y es causado por amplificadores defectuosos, contactos sucios con
resistencias variables, cargas agregadas repentinas porque se conmuten nuevos
circuitos durante el día y por labores de mantenimiento.
*Distorsión: Es otra fuente
de errores en la transmisión de datos. Consiste en la alteración de la
información transmitida debida a factores naturales del medio de transmisión
usado.
+Distorsión
por atenuación: Ocurre cuando las altas frecuencias pierden potencia con mayor
rapidez que las frecuencias bajas durante la transmisión.
+Distorsión
por retraso: Ocurre cuando una señal se retrasa más a ciertas frecuencias
que a otras.
*Atenuación: Es una
característica intrínseca del canal, que se manifiesta con la perdida de
energía la señal cuando se propaga por el mismo. Es el cociente entre la
potencia emitida entre la potencia recibida. La atenuación se mide en decibeles
porque es la unidad logarítmica más adecuada para representarla.
MECANISMOS PARA
LA DETECCIÓN DE ERRORES
Las redes deben ser capaces de
transferir datos desde un dispositivo a otro con una exactitud total. Un
sistema que puede garantizar que los datos recibidos de un dispositivo son
idénticos a los transmitidos por otro es esencialmente inútil. Sin embargo,
siempre que se transmite datos de un origen a un destino, se pueden corromper
por el camino. De hecho, es más probable que buena parte del mensaje se vea
alterado en el transito que todos los contenidos lleguen intactos. Muchos
factores, incluyendo el ruido de la línea, pueden alterar o eliminar uno o más
bits de una unidad de datos determinada. Los sistemas fiables deben de tener
mecanismos para detectar y corregir tales errores.
*Técnica
del eco: Usada en situaciones interactivas. Cuando una estación recibe
una transmisión, la almacena y retransmite de nuevo a la estación emisora
(eco), esta compara el eco con el mensaje original y de esta determinar si se
presento un error y corregirlo.
*Técnicas
de detección automática de errores: Consiste en la adición al dato por
enviar de un marco de verificación de secuencias o FSC (Frame Check Sequence), el cual es obtenido a partir de los
datos a transmitir por medio de un algoritmo. Una vez recibido el mensaje, la estación
receptora aplica el mismo algoritmo a los datos recibidos y compara el FSC
obtenido de esta forma con el que se adiciono a los datos originales. Si son
iguales se toma el mensaje, de lo contrario se supone error.
*Verificación
de paridad en dos coordenas: Cuando de se transmite datos a un dispositivo que
cuente con un buffer, es posible extender la verificación de paridad simple añadiendo
un bloque de verificación de carácter (Block
Check Character BCC) al final del bloque de datos, el cual realizara la
segunda verificación de paridad a todo el bloque.
En la técnica de verificación de
paridad en dos coordenadas se pueden dar los siguientes casos (en rojo están los
bits erróneos)
*Verificación
por redundancia cíclica (CRC): Esta técnica es ampliamente usada
debido a que es fácil de implementar en los circuitos. Un mensaje puede verse
como un simple número binario, el cual puede ser dividido por una cantidad que
consideraremos constante, al efectuar la división (a módulo 2) se obtiene un
cociente y un residuo, este último es transmitido después del mensaje y es
comparado en la estación receptora con el residuo obtenido por la división de
los datos recibidos y el mismo valor constante. Si son iguales los residuos se aceptan
el mensaje, de lo contrario se supone un error de transmisión.
CORRECCIÓN DE
ERRORES
*Por
operador humano: Si los mensajes transmitidos son únicamente textos, puede
resultar más económico y fácil que un operador humano reciba e interprete el
mensaje y de ser necesario lo corrija usando su propio criterio. Algunos sistemas
que aplican verificación por paridad cambian automáticamente los caracteres con
error de paridad por el símbolo? Para que el operador humano pueda
identificarlos y corregirlos.
*Código
Hamming de corrección automática de errores: Como resultado los procesos físicos
que los generan, los errores en algunos medios (ejemplo, la radio) tienden a
aparecer en ráfagas y no de manera individual. El hecho de que los errores
lleguen en ráfaga tiene ventajas y desventajas con respecto a los errores
aislados de un solo bit. Por el lado de las ventajas, los datos de computadora
siempre se envían en bloques de bits. Suponga que el tamaño de bloque es de
1000 bits y la tasa de errores es de 0.001 por bit. Si los errores fueran
independientes, la mayoría de los bloques contendría un error. Sin embargo, si
los errores llegan en ráfagas de 100, en promedio solo uno o dos bloques de
cada 100 serán afectados. Las desventajas de los errores en ráfaga es que son
mucho más difícil de detectar y corregir que los errores aislados.
