“UNIDADES DE APRENDIZAJE SEPARADAS POR”

*        COMPRENDE SISTEMA ISO DE 7 CAPAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS

TOPICO 1 Conocer la forma, características en que se presentan los datos en la industria. Señales analógicas, señales digitales

Datos: Entidad capaz de transportar  información

Análogos: Valores continuos dentro de un intervalo.

Digital: Valores discretos

Señales: Representaciones eléctricas o electromagnéticas de los datos

Forma que los datos se propagan

Análoga: Varía continuamente

Se transmite por diferentes medios: cobre, fibra óptica, espacio

Digital: Use 2 componentes DC

Transmisión: Comunicación de datos mediante la propagación y procesamiento de las señales

La transmisión de los datos puede ser:

Análoga, para lo cual, se necesitan equipos moduladores y demoduladores, que transformen la señal digital a análoga (Modems).

Las señales análogas pueden ser transmitidas independientemente del contenido

Pueden ser datos digitales o análogos

Se atenúan con la distancia

Usa amplificadores para reconstruir la señal

También amplifica el ruido

Cuando se desea transmitir una señal digital por un medio análogo, se debe convertir de una señal a otra por medio de equipos Moduladores y Demoduladores (Módems). La señal se puede modular según diversos estándares, donde algunos de ellos son:

Modulación FM: Se varía la frecuencia de la señal cada vez que se  transmite un bit, según el valor de éste ( 1 ó 0).

Modulación AM: Se varía la amplitud de la señal cada vez que se  transmite un bit, según el valor de éste ( 1 ó 0).

Problema de estas modulaciones. Sólo un bit por período de la señal.

Modulación por fase (PM): Se varía la fase de la señal según los bits a transmitir. En este caso,  se pueden enviar varios bits, en un ciclo, al significar un desfase la representación de un número binario de 2, 3 ó más bits. Todo depende de la cantidad de división de los ángulos de los desfases permitidos.

Digital: Se utilizan equipos intermedios llamados DTU (Data Terminal Unit) que  adecuan la señal digital a transmitir según las características de la transmisión y la codificación a utilizar.

Dependiente del contenido de la señal

Distancia de transmisión limitada ya que se atenúa o varía  por el ruido y la dispersión

Utiliza repetidores, los que reciben la señal, regenera el patrón de unos y ceros y retransmite, evitando la atenuación

El ruido no se amplifica o es no acumulativo

Las señales recibidas desde un terminal, no son moduladas, sino se transmiten directamente a través de un canal digital, usando codificaciones (códigos de línea) que permitan disminuir  las pérdidas de información y sincronizar ambos DCE.

VENTAJAS DE LA TRANSMISION DIGITAL

Tecnología digital: Bajo costo (LSI; VLSI)  y menor tamaño

Integridad de los datos: Al utilizar repetidores en lugar de amplificadores, logra grandes distancias en líneas con menor calidad

Utilización de la capacidad

Gran ancho de banda con enlaces económicos

Alto grado de multiplexación utilizando técnicas digitales

Seguridad & Privacía: Encriptación

Integración :Los datos digitales o análogos son tratados y procesadas de forma similar

PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIÓN

La señal recibida puede ser distinta a la transmitida

Señales análogas: Alteraciones aleatorias que degradan la calidad de la señal

Señales digitales: bits erróneos

Estos errores se producen por

Atenuación y distorsión de la atenuación

Distorsión de retardo

Ruido

ATENUACIÓN

La energía de la señal disminuye con la distancia

Respecto a la potencia de la señal recibida:

Debe ser suficiente para ser detectada

Para ser recibida sin error, debe ser mucho mayor que el ruido

La atenuación aumenta en función de la frecuencia

RUIDO

Señales no deseadas que se insertan entre el transmisor y receptor

Ruido térmico

Agitación térmica de los electrones

Uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias: Ruido Blanco

Ruido de Intermodulación

Señales que aparecen y son la suma o la resta de señales de frecuencia original que comparten el medio

TOPICO 2 Conocer la forma en que se transmiten datos en el ámbito industrial (serial y paralelo).

Transmisión Serie: Se transmite Bit por Bit

        Baja a mediana velocidad

        Requiere menos conexiones (3 lineas)

        Mayor alcance:

                Sin modulación algunos cientos de metros

                Con modulación ilimitado

La velocidad de comunicación se expresa en bits/segundo (bps) o múltiplos como Mbps.

Requisitos:

El receptor tiene que identificar al inicio y el fin del mensaje o secuencia de bits

                También debe ser capaz de identificar el inicio y el fin de cada bit

Tipos: Dependiendo de la forma empleada para sincronizar el receptor con el transmisor se conocen dos tipos.

Serie Asincrónica: La señal de reloj no se incluye con los datos, el receptor y el transmisor deben ponerse de acuerdo antes sobre la velocidad de transmisión.

Ya que los relojes en el receptor y transmisor solo se sincronizan al inicio de la secuencia, se limita la cantidad de bits para que el error de sincronización no sea demasiado grande.

La unidad de datos es el byte o carácter, que se transmite separado por un tiempo totalmente variable.

La trama de un byte incluye un bit de inicio varios bits de datos, unos o varios bits de parada y opcionalmente un bit de paridad.

La línea toma el valor que marca cuando está inactiva.

Eficiencia de la transmisión serie asincrónica: Tenemos que para transmitir un byte se requieren al menos 2 a veces hasta 3 bts extra, por lo que la eficiencia de transmisión máxima es:

Serie Sincrónica: La señal contiene información del reloj entremezclada con los datos.

El receptor extrae el reloj de la señal para sincronizarse.

Como el receptor está siempre sincronizado con el transmisor, el número máximo de bits se puede incrementar sin aumentar el error de sincronización.

La unidad de datos es la trama, la cual contiene varios bytes de datos.

Para sincronizar el inicio y el fin de la trama se utilizan secuencias especiales de bits (flag), que no pueden ocurrir en el campo de los datos u otro.

Eficiencia de la transmisión serie sincrónica: Las tramas sincrónicas usan aproximadamente 8 bytes extra para transmitir hasta 1500 bytes de datos por lo que la eficiencia máxima es de:

Transmisión Paralelo: Se transmiten varios bits simultáneamente.

        Se Transmiten grupos de bits en paralelo.

        Alta velocidad.

        Muchas conexiones (n líneas + control)

        Longitud limitada a varios metros

        Velocidad en bytes/segundo o múltiplos como Mbytes/segundo

        Usada para comunicar equipos a muy corta distancia entre si.

TOPICO 3: Conocer los medios físicos de transmisión de datos, características, capacidades y limitaciones y relaciones con la forma física para manejarlos.

En relación al Modelo de Referencia ISO

        Capa 1: Medios de Transmisión

                Medios Magnéticos

Alambre de cobre

Par trenzado

Cable coaxial

Fibra de vidrio (fibra óptica)

Enlaces Inalámbricos

Medios Magnéticos: Es una forma de enviar datos desde un lugar a otro, almacenándolos en algún medio magnético (disco, cinta,etc.) y luego despachar la información por alguna vía terrestre o aérea.

Es útil cuando la información a transmitir es de un gran volumen, ejemplo: respaldo servidores, donde la cantidad de ancho de banda que se necesita es alto.

                Ventaja:        Gran Ancho de Banda

                                Bajo Costo

                Desventaja:        Retardo

Alambres de Cobre: Muchas redes de computadores usan el cobre como medio conductor de las señales eléctricas por razones de costo y conductividad.

La selección del tipo de conductor se realiza

Maximizando el ancho de banda,

Minimizando las interferencias y

Manteniendo un costo razonable

El par trenzado es económico

El coaxial tiene mayor BW

                Par Trenzado: Aplicaciones

Medio físico más común

Red Telefónica

Dentro de edificios: Para las PBX, tendido telefónico interno

Para redes de área local (LAN)

                        Para Redes Ethernet Industriales

Para lograr un retardo menor en la transmisión,  que los medios magnéticos se utilizan los cables de cobre, uno de los  cuales es el Par trenzado.

Par trenzado: 2 pares de cobre aislados, cubiertos de  material aislante de polietileno, por lo general de 1 mm de espesor, trenzados en forma helicoidal.

El propósito de torcer los alambres es reducir la interferencia eléctrica (interferencia de los campos electromagnéticos) de los pares cercanos.

Generalmente se colocan varios pares de alambres trenzados en un envoltorio común. El paso de trenzado es diferente para cada par para así reducir las interferencias aún más.

Características de la transmisión:

Análogo

Ej.: Amplificadores cada 5km a 6km

Dígital

Ej.: Repetidores cada 2km or 3km

Distancia limitada

Ancho de Banda limitado

Velocidad de datos limitada

Susceptible a interferencia y ruido

Existen diferentes tipos de pares trenzado, dependiendo del ancho de banda que soportan, lo que lo da el diámetro, el blindaje y la calidad de los alambres utilizados.

Permiten transportar señales análogas y digitales.

Está restringido a 4 pares.

Las diferentes categorías de Par telefónico existente en el mercado son:

Categoría 3: Ancho de Banda: 16 Mhz, Largo del torcido de 7.5 cm to 10 cm. Utilizado en telefonía.

Categoría 4: Ancho de Banda: 20 Mhz

Categoría 5 : Ancho de Banda: 100 Mhz (soporta redes de 100 Mbps y también de 155 Mbps), largo del torcido de 0.6 cm a 0.85 cm

Categoría 5E:Ancho de Banda 100 MHz (Soporta Gigabit Ethernet y ATM (622 Mbps))

Categoría 6: Ancho de Banda 200 MHz

Categoría 7  o Nivel 7:Ancho de Banda 600 Mhz. Soporta Ethernet Gigabit Ethernet a 100 mts.

        Tipos:

Unshielded Twisted Pair (UTP): Cable de par trenzado no apantallado, formado por 4 pares trenzados individualmente entre si.

Shielded Twisted Pair (STP)  Cable de par trenzado apantallado formado por 4 pares trenzados individualmente

Cable FTP (Foiled Twisted Pair) Par Trenzado Encintado  o cable de par trenzado apantallado mediante un folio de aluminio/ mylar e hilo de cobre para drenaje. Está formado por 4 pares trenzados individualmente

Cable SFTP (Shielded + Foiled Twisted Pair). Idéntico al anterior, pero con mejor apantallamiento al añadir una trenza de cable de cobre sobre la pantalla de aluminio del cable FTP.

• Ventajas:

• Bajo costo
• Gran Ancho de Banda y distancia
• Fácil instalación y mantención
• Gran difusión en el mercado
• Diferentes aplicaciones y escalabilidad

• Desventajas:

• No inmune al ruido electromagnético.
• Menor Ancho de Banda
• Menor Distancia

Cable Coaxial: Alambre de cobre rígido como núcleo, rodeado de material aislante o dieléctrico (generalmente plástico), seguido por un conductor con un tejido fuertemente trenzado, el cual se cubre  con una envoltura  protectora de plástico.

La construcción y blindaje del cable coaxial le confieren  una buena combinación  de elevado ancho de banda y excelente inmunidad al ruido

Aplicaciones:

Medio más versátil

Distribución de Televisión

 TV Cable

Transmisiones de largas distancia  y gran capacidad en telefonía

Puede llevar 10,000 canales de voz simultáneamente

Está siendo reemplazado por la fibra óptica

Cortas distancias en links de computación

Local area networks

Características de la Transmisión:

Análogo

Amplificadores cada pocos km

Permite mayores frecuencias, sobre 500MHz

Digital

Repetidores cada  1km

Permite grandes velocidades de datos pero con restricciones respecto a los repetidores y conexionado

Existen 2 tipos de cable:

Uno utilizado en transmisión de señales en redes de área local (señales digitales) con una impedancia de 50 Ώ.

Y otro utilizado para la transmisión de señales análogas como telefonía o TV-Cable, con una impedancia de 75 Ώ.

Ventajas:

Las tasas de transmisión son altas, pudiendo alcanzar de 1 a 2 Gbps  en cables de 1 Km.

Por su composición tiene una buena inmunidad al ruido.

Desventajas:

Mayor costo

Difícil instalación por su poca flexibilidad.

Alta tasa de fallas en redes de computadores

Tx en Banda Base:

Se utiliza para implementación de redes de área local (ej: 10Base2)

Es usual la codificación Manchester o Manchester diferencial.

Posee impedancia de 50 Ώ.

La conexión se realiza por conectores BNC, y en las bifurcaciones se utilizan uniones T o vampiros

Tx en Banda Ancha:

Sistema de Cableado muy utilizado en la Televisión por Cable

La TX análoga llega a 450 Mhz a 100 Km.

El espectro se divide en canales de 6 Mhz para: TV, Data (Cable Modem), Telefonía, Audio CD.

Cubren un área mayor, por lo cual se necesita la modulación por señales análogas.

Para lograr largas distancias se utilizan  amplificadores analógicos, para reforzar  la señal en forma periódica, en los cuales se puede transmitir señales sólo en una dirección.

Para transmitir en ambas direcciones, se utilizan dos métodos:

Sistemas de Cable Dual:  2 cables que corren en paralelo, el dispositivo head-end (raíz del árbol de los cables) es el encargado  de transferir al otro cable.

Sistema Cable Sencillo: Asigna bandas de frecuencias diferentes para transmitir y recibir, es el head-end, quien cambia la señal de una banda a otra. Ejemplo: Sistema Subdividido: 5 a 30 Mhz, tráfico entrante y 40 a 300 Mhz, tráfico saliente; Sistema dividido por la mitad: banda entrada : 5 a 116 Mhz, banda salida: 168 a 300 Mhz.

        Fibra Óptica: La fibra de vidrio delgada, de diámetro inferior a 250 mm se recubre de un forro plástico que la proteje y permite doblarla sin romperla.

Atenuaciones muy bajas (< 0,02 dB/km)

Sin interferencias electromagnéticas

•         Beneficios

Gran capacidad

• Velocidades de transmisión de datos de cientos de Gbps

Tamaño y peso pequeño

Baja atenuación

No le afecta el ruido electromagnético

Transmisiones a larga distancia

Transmisiones Metropolitanas

Acceso a áreas rurales

Bucles de abonado (la última milla)

LAN

Características de la transmisión:

Actúa como una guía de onda para  rango de frecuencia de 1014 a 1015 Hz

Porción de infrarrojo y espectro de luz visible

Se utilizan dos fuentes de luz diferentes para su transmisión:

Light Emitting Diode (LED)

Barato

Opera en un rango mayor de temperatura

Vida Media superior

Injection Laser Diode (ILD)

Más eficaz

Logra velocidades de transmisión superiores

Wavelength Division Multiplexing: Multiplexación por división en longitudes de onda

Componentes del Cable de Fibra:

Núcleo: A través del cual se propaga la luz (Fibra Multimodo: 50 micras, Fibra Monomodo: 8 a 10 micras)

Revestimiento de vidrio: Posee un índice de refracción menor que el núcleo de manera de mantener toda la luz en él.

Cubierta Plástica Delgada:  Protege el revestimiento.

Generalmente se  agrupan en varios pares de fibras dentro de un envoltorio exterior, que la protege.

Comparación con Cables de Cobre:

Ancho de banda de la Fibra es mucho mayor

Puede transmitir sobre 30 Km. sin repetidores, en cobre máximo 5 Km (Ahorro)

La fibra no está afecta al ruido electromagnético y a la corrosión.

La fibra es delgada y ligera

La fibra no tienen fugas de luz y son difíciles de intervenir (seguridad).

Las fibras no se afectan entre sí.

Las interfaces de fibra son  más caras que las de cobre.

Ventajas:

Ancho de Banda ilimitado

Pérdidas pequeñas

Inmune ruido electromagnético

Pequeño grosor y peso

No afecto a corrosión

Desventajas:

Manejo e instalación de la fibra complicado (Empalmes y derivaciones, por ejemplo)

Son inherentemente unidireccionales

El costo de las interfaces es mayor que el del tipo eléctrico

        Transmisión Inalámbrica:

Medio no guiado

Transmisión y recepción vía antenas

Direccional

Las emisiones son focalizadas en un rayo direccional

Los rayos o emisiones de las antenas deben estar alineadas cuidadosamente

Omnidireccional

Señal extendida

Las emisiones pueden ser recibidas por varias antenas a la vez

Frecuencias:

2GHz to 40GHz

Microonda

Altamente direccional

Punto a Punto

Satélite

30MHz to 1GHz

Omnidirectional

Emisiones de radio broadcast

3 x 1011 to 2 x 1014

Infrarrojo

Alcance Local

TOPICO 4: Analizar y entender la estructura de capas del modelo de referencia ISO para la comunicación de datos.

Necesidad de componer servicios, bajo acoplamiento, seguridad, eficiencia, estructuración, independencia de la implementación.

• Los estándares son necesarios para facilitar la interoperatividad entre equipos de distintos fabricantes y estimular la economía a gran escala.

• Una sola normalización no es suficiente para las tareas de comunicación debido a su complejidad. Es necesario dividir las funciones en tareas más manejables y organizarlas como una arquitectura de comunicaciones.

Estructuración del modelo:

Jerarquización por capas en la que cada capa realiza un conjunto de funciones relacionadas entre sí, necesarias para comunicarse con otros sistemas.

Cada capa sustenta a la inmediatamente inferior, que realizará funciones más primitivas ocultando detalles a las superiores.

TOPICO 5: Analizar y clasificar las tareas que realiza cada capa en el modelo ISO.

Flujo de la información en OSI

La comunicación se realiza entre aplicaciones de dos computadores (proceso emisor y proceso receptor).

El proceso emisor pasa los datos a enviar a la capa de aplicación, que le añade una cabecera de aplicación (AH).

Los datos originales más la cabecera de aplicación pasan como una unidad a la capa de presentación, la cual le añade su propia cabecera (PH).

Y así sucesivamente, hasta llegar a la capa de enlace, que le añade una cabecera (DH) y una cola (DT) y los pasa a la capa física.

La capa física transmite en forma de bits los datos al computador donde se encuentra el proceso receptor.

A partir de ahí se realiza el mismo proceso pero en sentido inverso: cada capa analiza su cabecera correspondiente y pasa el resto de datos a la capa superior, hasta llegar a la capa de aplicación que tras analizar su cabecera pasa al proceso receptor los datos enviados por el proceso emisor.

TOPICO 6: Descripción de las técnicas de control de acceso a la red.

Control de acceso al medio ( MAC ) :

• Ensamblado de datos en tramas con campos de direccionamiento y detección de errores .
• Desensamblado de tramas, reconocimiento de direcciones y detección de errores .
• Control de acceso al medio de transmisión LAN .

Control de enlace lógico ( LLC ) :

• Interfaz con las capas superiores y control de errores y de flujo .

Cada capa toma las tramas y le añade una serie de datos de control antes de pasarla a la siguiente capa .

/<--- segmento TCP ---->/

/<----------- datagrama IP ---------------->/

/<--------- unidad de datos de protocolo LLC ------------->/

/<------------------------------------------ trama MAC ------------------------>/

Control de acceso al medio.-

Una red es un entorno en el que diferentes host y dispositivos comparten un medio de transmisión común. Es necesario por ello establecer técnicas que permitan definir qué host está autorizado para transmitir por el medio común en cada momento. Esto se consigue por medio de una serie de protocolos conocidos con el nombre de Control de Acceso al Medio (protocolos MAC).

Según la forma de acceso al medio, los protocolos MAC pueden ser:

• Determinísticos: en los que cada host espera su turno para transmitir. Un ejemplo de este tipo de protocolos determinísticos es Token Ring, en el que por la red circula una especie de paquete especial de datos, denominado token, que da derecho al host que lo posée a transmitir datos, mientras que los demás deben esperar a que quede el token libre.

• No determinísticos: que se basan en el sistema de "escuchar y transmitir". Un ejemplo de este tipo de protocolos es el usado en las LAN Ethernet, en las que cada host "escucha" el medio para ver cuando no hay ningún host transmitiendo, momento en el que transmite sus datos.

TOPICO 7: Las Topología de las redes de datos.

Conectividad: Conexión de los diferentes elementos de la red.

Dos tipos de conexión básicos:

Punto a punto (peer-to-peer). Cada elemento es conectado a otro por medio de un enlace físico

Multipunto (multipoint). Todos los elementos están conectados a un solo

enlace físico

Topologías de Red.

Es la forma en que se conectan los componentes de una red multipunto.

Puede referirse a la forma lógica (como se mueven los datos en la red) o física (como restan conectados físicamente.

Existen tres topologías básicas.

 Estrella

 Anillo

 Bus.

Token Ring, fue ideado por IBM.

Transmision a 4 Mbps o 16 Mbps (o 100 Mbps en HighSpeed-Token ring), Token Ring usa una topología lógica de anillo y una topología física de estrella.

La NIC de cada computadora se conecta a un cable que, a su vez, se enchufa a un equipo concentrador central llamado MAU (unidad de acceso a multiestaciones).

Token Ring se basa en un esquema de ACCESO AL MEDIO de paso de señales (token passing), es decir que pasa un token (o señal) a todaslas computadoras de la red.

La computadora que posee el token tiene autorización para transmitir su información. Cuando termina, el token pasa a la siguiente computadora del anillo. Si la siguiente computadora tiene que enviar información, acepta el token y procede a enviarla. En caso contrario, el token pasa a la siguiente computadora del anillo y el proceso continúa.

Red FDDI

        Topologia Lógica de doble anillo (respaldo) en Fibra.

Puede alcanzar velocidades de transmisión de hasta 100 Mbps y utilizaun método de acceso al medio basado en paso de token (token passing).

Cada estacion puede ser conectada al concentrador con redundancia automatica (DAS, Dual Attached Station) o sin ella (SAS, Single AttachedStation)

Red ETHERNET (IEEE 802.3)

Topolgia logica: BUS,

topologia Fisica: Estrella o Bus.

Acceso al Medio: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Colission

Detection)

Segun velocidades:

Ethernet 10 Mbps

Fast Ethernet 100 Mbps

Gigabit Ethernet 1000 Mbps

Medio Fisico:

Par trenzado, Coaxial, Fibra.

CSMA / CD

Carrier Sense Multiple Access /Colission Detection

En el método de acceso CSMA/CD, los dispositivos de red que tienen datos para transmitir funcionan en el modo "escuchar antes de transmitir". Esto significa que cuando un nodo desea enviar datos, primero debe determinar si los medios de red están ocupados.

1. El dispositivo que desea transmitir “escucha” el canal y si este está desocupado, puede comenzar a transmitir. Si no, sigue escuchando hasta que el medio se desocupe (cuando esto sucede deja un espacio mínimo para no confundir transmisiones).

2. Si durante la transmisión de una trama se detecta una colisión, entonces las estaciones que colisionan abortan el envío de la trama. Después de una colisión, las estaciones esperan un tiempo aleatorio (tiempo de backoff) para volver a transmitir una trama. Según esto, el que obtenga primero el canal desocupado, lo puede ocupar.

*        INTERPRETA LOS ESQUEMAS DE ENCAPSULACIÓN DE DATOS EN SISTEMAS DE COMUNICACIÓN

TOPICO 1: Entender las estructuras de los datos en un sistema de bus de campo, basado en el modelo de referencia  ISO.

Elección de una red industrial

 Requisitos de aplicación

– Aplicabilidad del nivel físico

– Capacidades de RED

– Integración con equipos existentes

– Velocidad y requisitos de temporización

– Disponibilidad de componentes

Coste

– Instalación, dispositivos, formación y mantenimiento

EL MODELO OSI

El modelo de referencia OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) fué desarrollado por el ISO (Organización Internacional de Normalización) para establecer una estructura común dentro de las redes de comunicación, dividiendo el conjunto de tareas de comunicación en siete niveles.

El modelo permite que cada nivel se ocupe de unas tareas y utilice los servicios de niveles inferiores sin necesidad de preocuparse de cómo funcionan, asegurando una compatibilidad entre máquinas a cada nivel.

Se pueden dividir los niveles en dos grupos:

• o        Servicios de soporte al usuario (niveles 7, 6 y 5).
• o        Servicios de transporte (niveles 4, 3, 2 y 1).

Descripción de niveles OSI

• o        Nivel 7, aplicación: se encarga de proporcionar un entendimiento entre usuarios de distintos equipos, sin importar el medio ni el protocolo empleado. Es decir, establece un tema de diálogo.
• o        Nivel 6, presentación: facilita la comunicación a nivel de lenguaje entre el usuario y la máquina que esté empleando para acceder a la red.
• o        Nivel 5, sesión: establece el control de comunicación, indicando quien debe transmitir o recibir, además de señalar el inicio y fin de la sesión de comunicación.
• o        Nivel 4, transporte: establece el medio de comunicación, asegurando la transferencia de información sin errores en ambos sentidos.
• o        Nivel 3, red: se encarga del encaminamiento de mensajes entre nodo y nodo, a través de un medio físico, sin importar el contenido del mensaje.
• o        Nivel 2, enlace: mantiene la comunicación entre cada par de nodos de la red, apoyándose en un medio físico de conexión.
• o        Nivel 1, físico: establece los medios materiales para efectuar el enlace entre nodos (conectores, cables, niveles de tensión, etc).

Dentro de los buses de campo sólo tienen interés práctico los niveles 1 a 4, ya que el modelo OSI está pensando para el caso general de grandes redes de telecomunicación de tipo WAN.

TENDENCIAS FUTURAS

Que es un bus de campo?

Los buses de campo son protocolos y tecnologías de comunicación utilizados en automatización y control de procesos industriales. Distinguimos entre buses de campo propietarios y buses de campo abiertos.

Los buses de campo propietarios son propiedad intelectual de una compañía particular. No se puede hacer demasiado con ellos a menos que se adquiera una licencia. estas son controladas a discreción del propietario, sometidas a restricciones de uso y a elevados pagos de derechos. Esto no ocurre con los buses de campo abiertos, para los que consideramos estos criterios básicos:

sus especificaciones completas deben estar publicadas y disponibles a precios razonables a cualquiera que desee adquirirlas.

Sus componentes críticos deben estar disponibles en las mismas condiciones.

Procedimientos de validación y homologación bien definidos y abiertos a cualquiera.

en resumen, cualquiera puede utilizarlos o desarrollar productos basados en ello a un coste y esfuerzo razonable.

Un bus de campo permite:

• o        Interconectividad: equipos de diferentes fabricantes pueden ser conectados a un mismo bus con seguridad.
• o        interoperabilidad: posibilidad de conectar con éxito elementos de diferentes suministradores.
• o        Intercambiabilidad: equipos de cualquier procedencia pueden ser reemplazados por equipos funcionalmente equivalentes de otras procedencias.
• o        La interconectividad es el mínimo común denominador y no ofrecen beneficios significativos por sí misma. Si la interoperabilidad no puede ser lograda, la implementación de bus de campo carece de valor y es inútil, la última meta es la intercambiabilidad. Sólo podrá ser lograda si las especificaciones son completas y el permanente pertinente sistema de comprobación y validación tiene lugar.

Hacia un standard en Communicaciones Digitales

La del desarrollo de buses de campo, ha sido un área tecnológica envuelta en la polémica en los últimos años, hasta el punto de llegarse a hablar de la guerra del bus de campo. La polémica se centra en las características de este área tecnológica, donde paralelamente concurren múltiples desarrollos, tanto abiertos como propietarios, tratando de imponerse. En especial los desarrollos abiertos, y los intentos de definir un estándar, amparados en distintos organismos o asociaciones técnicas normalizadoras en el ámbito internacional, se contraponen dando lugar al conflicto. Centrado especialmente en las definiciones de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) para el bus de campo estándar, contestadas desde otros organismos normalizadores como CENELEC, impulsores de estándares alternativos; o las fundaciones impulsoras de buses abiertos como Profibus.

Desde estos organismos se consideran como insuficientes e incluso obsoletas ya antes de su implantación, quedando patente la dificultad de imponer un estándar que resulte suficientemente amplio y flexible para recoger un amplio estado de la técnica y rango de funcionalidad propio de los buses de campo, a la vez que lo suficientemente específico para resultar operativo como estándar. Habiendo realizado en este trabajo en acercamiento a varias decenas de desarrollos que difieren sustancialmente en Concepción, funcionalidad y morfología, queda claro que no es de esperar que en cualquiera de sus el estándares el se imponga y conduzca de inmediato a la posibilidad de conexión y utilización directa ni cualquier equipo. Más bien deben considerarse en un doble sentido, profundizando en la solidez de las definiciones de cada plataforma abierta, incrementando la seguridad de los desarrollos incluidos interfaces, pasarelas y productos mixtos; así como recoger los avances del estado de la técnica en criterios de mínimos convergentes en los nuevos desarrollos.

Las tendencias en nuevos desarrollos en buses de campo, se centran en la mejora de eficacia y rendimiento, así como la calidad de servicio, esto es, el aseguramiento de anchos de banda a canales críticos y de tiempo real. Asimismo, existen desarrollos que hacen disponibles avances de restado de la técnica en prestaciones, tales como comunicaciones inalámbricas, mayores anchos de banda, así como mayor flexibilidad y control a la hora de disponer de estas. Se imponen desarrollos basados en nuevos modos de transmisión asíncrona de altas prestaciones, que engloban las características citadas de eficacia, rendimiento y soporte de aplicaciones de tiempo real con aseguramiento de flujo de datos.

El avance del estado de la técnica conlleva, asimismo, la disponibilidad de nuevos desarrollos y estándares en conectores y modos de transmisión serie, en muchos casos utilizados como base de implementación de buses de campo. Tras el ocaso de el conector RS-232 y sus sucesores como conectores serie universales, aparecen nuevas alternativas como Firewire o USB, con fuerte penetración en entornos informáticos, para soportar las necesidades de conexión del bus de campo.

Más allá de la evolución del estado de la técnica, e igualmente importantes, están las herramientas y procedimientos de implementación. Los organismos gestores de especificaciones abiertas de importancia, tales como Profibús, mantienen estrictos procedimientos de validación de desarrollos. Asimismo mantienen herramientas y kits de desarrollo para los fabricantes, que permiten el diseño de productos conformes. Con ellos se pueden asegurar factores importantes como la interoperabilidad, necesarios para la certificación de equipos. Por supuesto, sistemas de gestión de desarrollos bajo Windows 95/98/NT figuran entre las novedades. Profibús figura entre las especificaciones más activas, no sólo en cuanto a desarrollo, sino por su beligerancia en la "guerra del bus", centrada en el IEC 1158.

TOPICO 2: Reconocer las estructuras de tramas para encapsular datos.

Es responsabilidad de la pila de protocolo proporcionar comunicación entre los distintos dispositivos de la red. Una pila de protocolo es el conjunto de reglas que definen cómo ha de viajar la información a través de la red.

Un ejemplo de esto podría ser TCP/IP. El modelo de referencia OSI proporciona un marco común necesario para la mayoría de las pilas de protocolo. Cada capa del modelo permite que los datos circulen a través de la red.

Estas capas intercambian información para proporcionar la debida comunicación entre los dispositivos de red. Las capas se comunican entre sí a usando unidades de datos del protocolo (PDU). Estas PDU controlan información que se agrega a los datos del usuario.

La información de control reside en campos denominados cabecera e información final. En la figura, la cabecera MAC(Control de acceso al medio) y la secuencia de verificación de trama (FCS) de la capa de enlace de datos representa una cabecera y una información final.

Debido a que la PDU puede incluir información diferente según suba o baje por las capas, se le asignan nombres con arreglo al tipo de información que transporta. Por ejemplo, en la pila de protocolos TCP/IP(véase la figura 1.7), una vez que se ha agregado una cabecera TCP de capa de transporte a los datos de la capa superior, dicha unidad se denomina segmento.

El segmento se baja entonces a la capa de red, donde se le añade una cabecera IP, convirtiéndose en un paquete. El paquete se inserta en una cabecera de capa “, convirtiéndolo en una trama. Por último, la trama se convierte en bits y las señales eléctricas se transmiten a través del medio de la red.

TOPICO 3: Interpretar y analizar las tramas de un sistema para separar campos y datos.

        Formato de Tramas

El Nivel de Enlace fragmenta la secuencia de bits (que le pasa el Nivel de Red) en tramas, antes de cedérsela al Nivel Físico.

Cada trama contiene una cabecera y un final, que permite:

Detectar el comienzo y final de la trama (sincronismo)

Identificar el destinatario

Detectar errores

Corregir errores

La cabecera y fin de trama incluyen información de:

El tipo de protocolo de enlace

El método de sincronización

Redundancia de los datos

Ejemplo. Datos a transmitir:

1110001100001001 1100010001000000 1000011110000110 .....

Sincronización

Sincronización de bit: resuelta por el Nivel Físico

Sincronización de carácter: en protocolos orientados a carácter

Transmisión asíncrona.

Transmisión síncrona.

Sincronización de trama: datos de nivel superior.

Tramas de longitud fija: delimitador de principio de trama

Tramas de longitud variable:

Delimitadores de principio y fin

Delimitadores de principio y cuenta

Banderas de sincronización

Sincronización de caracter

El receptor debe distinguir, dentro de un flujo de bits, cuáles corresponden a un carácter y cuáles al siguiente.

Es necesario conocer el número de bits por carácter

Transmisión asíncrona:

Intervalos de arranque y parada

Sencillo pero ineficaz

Transmisión síncrona:

Se transmiten los datos un bit tras otro sin símbolos especiales conjuntamente con la información de sincronismo.

Es necesario emplear algún esquema de bits cuyo reconocimiento permita a transmisor y receptor interpretar los bits de un carácter de la misma forma

Sincronización de Trama

Una vez alcanzadas las sincronizaciones de bit y carácter

Para delimitar unidades formadas por datos correspondientes al nivel superior, información de control del protocolo y bits de redundancia

Tramas de longitud fija:

Todas las tramas poseen la misma longitud

Símbolo de principio de trama

Para saber dónde comienza la trama

Impone fuertes restricciones e ineficiencias a los protocolos

Tramas de longitud variable:

Delimitadores de principio y fin

Símbolos de comienzo y de fin de trama

Suelen aparecer, además, otros caracteres de control e información de redundancia de verificación de trama

Problema de transparencia de los datos

Delimitadores de principio y cuenta

Símbolo de comienzo de trama

Cabecera de longitud fija

Datos de longitud variable (especificada en la cabecera)

Banderas de sincronización

Trama de estructura fija

Delimitada por una secuencia particular

Problemas de transparencia de los datos

La fragmentación (formación de tramas) es compleja:

Tamaño óptimo de la trama

Mejores secuencias de cabecera y fin

Mejor información de redundancia

Transparencia de cabecera y fin en los datos

Detección del fin de una trama y comienzo de la siguiente

Algunos métodos:

Temporización (poco utilizado)

Cuenta de bits

Caracteres de inicio y fin

Caracteres de inicio y fin con relleno de bits

Cuenta de BITS

Se indica, para cada trama, su longitud:

Problemas:

_ Se pierde la sincronización si se transmite mal la longitud

_ Se pierde la sincronización si se produce un error de cuenta

_ Se pierde la sincronización si se pierde uno o varios bits

_ No se sabe dónde empieza la siguiente trama

_ No se sabe dónde comenzaría la retransmisión

Secuencia de Inicio Fin

Cada trama comienza con una secuencia de bits fácilmente reconocible (DLE STX)

Cada trama termina con una secuencia de bits fácilmente reconocible (DLE ETX)

*        COMPRENDE TÉCNICAS DE TRANSFERENCIA DE DATOS EN SISTEMAS RS232; RS485

TOPICO 1: Transmisión de datos en Serie y en paralelo; conversión de serie a paralelo y viceversa.

Paralelo

Todos los bits se transmiten simultáneamente, existiendo luego un tiempo antes de la transmisión del siguiente boque.

Este tipo de transmisión tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas cuando la distancia es muy corta. La principal ventaja de esto modo de transmitir datos es la velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo.

También puede llegar a considerarse una transmisión en paralelo, aunque se realice sobre una sola línea, al caso de multiplexación de datos, donde los diferentes datos se encuentran intercalados durante la transmisión.

Transmisión en paralelo

Serie

En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la misma línea.

Transmisión en serie

A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el último bit es de paridad.

In aspecto fundamental de la transmisión serie es el sincronismo, entendiéndose como tal al procedimiento mediante el cual transmisor y receptor reconocen los ceros y unos de los bits de igual forma.

El sincronismo puede tenerse a nivel de bit, de byte o de bloque, donde en cada caso se identifica el inicio y finalización de los mismos.

TOPICO 2: Modos de comunicación de datos en serie; simplex, dúplex

Tipos de comunicación

En los canales de comunicación existen tres tipos de transmisión.

Simplex

En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor.

Duplex o Semi-duplex

En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este tipo de comunicación se utiliza habitualmente en la interacción entre terminales y un computador central.

Full Duplex

El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos simultáneamente. Para ello ambos transmisores poseen diferentes frecuencias de transmisión o dos caminos de comunicación separados, mientras que la comunicación semi-duplex necesita normalmente uno solo.

TOPICO 3: Tipos de señales eléctricas usadas; Señal RS232, RS 422; RS 485; lazo de corriente 4-20 ma.

Tipos Comunes de Conexión Serie

La conexión física se realiza a través de interfaces series normalizadas por la EIA

RS-232

RS-422

RS-485

TTY – Lazo de Corriente-20 Ma

Tipos de Interfaces

Interfaces Equilibrados: Utilizan la tensión en una línea, comparándola con otra para determinar una marca (un 1 lógico), y la tensión opuesta para determinar un espacio (un 0 lógico). Por ejemplo: RS-422 y RS-485

Interfaces No Equilibrados: Utilizan la tensión en una línea, comparándola con una señal de referencia (tierra) para determinar un 0 o un 1 lógico. Por ejemplo: RS-232 y RS-423

Comunicación Serie RS-232

Descripción

La RS-232 esta limitada por la distancia de conexión y velocidad. También esta limitada a la conexión punto a punto entre PC y dispositivos informáticos como modem, mouse, etc.

Elementos Básicos

• Frecuencia de reloj (Baud rate)

• Marca (Marking state)

• Bit de inicio (Start bit)

• Bits de datos (Data bits)

• Bit de paridad (Parity bit)

• Bits de stop (Stop bit)

Comunicación Serie RS-422

Descripción

La RS-422 trabaja en forma diferencial con las líneas que transmite y recibe, el circuito tiene solo dos hilos sin que exista una línea de masa común.

Los unos y ceros lógicos se establecen en función de la diferencia de tensión ambos conductores del circuito.

Comunicación Serie RS-422

Descripción

La RS-485 es una leve modificación de la RS-422, redefiniendo características eléctricas para asegurar un nivel de tensión adecuado a la máxima carga, incrementándose él numero de dispositivos.

En una red de dispositivos sobre un una simple línea, es necesario direccionar uno en particular.

Esto se puede realizar simplemente utilizando caracteres ASCII, constituyendo comandos de identificación del dispositivo y que este a su vez responde con los datos.

Esto es un esquema básico de protocolo de comunicación denominado comúnmente

maestro/esclavo (Master/Slave).

Comunicación Serie en Tensión – Comparativa

Comunicación Serie TTY-Lazo de Corriente

Descripción

El protocolo TTY o Bucle de Corriente-20 mA., está constituido por cuatro hilos conductores: transmisión + y -, recepción + y -. La identificación de los ceros y unos lógicos se efectúa abriendo o cerrando el circuito de corriente.

Se emplean niveles de tensión elevados y resistencias limitadoras de elevado valor, de forma que la resistencia del conductor tenga poca influencia en el circuito; esto permite distancias de comunicación superiores a las de RS-232.

TOPICO 5: Modelos de transmisión; banda base, modulación  y banda ancha.

Técnicas de Modulación:

Desplazamiento por Frecuencia:

Valores son representados por dos frecuencias diferentes, próximas a la de la portadora

Desplazamiento de Fase:

La fase de la portadora se desplaza para representar los datos digitales (desplazamiento= 180º)

Modulación de Código de Pulso (PCM)

Teorema del muestreo: Si una señal es muestreada en intervalos regulares a una alta velocidad al doble de la frecuencia de ella, el muestreo contiene toda la información de la señal original (Nyquist)

Modulación Delta 

        La entrada análoga es aproximada por una función escalera

Velocidad de Transmisión y Ancho de Banda

Señales limitadas por el ancho de banda:

• Si se tiene una señal que transmite “n” bps, el tiempo necesario para enviar 8 bits= 8/n  [s]

• Frecuencia de la primera armónica f= n/8 [Hz]

• Si esta señal se envía por un canal telefónico, cuya frecuencia de corte es 3Khz, el número de la frecuencia más alta será 3000/(n/8), es decir 24000/n.

• Por ejemplo: si se transmite a 9600 bps,  el número de la armónica más alta será : 2, obteniéndose en el receptor una señal distorsionada.

Teorema de Shannon:

• Si el canal tiene ruido, y S/N, es la relación Potencia de Señal/Potencia Señal ruido en decibeles, el teorema de Shannon determina que:

Velocidad máxima= B*log (1 + S/N)

Donde:

B= Ancho de Banda

S/N=10log(S/N) decibels

*        MANEJA PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES EN BUSES DE CAMPO; FIELDBUS, CAN, MODBUS

TOPICO 1: Entender los fundamentos de los protocolos de comunicación.

Los protocolos que se utilizan en las comunicaciones son una serie de normas que deben aportar las siguientes funcionalidades:

• Permitir localizar un ordenador de forma inequívoca.

• Permitir realizar una conexión con otro ordenador.

• Permitir intercambiar información entre ordenadores de forma segura, independiente del tipo de maquinas que estén conectadas (PC, Mac,AS-400...).

• Abstraer a los usuarios de los enlaces utilizados (red telefónica, radioenlaces, satélite...) para el intercambio de información.

• Permitir liberar la conexión de forma ordenada.

Los protocolos de comunicaciones definen las normas que posibilitan que se establezca una comunicación entre varios equipos o dispositivos, ya que estos equipos pueden ser diferentes entre sí. Un interfaz, sin embargo, es el encargado de la conexión física entre los equipos, definiendo las normas para las características eléctricas y mecánicas de la conexión.

PROTOCOLO

 PASOS:

• Definición Del Servicio

• Primitivas De Soporte Y Suposiciones Del Entorno

• Reglas Del Protocolo

• Vocabulario De Mensajes

• Codificación

DESARROLLO:

• Definición Del Servicio

• Se desea realizar un protocolo de aplicación que permita transferir archivos entre un SERVIDOR hacia un CLIENTE.

TOPICO 2: Entender las características, aplicaciones y limitaciones de los diferentes protocolos de comunicación industriales (FieldBus, ModBus, DeviceNet, etc.)

Fieldbus:

• Información transmitida en palabras o tablas

• Variables analógicas y algunas digitales

• Conectan dispositivos, controladores, Pc´s.

• Función : Repartir la aplicación.

• FF, Profibus, WorldFIP, ControlNet

Sensorbus:

• Información transmitida en bits

• Variables digitales

• Conectan captadores , actuadores ,botoneras, interruptores, etc. con un controlador central

• Función : distribuir E/S digitales

• ASi, FlexIO

Devicebus:

• Información transmitida en bytes

• Variables digitales y algunas analógicas

• Conectan dispositivos, controladores, Pc´s.

• Función : Compartir dispositivos de campo entre varios equipos de control y comando.

• CAN, Device-Net, SDS,DWF

Características del bus AS-i

Especificación CAN

- El protocolo abarca las capas física (parcialmente) y de enlace de datos.

- Velocidad hasta 1 Mbps.

Protocolo de comunicaciones orientado a los mensajes

- Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP) - Resolución de colisiones.

- Alta probabilidad de detección de errores.

- Capacidad de implementar control en tiempo real.

Escalabilidad.

- PDU (protocol data unit): tramas (frames) de datos/ remotas/ de error/ de sobrecarga

DeviceNet

Redes FF

PROFIBUS

Protocolo MODBUS

• Desarrollado por Modicon para comunicación entre PLC’s.

• Debido a su simplicidad y especificación abierta, actualmente es ampliamente utilizado por diferentes fabricantes.

• Entre los dispositivos que lo utilizan podemos mencionar: PLC, HMI, RTU, Drives, sensores y actuadores remotos.

• El protocolo establece cómo los mensajes se intercambian en forma ordenada y la detección de errores

Principales Características

• Control de acceso al medio tipo Maestro/Esclavo.

• El protocolo especifica: formato de trama, secuencias y control de errores.

• Existen dos variantes en el formato: ASCII y RTU

• Sólo especifica la capa de enlace del modelo ISO/OSI.

• A cada esclavo se le asigna una dirección fija y túnica en el rango de 1 a 247.

• La dirección 0 esta reservada para mensajes de difusión sin respuesta.

TOPICO 4: Análisis y caracterización de las redes; ámbito de acción de una red de nivel de campo; de nivel local y nivel extenso.

Necesidades

Clasificación de redes industriales

TOPICO 5: Entender y manejar las características y capacidades de las redes de campo, redes locales y redes extensas. Nivel de controlador, máquina, TCP/IP, Ethernet.

Arquitecturas distribuidas ¿Porqué?

Reducción de cableado: Ahorro de costes de instalación

Máquinas Modulares: Facilidad de ensamblado

Máquinas escalables: Ampliación de mercados

Integración de dispositivos: Visión de sistema

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La estandarización de protocolos en la industria es un tema en permanente discusión, donde intervienen problemas técnicos y comerciales.

Cada protocolo esta optimizado para diferentes niveles de automatización y en consecuencia responden al interés de diferentes proveedores.

Por ejemplo Fieldbus Foundation, Profibus y Hart, están diseñados para instrumentación de control de procesos. En cambio DevicetNect y SDC están optimizados para los mercados de los dispositivos discretos (on-off) de detectores, actuadores e interruptores, donde el tiempo de respuesta y repetibilidad son factores críticos.

Por ejemplo en el mercado comercial de controladores de EE.UU. están los protocolos BACnet y LonMark.

Cada protocolo tiene un rango de aplicación, fuera del mismo disminuye el rendimiento y aumenta la relación costo/prestación. En muchos casos no se trata de protocolos que compitan entre sí, sino que se complementan, cuando se trata de una arquitectura de un sistema de comunicación de varios niveles

*        EXAMINA LAS TÉCNICAS DE MONITOREO DE TRANSFERENCIA DE DATOS

TOPICO 1: Maneja técnicas de control de flujo de datos

Asegura que en el receptor no se produzca overflow en sus buffers de recepción

Tiempo de transmisión

• Tiempo que demora la emisión de un bit en el medio

Tiempo de propagación

• Tiempo de un bit en viajar por el enlace

Control de flujo por método Ventana Deslizante

• Permite que múltiples frames estén en tránsito
• El receptor tiene un buffer de largo W
• El transmisor puede enviar hasta W frames sin ACK
• Cada frame es enumerado
• ACK incluye el número del próximo frame esperado
• El número de secuencia está limitado por al tamaño del campo asociado en el frame (k)

Protocolo Go Back N

• Basado en la ventana deslizante
• Si no existe error, se envía el ACK habitual indicando el próximo frame esperado
• Utiliza una ventana para controlar el número de frames o tramas pendientes
• Si existe error, se envía un Ack negativo ( reply with rejection)

• Se descarta desde ese frame todos los frames recibidos, aunque sean recibidos correctamente.
• El transmisor debe volver atrás y retransmitir el frame rechazado y todos los frames siguientes

TOPICO 2: Maneja técnicas de monitoreo de transferencia de datos.

Etapas de adquisición para monitoreo y control

Arquitecturas de Monitoreo

En un principio la computadora sólo era usada como máquina en la que se adquirían y desplegaban datos, pero no se realizaba control desde la computadora hacia el sistema.

Primeras aplicaciones de las computaras como visualizador de información

Posteriormente la utilización de las computadoras dio un paso más, al dar un tratamiento de los datos ingresados para su monitoreo y procesamiento, desplegando así avisos para el usuario, tanto visuales como sonoras. En esta etapa el procesamiento ya implicaba cálculos y comparaciones con valores establecidos.

Tratamiento de información ingresada por un computador.

En la actualidad los computadores interactúan sobre el proceso, donde además e recibir y procesar la información, ejecuta el control sobre los elementos del sistema. Así el computador debe de asumir el modelo del controlador para la planta.

El computador como unidad de control y monitoreo.

Control multiproceso

En esta configuración el computador se encarga de gobernar varios procesos simultáneamente, esto se dio como posible debido a los avances en la velocidad de procesamiento y en las arquitecturas del computador, así entre dos muestras hay tiempo suficiente como para muestrear otras señales o valores.

Control descentralizado

Esta estructura brinda una mayor seguridad ante fallas de computador, ya que se compone de reguladores digitales inteligentes, los cuales ante un fallo del computador mantiene la posibilidad de reconfiguración. Una desventaja que presenta son los costos elevados de las unidades reguladoras inteligentes. Como ventaja es la versatilidad para adoptar una estructura centralizada o distribuida.

¿Qué es tiempo real?

Se define como “el desempeño de un cálculo durante el tiempo actual que el proceso físico ocurre”

En términos rigurosos, un sistema de control en tiempo real es aquel que no introduce retardos de tiempo o bandas muertas entre la recepción de una medición de proceso y la salida de una señal de control, la mayoría de los sistemas de control de procesos continuos operan en tiempo real.

La mayoría de los sistemas de control de procesos continuos operan en tiempo real.

TOPICO 3: Maneja técnicas de corrección de errores en transmisión de datos

• Función Principal

• Asegurar que todas las tramas sean entregadas, sin error, a la capa de red del extremo receptor y, además, en el orden correcto.

Errores de Transmisión

• Son producidos por: rayos, bajas de energía,  y otras interferencias electromagnéticas (motores eléctricos).
• La interferencia puede:

• destruir parcialmente la señal.
• destruir completamente la señal.
• crear ruido aleatorios que parecer datos reales.

• Mecanismos de detección:

• Bit de paridad
• Sumas de chequeo
• Chequeo de redundancia longitudinal
• Chequeo de redundancia cíclica

• Para detectar los errores es necesario que el emisor sea realimentado por el receptor, de modo que el emisor sepa que sucede en el otro extremo de la línea. (Ack, NAck)
• El receptor y el emisor deberán tener el mismo mecanismo de detección de errores.

• CRC                        - Paridad
• Checksum

• Hay que incorporar temporizadores en el extremo emisor y receptor. (TOUT)
• Se debe asignar números de secuencia a las tramas.

Chequeo vía bits de Paridad

• Similar al bit de paridad de la RS-232
• Principal problema es que este técnica no es capaz de detectar patrones de error típicos. Ej. como errores dobles.
• Alternativas: agregar más bits de paridad.
• Problema: Overhead

Chequeo vía Sumas 

• Sumas de chequeo:
• El tx envía la suma palabras de 16 o 32 bits de un paquete.
• El receptor efectúa la misma evaluación para detectar errores.

Chequeos de Redundancia Cíclicas

• Las sumas de chequeo son superadas por los chequeos de redundancia cíclicas (Cyclic Redundancy Check o CRC) en su capacidad para detectar errores.
• También son conocidos como secuencias de chequeo de trama (Frame Check Sequence o FSC)
• La idea es interpretar los datos a codificar como un polinomio. Este es multiplicado por una potencia de dos (2n*M)y luego dividido por otro polinomio de menor grado (P). Finalmente se envía 2n*M+R, donde R es el resto de la división

Ejemplo de CRC

• Considere:

• Mensaje M = 1010001101 (10 bits)
• Polinomio codificador: 110101 (6 bits)
• Resto (CRC o FCS): por ser calculado (5 bits)

• Pasos:

• El mensaje se multiplica por 25 (siempre es uno menos el grado del polinomio codificador)
• El producto se divide por P. Se usa aritmética módulo 2.
• El resto es sumado al producto 25 * M.
• El receptor detecta la presencia de errores cuando al hacer su división el resto resulta no nulo.

Errores de Transmisión

• Códigos de Corrección

• Incluye información redundante acerca de la trama
• En caso de error, indica dónde se encuentra en la trama.

• Códigos de Detección

• Incluye menos información redundante
• Sólo indica que ha ocurrido un error.

Códigos de Corrección

• Códigos de Corrección
• Distancia Hamming entre 2 palabras (secuencia de bits)

• Se aplica la operación OR EXCLUSIVO
• EJ: 1000 1001  y 1011 0001 tienen distancia=3
• Existen Palabras válidas y Palabras no-válidas
• Distancia del código (palabras válidas)

• Código Hamming 

• Detección de “d” errores,  requiere de un código de distancia mínima “d+1”
• Corregir “c” errores, requiere de un código de distancia mínima “2c+1”

• Ejemplo:
• Palabras válidas:

• 00000 00000
• 00000 11111
• 11111 00000
• 11111 11111

• El código es de distancia=5, corrige errores dobles
• Si se recibe un “00000 00111” se supondrá que debió ser un “00000 11111”
• Si hubo error triple (se envió “00000 00000”), entonces no se corrige adecuadamente. (supuso mal)

*        MANEJA ESQUEMAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS CENTRALIZADO TIPO SCADA

TOPICO 1: Maneja los esquemas y protocolos de comunicación de sistemas centralizados de datos tipo SCADA.

SCADA es un acrónimo por “Supervisory Control And Data Acquisition” (control supervisor y adquisición de datos). Los sistemas SCADA utilizan la computadora y tecnologías de comunicación para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales.

Estos sistemas son partes integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos o muy geográficamente dispersos, ya que pueden recoger la información de una gran cantidad de fuentes muy rápidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas.

Características de las unidades maestras

Todas las MTU de SCADA deben presentar una serie de características, algunas de estas son las siguientes:

Adquisición de datos

Recolección de datos de las unidades terminales remotas (RTU)

Gráficos de tendencia

Salvar los datos en una base de datos, y ponerlos a disposición de los operadores en forma de gráficos.

Procesamiento de Alarmas

Analizar los datos recogidos de las RTU para ver si han ocurrido condiciones anormales, y alertar a personal de operaciones sobre las mismas.

Actualmente la industria se está desarrollando claramente hacia estándares abiertos:

ODBC, INTEL PC, sistemas estándares de gráficos, e ínterconectividad a sistemas de computación corrientes. En años recientes ha aparecido en el mercado un importante número de sistemas SCADA sobre plataformas INTEL PC, ya que éstas están aumentando rápidamente su capacidad y desempeño. Ejemplos de ellos son Citect, FIX de Intellution, KEPware yWonderware.

Los protocolos de comunicación

Se han desarrollado técnicas para la transmisión confiable sobre medios pobres, y es así que muchas compañías alcanzaron una ventaja competitiva respecto de sus competidoras simplemente debido al mérito técnico de sus protocolos. Estos protocolos por lo tanto tendieron a ser propietarios, y celosamente guardados.

Esto no representaba un problema al instalar el sistema, aunque sí cuando eran requeridas extensiones. Lo obvio y casi absolutamente necesario era acudir de nuevo al proveedor original.

No era generalmente factible considerar el uso de un protocolo distinto, pues eran generalmente mutuamente excluyentes. Los progresos recientes han considerado la aparición de un número apreciable de protocolos "abiertos". IEC870/5, DNP3, MMS son algunos de éstos.

Los mejores de estos protocolos son los multicapa completamente "encapsulados", y los sistemas SCADA que utilizan éstos pueden confiar en ellos para garantizar la salida de un mensaje y el arribo a destino. Un número de compañías ofrece los códigos fuente de estos protocolos, y otras ofrecen conjuntos de datos de prueba para comprobar la implementación del mismo. Por medio de estos progresos está llegando a ser factible, por lo menos a este nivel, considerar la interoperabilidad del equipamiento de diversos fabricantes. Como documento adjunto se dará una breve descripción del protocolo DNP 3.0.

Las redes de comunicación.

SCADA tiende a utilizar la mayoría de las redes de comunicación disponibles.

 Los sistemas SCADA basados en transmisión radial son probablemente los más comunes. Éstos evolucionaron con el tiempo, y lo más básico es el uso de FSK (“frequency shift keying” -codificación por conmutación de frecuencia) sobre canales de radio analógicos.

Esto significa que aquellos 0 y 1 son representados por dos diversas frecuencias (1800 y 2100 hertzios son comunes). Estas frecuencias se pueden sintetizar y enviar sobre una radio de audio normal.

Velocidades de hasta 1200 baudios son posibles. Una consideración especial necesita ser dada al retardo de RTS (“request to send” - petición de enviar) que normalmente se presenta.

Esto se produce porque una radio se tomará algún tiempo después de ser encendida (“on”) para que la señal alcance niveles aceptables, y por lo tanto el sistema SCADA debe poder configurar estos retardos. La mayoría de las otras consideraciones con respecto a radio y SCADA se relacionan con el diseño básico de la red de radio.

Comunicaciones

La característica distintiva de los sistemas SCADA es su capacidad de comunicación.

Como ya se ha dicho, comparado a los DCS (“Distributed Control Systems” - sistemas de control distribuido) considerados a menudo dentro de una planta o de una fábrica, un sistema SCADA cubre generalmente áreas geográficas más grandes, y utiliza muchos medios de comunicaciones diversos (y a menudo relativamente no fiables).

Un aspecto importante de la tecnología de SCADA es la capacidad de garantizar confiablemente la salida de datos al usar estos medios. Los sistemas SCADA utilizaron inicialmente enlaces de comunicación lentos.

Cálculos cuidadosos debieron ser hechos para evaluar los volúmenes de datos probables esperados, y asegurar que la red de comunicaciones fuera capaz de resolver las demandas. Todo lo relacionado a las redes de comunicación se ha desarrollado más arriba.

La interacción humano-máquina (HMI) para configurar y operar el equipo puede realizarse localmente o a distancia, mediante un microordenador (programas y otros productos compatibles), en un lenguaje natural e intuitivo.

Estructura Básica

El software SCADA se ajusta a estas premisas.

Tienen 4 niveles principales:

* Gestión Intercambio de información para la toma de decisión estratégica.

* Operación Supervisión, mando y adquisición de datos del proceso.

* Control Dispositivos de control distribuido

* Sensores y Actuadores Dispositivos de campo e instrumentación.