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Redes de datos en la IndustriaPaul Glvez F. 2008

UNIDADES DE APRENDIZAJE SEPARADAS POR * COMPRENDE SISTEMA ISO DE 7 CAPAS DE COMUNICACIN DE DATOS

TOPICO 1 Conocer la forma, caractersticas en que se presentan los datos en la industria. Seales analgicas, seales digitales

Datos: Entidad capaz de transportar informacin Anlogos: Valores continuos dentro de un intervalo. Digital: Valores discretos Seales: Representaciones elctricas o electromagnticas de los datos Forma que los datos se propagan Anloga: Vara continuamente Se transmite por diferentes medios: cobre, fibra ptica, espacio Digital: Use 2 componentes DC

Transmisin: Comunicacin de datos mediante la propagacin y procesamiento de las seales La transmisin de los datos puede ser: Anloga, para lo cual, se necesitan equipos moduladores y demoduladores, que transformen la seal digital a anloga (Modems). Las seales anlogas pueden ser transmitidas independientemente del contenido Pueden ser datos digitales o anlogos Se atenan con la distancia Usa amplificadores para reconstruir la seal Tambin amplifica el ruido

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Cuando se desea transmitir una seal digital por un medio anlogo, se debe convertir de una seal a otra por medio de equipos Moduladores y Demoduladores (Mdems). La seal se puede modular segn diversos estndares, donde algunos de ellos son:

Modulacin FM: Se vara la frecuencia de la seal cada vez que se transmite un bit, segn el valor de ste ( 1 0). Modulacin AM: Se vara la amplitud de la seal cada vez que se transmite un bit, segn el valor de ste ( 1 0). Problema de estas modulaciones. Slo un bit por perodo de la seal. Modulacin por fase (PM): Se vara la fase de la seal segn los bits a transmitir. En este caso, se pueden enviar varios bits, en un ciclo, al significar un desfase la representacin de un nmero binario de 2, 3 ms bits. Todo depende de la cantidad de divisin de los ngulos de los desfases permitidos. Digital: Se utilizan equipos intermedios llamados DTU (Data Terminal Unit) que adecuan la seal digital a transmitir segn las caractersticas de la transmisin y la codificacin a utilizar. Dependiente del contenido de la seal Distancia de transmisin limitada ya que se atena o vara por el ruido y la dispersin Utiliza repetidores, los que reciben la seal, regenera el patrn de unos y ceros y retransmite, evitando la atenuacin El ruido no se amplifica o es no acumulativo Las seales recibidas desde un terminal, no son moduladas, sino se transmiten directamente a travs de un canal digital, usando codificaciones (cdigos de lnea) que permitan disminuir las prdidas de informacin y sincronizar ambos DCE.

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VENTAJAS DE LA TRANSMISION DIGITAL Tecnologa digital: Bajo costo (LSI; VLSI) y menor tamao Integridad de los datos: Al utilizar repetidores en lugar de amplificadores, logra grandes distancias en lneas con menor calidad Utilizacin de la capacidad Gran ancho de banda con enlaces econmicos Alto grado de multiplexacin utilizando tcnicas digitales Seguridad & Privaca: Encriptacin Integracin :Los datos digitales o anlogos son tratados y procesadas de forma similar

PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIN La seal recibida puede ser distinta a la transmitida Seales anlogas: Alteraciones aleatorias que degradan la calidad de la seal Seales digitales: bits errneos Estos errores se producen por Atenuacin y distorsin de la atenuacin Distorsin de retardo Ruido

ATENUACIN La energa de la seal disminuye con la distancia Respecto a la potencia de la seal recibida: Debe ser suficiente para ser detectada Para ser recibida sin error, debe ser mucho mayor que el ruido La atenuacin aumenta en funcin de la frecuencia

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RUIDO Seales no deseadas que se insertan entre el transmisor y receptor Ruido trmico Agitacin trmica de los electrones Uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias: Ruido Blanco Ruido de Intermodulacin Seales que aparecen y son la suma o la resta de seales de frecuencia original que comparten el medio

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

Transmisin Serie: Se transmite Bit por Bit Baja a mediana velocidad Requiere menos conexiones (3 lineas) Mayor alcance: Sin modulacin algunos cientos de metros Con modulacin ilimitado La velocidad de comunicacin se expresa en bits/segundo (bps) o mltiplos como Mbps. Requisitos: El receptor tiene que identificar al inicio y el fin del mensaje o secuencia de bits Tambin debe ser capaz de identificar el inicio y el fin de cada bit

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Tipos: Dependiendo de la forma empleada para sincronizar el receptor con el transmisor se conocen dos tipos. Serie Asincrnica: La seal de reloj no se incluye con los datos, el receptor y el transmisor deben ponerse de acuerdo antes sobre la velocidad de transmisin. 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 sincronizacin no sea demasiado grande. La unidad de datos es el byte o carcter, 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 lnea toma el valor que marca cuando est inactiva. Eficiencia de la transmisin serie asincrnica: Tenemos que para transmitir un byte se requieren al menos 2 a veces hasta 3 bts extra, por lo que la eficiencia de transmisin mxima es:

a sin c

BitsdeDato s 8 0.8 80% TotaldeBit s 10

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Serie Sincrnica: La seal contiene informacin del reloj entremezclada con los datos. El receptor extrae el reloj de la seal para sincronizarse. Como el receptor est siempre sincronizado con el transmisor, el nmero mximo de bits se puede incrementar sin aumentar el error de sincronizacin. 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 transmisin serie sincrnica: Las tramas sincrnicas usan aproximadamente 8 bytes extra para transmitir hasta 1500 bytes de datos por lo que la eficiencia mxima es de:

sin c

BitsdeDato s 1500 0.9947 99.47% TotaldeByt es 1508

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Transmisin Paralelo: Se transmiten varios bits simultneamente. Se Transmiten grupos de bits en paralelo. Alta velocidad. Muchas conexiones (n lneas + control) Longitud limitada a varios metros Velocidad en bytes/segundo o mltiplos como Mbytes/segundo Usada para comunicar equipos a muy corta distancia entre si.

TOPICO 3: Conocer los medios fsicos de transmisin de datos, caractersticas, capacidades y limitaciones y relaciones con la forma fsica para manejarlos. En relacin al Modelo de Referencia ISO Capa 1: Medios de Transmisin Medios Magnticos Alambre de cobre Par trenzado Cable coaxial Fibra de vidrio (fibra ptica) Enlaces Inalmbricos Medios Magnticos: Es una forma de enviar datos desde un lugar a otro, almacenndolos en algn medio magntico (disco, cinta,etc.) y luego despachar la informacin por alguna va terrestre o area. Es til cuando la informacin 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

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Alambres de Cobre: Muchas redes de computadores usan el cobre como medio conductor de las seales elctricas por razones de costo y conductividad. La seleccin del tipo de conductor se realiza Maximizando el ancho de banda, Minimizando las interferencias y Manteniendo un costo razonable El par trenzado es econmico El coaxial tiene mayor BW Par Trenzado: Aplicaciones Medio fsico ms comn Red Telefnica Dentro de edificios: Para las PBX, tendido telefnico interno Para redes de rea local (LAN) Para Redes Ethernet Industriales Para lograr un retardo menor en la transmisin, que los medios magnticos 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.

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El propsito de torcer los alambres es reducir la interferencia elctrica (interferencia de los campos electromagnticos) de los pares cercanos. Generalmente se colocan varios pares de alambres trenzados en un envoltorio comn. El paso de trenzado es diferente para cada par para as reducir las interferencias an ms. Caractersticas de la transmisin: Anlogo Ej.: Amplificadores cada 5km a 6km Dgital 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 dimetro, el blindaje y la calidad de los alambres utilizados. Permiten transportar seales anlogas y digitales. Est restringido a 4 pares.

Las diferentes categoras de Par telefnico existente en el mercado son: Categora 3: Ancho de Banda: 16 Mhz, Largo del torcido de 7.5 cm to 10 cm. Utilizado en telefona. Categora 4: Ancho de Banda: 20 Mhz Categora 5 : Ancho de Banda: 100 Mhz (soporta redes de 100 Mbps y tambin de 155 Mbps), largo del torcido de 0.6 cm a 0.85 cm Categora 5E:Ancho de Banda 100 MHz (Soporta Gigabit Ethernet y ATM (622 Mbps))

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Categora 6: Ancho de Banda 200 MHz Categora 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) apantallado formado por individualmente Cable de par trenzado 4 pares trenzados

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. Est formado por 4 pares trenzados individualmente Cable SFTP (Shielded + Foiled Twisted Pair). Idntico al anterior, pero con mejor apantallamiento al aadir una trenza de cable de cobre sobre la pantalla de aluminio del cable FTP.

Ventajas: Bajo costo Gran Ancho de Banda y distancia Fcil instalacin y mantencin Gran difusin en el mercado Diferentes aplicaciones y escalabilidad

Desventajas: No inmune al ruido electromagntico. Menor Ancho de Banda Menor Distancia

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Cable Coaxial: Alambre de cobre rgido como ncleo, rodeado de material aislante o dielctrico (generalmente plstico), seguido por un conductor con un tejido fuertemente trenzado, el cual se cubre con una envoltura protectora de plstico. La construccin y blindaje del cable coaxial le confieren una buena combinacin de elevado ancho de banda y excelente inmunidad al ruido

Aplicaciones: Medio ms verstil Distribucin de Televisin TV Cable Transmisiones de largas distancia y gran capacidad en telefona Puede llevar 10,000 canales de voz simultneamente Est siendo reemplazado por la fibra ptica Cortas distancias en links de computacin Local area networks

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Caractersticas de la Transmisin: Anlogo 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 transmisin de seales en redes de rea local (seales digitales) con una impedancia de 50 . Y otro utilizado para la transmisin de seales anlogas como telefona o TV-Cable, con una impedancia de 75 .

Ventajas: Las tasas de transmisin son altas, pudiendo alcanzar de 1 a 2 Gbps en cables de 1 Km. Por su composicin tiene una buena inmunidad al ruido. Desventajas: Mayor costo Difcil instalacin por su poca flexibilidad. Alta tasa de fallas en redes de computadores

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Tx en Banda Base: Se utiliza para implementacin de redes de rea local (ej: 10Base2) Es usual la codificacin Manchester o Manchester diferencial. Posee impedancia de 50 . La conexin 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 Televisin por Cable La TX anloga llega a 450 Mhz a 100 Km. El espectro se divide en canales de 6 Mhz para: TV, Data (Cable Modem), Telefona, Audio CD. Cubren un rea mayor, por lo cual se necesita la modulacin por seales anlogas. Para lograr largas distancias se utilizan amplificadores analgicos, para reforzar la seal en forma peridica, en los cuales se puede transmitir seales slo en una direccin. Para transmitir en ambas direcciones, se utilizan dos mtodos: Sistemas de Cable Dual: 2 cables que corren en paralelo, el dispositivo head-end (raz del rbol 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 seal de una banda a otra. Ejemplo: Sistema Subdividido: 5 a 30 Mhz, trfico entrante y 40 a 300 Mhz, trfico saliente; Sistema dividido por la mitad: banda entrada : 5 a 116 Mhz, banda salida: 168 a 300 Mhz.

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Fibra ptica: La fibra de vidrio delgada, de dimetro inferior a 250 m se recubre de un forro plstico que la proteje y permite doblarla sin romperla. Atenuaciones muy bajas (< 0,02 dB/km) Sin interferencias electromagnticas

Beneficios Gran capacidad Velocidades de transmisin de datos de cientos de Gbps Tamao y peso pequeo Baja atenuacin No le afecta el ruido electromagntico Transmisiones a larga distancia Transmisiones Metropolitanas Acceso a reas rurales Bucles de abonado (la ltima milla) LAN

Caractersticas de la transmisin: Acta como una gua de onda para rango de frecuencia de 1014 a 1015 Hz Porcin de infrarrojo y espectro de luz visible Se utilizan dos fuentes de luz diferentes para su transmisin: Light Emitting Diode (LED) Barato

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Opera en un rango mayor de temperatura Vida Media superior Injection Laser Diode (ILD) Ms eficaz Logra velocidades de transmisin superiores Wavelength Division Multiplexing: Multiplexacin por divisin en longitudes de onda

Componentes del Cable de Fibra: Ncleo: A travs del cual se propaga la luz (Fibra Multimodo: 50 micras, Fibra Monomodo: 8 a 10 micras) Revestimiento de vidrio: Posee un ndice de refraccin menor que el ncleo de manera de mantener toda la luz en l. Cubierta Plstica Delgada: Protege el revestimiento. Generalmente se agrupan en varios pares de fibras dentro de un envoltorio exterior, que la protege.

Comparacin con Cables de Cobre: Ancho de banda de la Fibra es mucho mayor Puede transmitir sobre 30 Km. sin repetidores, en cobre mximo 5 Km (Ahorro) La fibra no est afecta al ruido electromagntico y a la corrosin. La fibra es delgada y ligera La fibra no tienen fugas de luz y son difciles de intervenir (seguridad). Las fibras no se afectan entre s. Las interfaces de fibra son ms caras que las de cobre.

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Ventajas: Ancho de Banda ilimitado Prdidas pequeas Inmune ruido electromagntico Pequeo grosor y peso No afecto a corrosin Desventajas: Manejo e instalacin de la fibra complicado (Empalmes y derivaciones, por ejemplo) Son inherentemente unidireccionales El costo de las interfaces es mayor que el del tipo elctrico

Transmisin Inalmbrica: Medio no guiado Transmisin y recepcin va antenas Direccional Las emisiones son focalizadas en un rayo direccional Los rayos o emisiones de las antenas deben estar alineadas cuidadosamente Omnidireccional Seal extendida Las emisiones pueden ser recibidas por varias antenas a la vez

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Frecuencias: 2GHz to 40GHz Microonda Altamente direccional Punto a Punto Satlite 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 comunicacin de datos. Necesidad de componer servicios, bajo acoplamiento, seguridad, eficiencia, estructuracin, independencia de la implementacin. Los estndares son necesarios para facilitar la interoperatividad entre equipos de distintos fabricantes y estimular la economa a gran escala. Una sola normalizacin no es suficiente para las tareas de comunicacin debido a su complejidad. Es necesario dividir las funciones en tareas ms manejables y organizarlas como una arquitectura de comunicaciones. Estructuracin del modelo: Jerarquizacin por capas en la que cada capa realiza un conjunto de funciones relacionadas entre s, necesarias para comunicarse con otros sistemas. Cada capa sustenta a la inmediatamente inferior, que realizar funciones ms primitivas ocultando detalles a las superiores.

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

Flujo de la informacin en OSI La comunicacin se realiza entre aplicaciones computadores (proceso emisor y proceso receptor). de dos

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

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Los datos originales ms la cabecera de aplicacin pasan como una unidad a la capa de presentacin, la cual le aade su propia cabecera (PH). Y as sucesivamente, hasta llegar a la capa de enlace, que le aade una cabecera (DH) y una cola (DT) y los pasa a la capa fsica. La capa fsica transmite en forma de bits los datos al computador donde se encuentra el proceso receptor. A partir de ah 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 aplicacin que tras analizar su cabecera pasa al proceso receptor los datos enviados por el proceso emisor.

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TOPICO 6: Descripcin de las tcnicas de control de acceso a la red.

Control de acceso al medio ( MAC ) : Ensamblado de datos en tramas con campos de direccionamiento y deteccin de errores . Desensamblado de tramas, reconocimiento de direcciones y deteccin de errores . Control de acceso al medio de transmisin LAN .

Control de enlace lgico ( LLC ) : Interfaz con las capas superiores y control de errores y de flujo .

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

Cabecera MAC

Cabecera LLC

Cabecera IP

Cabecera TCP

Datos

Parte final MAC

// // // // Control de acceso al medio.Una red es un entorno en el que diferentes host y dispositivos comparten un medio de transmisin comn. Es necesario por ello establecer tcnicas que permitan definir qu host est autorizado para transmitir por el medio comn 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).

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Segn la forma de acceso al medio, los protocolos MAC pueden ser: Determinsticos: en los que cada host espera su turno para transmitir. Un ejemplo de este tipo de protocolos determinsticos 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 pose a transmitir datos, mientras que los dems deben esperar a que quede el token libre. No determinsticos: 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 ningn host transmitiendo, momento en el que transmite sus datos.

TOPICO 7: Las Topologa de las redes de datos. Conectividad: Conexin de los diferentes elementos de la red. Dos tipos de conexin bsicos: Punto a punto (peer-to-peer). Cada elemento es conectado a otro por medio de un enlace fsico

Multipunto (multipoint). Todos los elementos estn conectados a un solo enlace fsico

Topologas de Red. Es la forma en que se conectan los componentes de una red multipunto. Puede referirse a la forma lgica (como se mueven los datos en la red) o fsica (como restan conectados fsicamente.

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Existen tres topologas bsicas. Estrella Anillo Bus.

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Token Ring, fue ideado por IBM. Transmision a 4 Mbps o 16 Mbps (o 100 Mbps en HighSpeed-Token ring), Token Ring usa una topologa lgica de anillo y una topologa fsica 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 seales (token passing), es decir que pasa un token (o seal) a todaslas computadoras de la red. La computadora que posee el token tiene autorizacin para transmitir su informacin. Cuando termina, el token pasa a la siguiente computadora del anillo. Si la siguiente computadora tiene que enviar informacin, acepta el token y procede a enviarla. En caso contrario, el token pasa a la siguiente computadora del anillo y el proceso contina.

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Red FDDI Topologia Lgica de doble anillo (respaldo) en Fibra. Puede alcanzar velocidades de transmisin de hasta 100 Mbps y utilizaun mtodo 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.

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CSMA / CD Carrier Sense Multiple Access /Colission Detection En el mtodo 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 estn ocupados. 1. El dispositivo que desea transmitir escucha el canal y si este est desocupado, puede comenzar a transmitir. Si no, sigue escuchando hasta que el medio se desocupe (cuando esto sucede deja un espacio mnimo para no confundir transmisiones). 2. Si durante la transmisin de una trama se detecta una colisin, entonces las estaciones que colisionan abortan el envo de la trama. Despus de una colisin, las estaciones esperan un tiempo aleatorio (tiempo de backoff) para volver a transmitir una trama. Segn esto, el que obtenga primero el canal desocupado, lo puede ocupar.

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Redes de datos en la IndustriaPaul Glvez F. * 2008 INTERPRETA LOS ESQUEMAS DE ENCAPSULACIN DE DATOS EN SISTEMAS DE COMUNICACIN

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

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Eleccin de una red industrial Requisitos de aplicacin Aplicabilidad del nivel fsico Capacidades de RED Integracin con equipos existentes Velocidad y requisitos de temporizacin Disponibilidad de componentes Coste Instalacin, dispositivos, formacin y mantenimiento

EL MODELO OSIEl modelo de referencia OSIEl modelo OSI (Open Systems Interconnection) fu desarrollado por el ISO (Organizacin Internacional de Normalizacin) para establecer una estructura comn dentro de las redes de comunicacin, dividiendo el conjunto de tareas de comunicacin 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 cmo funcionan, asegurando una compatibilidad entre mquinas a cada nivel. Se pueden dividir los niveles en dos grupos: o o o o Servicios de soporte al usuario (niveles 7, 6 y 5). Servicios de transporte (niveles 4, 3, 2 y 1).

Descripcin de niveles OSIo o Nivel 7, aplicacin: 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 dilogo. o Nivel 6, presentacin: facilita la comunicacin a nivel de lenguaje entre el usuario y la mquina que est empleando para acceder a la red. o Nivel 5, sesin: establece el control de comunicacin, indicando quien debe transmitir o recibir, adems de sealar el inicio y fin de la sesin de comunicacin. o Nivel 4, transporte: establece el medio de comunicacin, asegurando la transferencia de informacin sin errores en ambos sentidos. o Nivel 3, red: se encarga del encaminamiento de mensajes entre nodo y nodo, a travs de un medio fsico, sin importar el contenido del mensaje. o Nivel 2, enlace: mantiene la comunicacin entre cada par de nodos de la red, apoyndose en un medio fsico de conexin.

o o

o o o

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o

o Nivel 1, fsico: establece los medios materiales para efectuar el enlace entre nodos (conectores, cables, niveles de tensin, etc).

Dentro de los buses de campo slo tienen inters prctico los niveles 1 a 4, ya que el modelo OSI est pensando para el caso general de grandes redes de telecomunicacin de tipo WAN.

TENDENCIAS FUTURASQue es un bus de campo?Los buses de campo son protocolos y tecnologas de comunicacin utilizados en automatizacin 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 compaa particular. No se puede hacer demasiado con ellos a menos que se adquiera una licencia. estas son controladas a discrecin 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 bsicos: sus especificaciones completas deben estar publicadas y disponibles a precios razonables a cualquiera que desee adquirirlas. Sus componentes crticos deben estar disponibles en las mismas condiciones. Procedimientos de validacin y homologacin 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 o Interconectividad: equipos de diferentes fabricantes pueden ser conectados a un mismo bus con seguridad. o o interoperabilidad: posibilidad de conectar con xito elementos de diferentes suministradores. o o Intercambiabilidad: equipos de cualquier procedencia pueden ser reemplazados por equipos funcionalmente equivalentes de otras procedencias. o o La interconectividad es el mnimo comn denominador y no ofrecen beneficios significativos por s misma. Si la interoperabilidad no puede ser lograda, la implementacin de bus de campo carece de valor y es intil, la ltima meta es la intercambiabilidad. Slo podr ser lograda si las especificaciones son completas y el permanente pertinente sistema de comprobacin y validacin tiene lugar.

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Hacia un standard en Communicaciones DigitalesLa del desarrollo de buses de campo, ha sido un rea tecnolgica envuelta en la polmica en los ltimos aos, hasta el punto de llegarse a hablar de la guerra del bus de campo. La polmica se centra en las caractersticas de este rea tecnolgica, donde paralelamente concurren mltiples desarrollos, tanto abiertos como propietarios, tratando de imponerse. En especial los desarrollos abiertos, y los intentos de definir un estndar, amparados en distintos organismos o asociaciones tcnicas normalizadoras en el mbito internacional, se contraponen dando lugar al conflicto. Centrado especialmente en las definiciones de la IEC (Comisin Electrotcnica Internacional) para el bus de campo estndar, contestadas desde otros organismos normalizadores como CENELEC, impulsores de estndares alternativos; o las fundaciones impulsoras de buses abiertos como Profibus. Desde estos organismos se consideran como insuficientes e incluso obsoletas ya antes de su implantacin, quedando patente la dificultad de imponer un estndar que resulte suficientemente amplio y flexible para recoger un amplio estado de la tcnica y rango de funcionalidad propio de los buses de campo, a la vez que lo suficientemente especfico para resultar operativo como estndar. Habiendo realizado en este trabajo en acercamiento a varias decenas de desarrollos que difieren sustancialmente en Concepcin, funcionalidad y morfologa, queda claro que no es de esperar que en cualquiera de sus el estndares el se imponga y conduzca de inmediato a la posibilidad de conexin y utilizacin directa ni cualquier equipo. Ms 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; as como recoger los avances del estado de la tcnica en criterios de mnimos convergentes en los nuevos desarrollos. Las tendencias en nuevos desarrollos en buses de campo, se centran en la mejora de eficacia y rendimiento, as como la calidad de servicio, esto es, el aseguramiento de anchos de banda a canales crticos y de tiempo real. Asimismo, existen desarrollos que hacen disponibles avances de restado de la tcnica en prestaciones, tales como comunicaciones inalmbricas, mayores anchos de banda, as como mayor flexibilidad y control a la hora de disponer de estas. Se imponen desarrollos basados en nuevos modos de transmisin asncrona de altas prestaciones, que engloban las caractersticas citadas de eficacia, rendimiento y soporte de aplicaciones de tiempo real con aseguramiento de flujo de datos. El avance del estado de la tcnica conlleva, asimismo, la disponibilidad de nuevos desarrollos y estndares en conectores y modos de transmisin serie, en muchos casos utilizados como base de implementacin 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 penetracin en entornos informticos, para soportar las necesidades de conexin del bus de campo. Ms all de la evolucin del estado de la tcnica, e igualmente importantes, estn las herramientas y procedimientos de implementacin. Los organismos gestores de especificaciones abiertas de importancia, tales como Profibs, mantienen estrictos procedimientos de validacin de desarrollos. Asimismo mantienen herramientas y kits de desarrollo para los fabricantes, que permiten el diseo de productos conformes. Con

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ellos se pueden asegurar factores importantes como la interoperabilidad, necesarios para la certificacin de equipos. Por supuesto, sistemas de gestin de desarrollos bajo Windows 95/98/NT figuran entre las novedades. Profibs figura entre las especificaciones ms activas, no slo 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 comunicacin entre los distintos dispositivos de la red. Una pila de protocolo es el conjunto de reglas que definen cmo ha de viajar la informacin a travs de la red. Un ejemplo de esto podra ser TCP/IP. El modelo de referencia OSI proporciona un marco comn necesario para la mayora de las pilas de protocolo. Cada capa del modelo permite que los datos circulen a travs de la red. Estas capas intercambian informacin para proporcionar la debida comunicacin entre los dispositivos de red. Las capas se comunican entre s a usando unidades de datos del protocolo (PDU). Estas PDU controlan informacin que se agrega a los datos del usuario. La informacin de control reside en campos denominados cabecera e informacin final. En la figura, la cabecera MAC(Control de acceso al medio) y la secuencia de verificacin de trama (FCS) de la capa de enlace de datos representa una cabecera y una informacin final. Debido a que la PDU puede incluir informacin diferente segn suba o baje por las capas, se le asignan nombres con arreglo al tipo de informacin que transporta. Por ejemplo, en la pila de protocolos TCP/IP(vase 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 aade una cabecera IP, convirtindose en un paquete. El paquete se inserta en una cabecera de capa , convirtindolo en una trama. Por ltimo, la trama se convierte en bits y las seales elctricas se transmiten a travs del medio de la red.

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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 cedrsela al Nivel Fsico. 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 informacin de: El tipo de protocolo de enlace El mtodo de sincronizacin Redundancia de los datos Ejemplo. Datos a transmitir: 1110001100001001 1100010001000000 1000011110000110 .....

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Sincronizacin

Sincronizacin de bit: resuelta por el Nivel Fsico Sincronizacin de carcter: en protocolos orientados a carcter Transmisin asncrona. Transmisin sncrona. Sincronizacin 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 sincronizacin Sincronizacin de caracter El receptor debe distinguir, dentro de un flujo de bits, cules corresponden a un carcter y cules al siguiente. Es necesario conocer el nmero de bits por carcter Transmisin asncrona: Intervalos de arranque y parada Sencillo pero ineficaz Transmisin sncrona: Se transmiten los datos un bit tras otro sin smbolos especiales conjuntamente con la informacin de sincronismo. Es necesario emplear algn esquema de bits cuyo reconocimiento permita a transmisor y receptor interpretar los bits de un carcter de la misma forma

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Sincronizacin de Trama Una vez alcanzadas las sincronizaciones de bit y carcter Para delimitar unidades formadas por datos correspondientes al nivel superior, informacin de control del protocolo y bits de redundancia Tramas de longitud fija: Todas las tramas poseen la misma longitud Smbolo de principio de trama Para saber dnde comienza la trama Impone fuertes restricciones e ineficiencias a los protocolos Tramas de longitud variable: Delimitadores de principio y fin Smbolos de comienzo y de fin de trama Suelen aparecer, adems, otros caracteres de control e informacin de redundancia de verificacin de trama Problema de transparencia de los datos Delimitadores de principio y cuenta Smbolo de comienzo de trama Cabecera de longitud fija Datos de longitud variable (especificada en la cabecera) Banderas de sincronizacin Trama de estructura fija Delimitada por una secuencia particular Problemas de transparencia de los datos La fragmentacin (formacin de tramas) es compleja: Tamao ptimo de la trama Mejores secuencias de cabecera y fin Mejor informacin de redundancia Transparencia de cabecera y fin en los datos Deteccin del fin de una trama y comienzo de la siguiente Algunos mtodos: Temporizacin (poco utilizado) Cuenta de bits Caracteres de inicio y fin Caracteres de inicio y fin con relleno de bits

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Cuenta de BITS Se indica, para cada trama, su longitud:

Problemas: _ Se pierde la sincronizacin si se transmite mal la longitud _ Se pierde la sincronizacin si se produce un error de cuenta _ Se pierde la sincronizacin si se pierde uno o varios bits _ No se sabe dnde empieza la siguiente trama _ No se sabe dnde comenzara la retransmisin Secuencia de Inicio Fin Cada trama comienza con una secuencia de bits fcilmente reconocible (DLE STX) Cada trama termina con una secuencia de bits fcilmente reconocible (DLE ETX)

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

TOPICO 1: Transmisin de datos en Serie y en paralelo; conversin de serie a paralelo y viceversa. Paralelo Todos los bits se transmiten simultneamente, existiendo luego un tiempo antes de la transmisin del siguiente boque. Este tipo de transmisin 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 transmisin y la mayor desventaja es el costo.

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Tambin puede llegar a considerarse una transmisin en paralelo, aunque se realice sobre una sola lnea, al caso de multiplexacin de datos, donde los diferentes datos se encuentran intercalados durante la transmisin.

Transmisin en paralelo

Serie En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrs de otro por la misma lnea.

Transmisin 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, volvindose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el ltimo bit es de paridad. In aspecto fundamental de la transmisin serie es el sincronismo, entendindose 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 finalizacin de los mismos.

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TOPICO 2: Modos de comunicacin de datos en serie; simplex, dplex Tipos de comunicacin En los canales de comunicacin existen tres tipos de transmisin. Simplex En este caso el transmisor y el receptor estn perfectamente definidos y la comunicacin es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusin, donde los receptores no necesitan enviar ningn tipo de dato al transmisor.

Duplex o Semi-duplex En este caso ambos extremos del sistema de comunicacin cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultneamente. Este tipo de comunicacin se utiliza habitualmente en la interaccin entre terminales y un computador central.

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

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TOPICO 3: Tipos de seales elctricas usadas; Seal RS232, RS 422; RS 485; lazo de corriente 4-20 ma. Tipos Comunes de Conexin Serie La conexin fsica se realiza a travs 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 tensin en una lnea, comparndola con otra para determinar una marca (un 1 lgico), y la tensin opuesta para determinar un espacio (un 0 lgico). Por ejemplo: RS-422 y RS-485 Interfaces No Equilibrados: Utilizan la tensin en una lnea, comparndola con una seal de referencia (tierra) para determinar un 0 o un 1 lgico. Por ejemplo: RS-232 y RS-423 Comunicacin Serie RS-232 Descripcin La RS-232 esta limitada por la distancia de conexin y velocidad. Tambin esta limitada a la conexin punto a punto entre PC y dispositivos informticos como modem, mouse, etc. Elementos Bsicos 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)

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Especificaciones Modo de Operacin Nmero de dispositivos Mxima longitud del cable Mxima velocidad de transmisin Rango de trabajo Alto Rango de seal Bajo Sensibilidad de entrada receptor Resistencia de entrada receptor Comunicacin Serie RS-422 Descripcin

RS232 NO DIFERENCIAL 1 EMISOR 1 RECEPTOR 15 metros 19,2 Kb/s +/-25V +/-15V +/-3V +/-3V 7K

La RS-422 trabaja en forma diferencial con las lneas que transmite y recibe, el circuito tiene solo dos hilos sin que exista una lnea de masa comn. Los unos y ceros lgicos se establecen en funcin de la diferencia de tensin ambos conductores del circuito.

Especificaciones Modo de Operacin Nmero de dispositivos Mxima longitud del cable Mxima velocidad de transmisin Rango de trabajo Alto Rango de seal Bajo Sensibilidad de entrada receptor Resistencia de entrada receptor

RS422 DIFERENCIAL 1 EMISOR 10 RECEPTORES 1200 metros 10 Mb/s +/-10V +/-6V +/-2V +/-200mV >=4K

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Comunicacin Serie RS-422 Descripcin La RS-485 es una leve modificacin de la RS-422, redefiniendo caractersticas elctricas para asegurar un nivel de tensin adecuado a la mxima carga, incrementndose l numero de dispositivos. En una red de dispositivos sobre un una simple lnea, es necesario direccionar uno en particular. Esto se puede realizar simplemente utilizando caracteres ASCII, constituyendo comandos de identificacin del dispositivo y que este a su vez responde con los datos. Esto es un esquema bsico de protocolo de comunicacin denominado comnmente maestro/esclavo (Master/Slave).

Especificaciones Modo de Operacin Nmero de dispositivos Mxima longitud del cable Mxima velocidad de transmisin Rango de trabajo Alto Rango de seal Bajo Sensibilidad de entrada receptor Resistencia de entrada receptor

RS485 DIFERENCIAL 32 EMISORES 32 RECEPTORES 1200 metros 10 Mb/s -7V a +12V +/-6V +/-1,5V +/-200mV >=12K

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Comunicacin Serie en Tensin Comparativa

Especificaciones Modo de Operacin Nmero de dispositivos Mxima longitud del cable Mxima velocidad de transmisin Rango de trabajo Alto Rango de seal Bajo Sensibilidad de entrada receptor Resistencia de entrada receptor

RS232 NO DIFERENCIAL 1 EMISOR 1 RECEPTOR 15 metros 19,2 Kb/s +/-25V +/-15V +/-3V +/-3V 7K

RS423 RS422 RS485 NO DIFERENCIAL DIFERENCIAL DIFERENCIAL 1 EMISOR 10 1 EMISOR 10 32 EMISORES RECEPTORES RECEPTORES 32 RECEPTORES 1200 metros 1200 metros 1200 metros 100 Kb/s +/-6V +/-6V +/-3,6V +/-200mV 4K 10 Mb/s +/-10V +/-6V +/-2V +/-200mV >=4K 10 Mb/s -7V a +12V +/-6V +/-1,5V +/-200mV >=12K

Comunicacin Serie TTY-Lazo de Corriente Descripcin El protocolo TTY o Bucle de Corriente-20 mA., est constituido por cuatro hilos conductores: transmisin + y -, recepcin + y -. La identificacin de los ceros y unos lgicos se efecta abriendo o cerrando el circuito de corriente. Se emplean niveles de tensin elevados y resistencias limitadoras de elevado valor, de forma que la resistencia del conductor tenga poca influencia en el circuito; esto permite distancias de comunicacin superiores a las de RS-232.

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TOPICO 5: Modelos de transmisin; banda base, modulacin y banda ancha.

Tcnicas de Modulacin:

Desplazamiento por Frecuencia: Valores son representados por dos frecuencias diferentes, prximas a la de la portadora

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

Modulacin de Cdigo de Pulso (PCM) Teorema del muestreo: Si una seal es muestreada en intervalos regulares a una alta velocidad al doble de la frecuencia de ella, el muestreo contiene toda la informacin de la seal original (Nyquist)

Modulacin Delta La entrada anloga es aproximada por una funcin escalera

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Velocidad de Transmisin y Ancho de Banda Seales limitadas por el ancho de banda: Si se tiene una seal que transmite n bps, el tiempo necesario para enviar 8 bits= 8/n [s] Frecuencia de la primera armnica f= n/8 [Hz] Si esta seal se enva por un canal telefnico, cuya frecuencia de corte es 3Khz, el nmero de la frecuencia ms alta ser 3000/(n/8), es decir 24000/n. Por ejemplo: si se transmite a 9600 bps, el nmero de la armnica ms alta ser : 2, obtenindose en el receptor una seal distorsionada.

Teorema de Shannon: Si el canal tiene ruido, y S/N, es la relacin Potencia de Seal/Potencia Seal ruido en decibeles, el teorema de Shannon determina que: Velocidad mxima= B*log (1 + S/N) Donde: B= Ancho de Banda S/N=10log(S/N) decibels

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

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

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 inequvoca. Permitir realizar una conexin con otro ordenador. Permitir intercambiar informacin entre ordenadores de forma segura, independiente del tipo de maquinas que estn conectadas (PC, Mac,AS-400...). Abstraer a los usuarios de los enlaces utilizados (red telefnica, radioenlaces, satlite...) para el intercambio de informacin. Permitir liberar la conexin de forma ordenada.

Los protocolos de comunicaciones definen las normas que posibilitan que se establezca una comunicacin entre varios equipos o dispositivos, ya que estos equipos pueden ser diferentes entre s. Un interfaz, sin embargo, es el encargado de la conexin fsica entre los equipos, definiendo las normas para las caractersticas elctricas y mecnicas de la conexin.

PROTOCOLO PASOS:

Definicin Del Servicio Primitivas De Soporte Y Suposiciones Del Entorno Reglas Del Protocolo Vocabulario De Mensajes Codificacin

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DESARROLLO:

Definicin Del Servicio Se desea realizar un protocolo de aplicacin que permita transferir archivos entre un SERVIDOR hacia un CLIENTE.

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

Fieldbus: Informacin transmitida en palabras o tablas Variables analgicas y algunas digitales Conectan dispositivos, controladores, Pcs. Funcin : Repartir la aplicacin. FF, Profibus, WorldFIP, ControlNet Sensorbus: Informacin transmitida en bits Variables digitales Conectan captadores , actuadores ,botoneras, interruptores, etc. con un controlador central Funcin : distribuir E/S digitales ASi, FlexIO

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Devicebus: Informacin transmitida en bytes Variables digitales y algunas analgicas Conectan dispositivos, controladores, Pcs. Funcin : Compartir dispositivos de campo entre varios equipos de control y comando. CAN, Device-Net, SDS,DWF Caractersticas del bus AS-i

Especificacin CAN - El protocolo abarca las capas fsica (parcialmente) y de enlace de datos. - Velocidad hasta 1 Mbps. Protocolo de comunicaciones orientado a los mensajes - Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP) - Resolucin de colisiones. - Alta probabilidad de deteccin de errores. - Capacidad de implementar control en tiempo real.

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

DeviceNet

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Redes FF

PROFIBUS

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Protocolo MODBUS Desarrollado por Modicon para comunicacin entre PLCs. Debido a su simplicidad y especificacin 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 cmo los mensajes se intercambian en forma ordenada y la deteccin de errores Principales Caractersticas 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 Slo especifica la capa de enlace del modelo ISO/OSI. A cada esclavo se le asigna una direccin fija y tnica en el rango de 1 a 247. La direccin 0 esta reservada para mensajes de difusin sin respuesta.

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TOPICO 4: Anlisis y caracterizacin de las redes; mbito de accin de una red de nivel de campo; de nivel local y nivel extenso. Necesidades

Clasificacin de redes industriales

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TOPICO 5: Entender y manejar las caractersticas y capacidades de las redes de campo, redes locales y redes extensas. Nivel de controlador, mquina, TCP/IP, Ethernet. Arquitecturas distribuidas Porqu? Reduccin de cableado: Ahorro de costes de instalacin Mquinas Modulares: Facilidad de ensamblado Mquinas escalables: Ampliacin de mercados Integracin de dispositivos: Visin de sistema

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La estandarizacin de protocolos en la industria es un tema en permanente discusin, donde intervienen problemas tcnicos y comerciales. Cada protocolo esta optimizado para diferentes niveles de automatizacin y en consecuencia responden al inters de diferentes proveedores. Por ejemplo Fieldbus Foundation, Profibus y Hart, estn diseados para instrumentacin de control de procesos. En cambio DevicetNect y SDC estn optimizados para los mercados de los dispositivos discretos (on-off) de detectores, actuadores e interruptores, donde el tiempo de respuesta y repetibilidad son factores crticos. Por ejemplo en el mercado comercial de controladores de EE.UU. estn los protocolos BACnet y LonMark. Cada protocolo tiene un rango de aplicacin, fuera del mismo disminuye el rendimiento y aumenta la relacin costo/prestacin. En muchos casos no se trata de protocolos que compitan entre s, sino que se complementan, cuando se trata de una arquitectura de un sistema de comunicacin de varios niveles

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EXAMINA LAS TCNICAS DE MONITOREO DE TRANSFERENCIA DE DATOS

TOPICO 1: Maneja tcnicas de control de flujo de datos Asegura que en el receptor no se produzca overflow en sus buffers de recepcin Tiempo de transmisin Tiempo que demora la emisin de un bit en el medio Tiempo de propagacin Tiempo de un bit en viajar por el enlace Control de flujo por mtodo Ventana Deslizante Permite que mltiples frames estn en trnsito El receptor tiene un buffer de largo W El transmisor puede enviar hasta W frames sin ACK Cada frame es enumerado ACK incluye el nmero del prximo frame esperado El nmero de secuencia est limitado por al tamao del campo asociado en el frame (k)

Protocolo Go Back N Basado en la ventana deslizante Si no existe error, se enva el ACK habitual indicando el prximo frame esperado Utiliza una ventana para controlar el nmero de frames o tramas pendientes Si existe error, se enva un Ack negativo ( reply with rejection) Se descarta desde ese frame todos los frames recibidos, aunque sean recibidos correctamente.

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El transmisor debe volver atrs y retransmitir el frame rechazado y todos los frames siguientes TOPICO 2: Maneja tcnicas de monitoreo de transferencia de datos.

Etapas de adquisicin para monitoreo y control

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Arquitecturas de Monitoreo En un principio la computadora slo era usada como mquina en la que se adquiran y desplegaban datos, pero no se realizaba control desde la computadora hacia el sistema.

Primeras aplicaciones de las computaras como visualizador de informacin

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

Tratamiento de informacin ingresada por un computador.

En la actualidad los computadores interactan sobre el proceso, donde adems e recibir y procesar la informacin, ejecuta el control sobre los elementos del sistema. As el computador debe de asumir el modelo del controlador para la planta.

El computador como unidad de control y monitoreo.

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Control multiproceso En esta configuracin el computador se encarga de gobernar varios procesos simultneamente, esto se dio como posible debido a los avances en la velocidad de procesamiento y en las arquitecturas del computador, as entre dos muestras hay tiempo suficiente como para muestrear otras seales 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 reconfiguracin. 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.

Qu es tiempo real? Se define como el desempeo de un clculo durante el tiempo actual que el proceso fsico ocurre En trminos rigurosos, un sistema de control en tiempo real es aquel que no introduce retardos de tiempo o bandas muertas entre la recepcin de una medicin de proceso y la salida de una seal de control, la mayora de los sistemas de control de procesos continuos operan en tiempo real. La mayora de los sistemas de control de procesos continuos operan en tiempo real.

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TOPICO 3: Maneja tcnicas de correccin de errores en transmisin de datos Funcin Principal Asegurar que todas las tramas sean entregadas, sin error, a la capa de red del extremo receptor y, adems, en el orden correcto. Errores de Transmisin Son producidos por: rayos, bajas de energa, electromagnticas (motores elctricos). La interferencia puede: destruir parcialmente la seal. destruir completamente la seal. crear ruido aleatorios que parecer datos reales. Mecanismos de deteccin: Bit de paridad Sumas de chequeo Chequeo de redundancia longitudinal Chequeo de redundancia cclica 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 lnea. (Ack, NAck) El receptor y el emisor debern tener el mismo mecanismo de deteccin de errores. CRC Checksum Hay que incorporar temporizadores en el extremo emisor y receptor. (TOUT) Se debe asignar nmeros de secuencia a las tramas. - Paridad y otras interferencias

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Chequeo va bits de Paridad Similar al bit de paridad de la RS-232 Principal problema es que este tcnica no es capaz de detectar patrones de error tpicos. Ej. como errores dobles. Alternativas: agregar ms bits de paridad. Problema: Overhead

Chequeo va Sumas Sumas de chequeo: El tx enva la suma palabras de 16 o 32 bits de un paquete. El receptor efecta la misma evaluacin para detectar errores.

Chequeos de Redundancia Cclicas Las sumas de chequeo son superadas por los chequeos de redundancia cclicas (Cyclic Redundancy Check o CRC) en su capacidad para detectar errores. Tambin 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 enva 2n*M+R, donde R es el resto de la divisin

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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 aritmtica mdulo 2. El resto es sumado al producto 25 * M. El receptor detecta la presencia de errores cuando al hacer su divisin el resto resulta no nulo. Errores de Transmisin Cdigos de Correccin Incluye informacin redundante acerca de la trama En caso de error, indica dnde se encuentra en la trama. Cdigos de Deteccin Incluye menos informacin redundante Slo indica que ha ocurrido un error. Cdigos de Correccin Cdigos de Correccin Distancia Hamming entre 2 palabras (secuencia de bits) Se aplica la operacin OR EXCLUSIVO

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EJ: 1000 1001 y 1011 0001 tienen distancia=3 Existen Palabras vlidas y Palabras no-vlidas Distancia del cdigo (palabras vlidas) Cdigo Hamming Deteccin de d errores, mnima d+1 requiere de un cdigo de distancia

Corregir c errores, requiere de un cdigo de distancia mnima 2c+1 Ejemplo: Palabras vlidas: 00000 00000 00000 11111 11111 00000 11111 11111 El cdigo es de distancia=5, corrige errores dobles Si se recibe un 00000 00111 se supondr que debi ser un 00000 11111 Si hubo error triple (se envi 00000 00000), entonces no se corrige adecuadamente. (supuso mal)

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MANEJA ESQUEMAS DE CENTRALIZADO TIPO SCADA

COMUNICACIN

DE

DATOS

TOPICO 1: Maneja los esquemas y protocolos de comunicacin de sistemas centralizados de datos tipo SCADA.SCADA es un acrnimo por Supervisory Control And Data Acquisition (control supervisor y adquisicin de datos). Los sistemas SCADA utilizan la computadora y tecnologas de comunicacin para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales. Estos sistemas son partes integrales de la mayora de los ambientes industriales complejos o muy geogrficamente dispersos, ya que pueden recoger la informacin de una gran cantidad de fuentes muy rpidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la informacin oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas.

Caractersticas de las unidades maestras Todas las MTU de SCADA deben presentar una serie de caractersticas, algunas de estas son las siguientes: Adquisicin de datos Recoleccin de datos de las unidades terminales remotas (RTU) Grficos de tendencia Salvar los datos en una base de datos, y ponerlos a disposicin de los operadores en forma de grficos. 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.

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Actualmente la industria se est desarrollando claramente hacia estndares abiertos: ODBC, INTEL PC, sistemas estndares de grficos, e nterconectividad a sistemas de computacin corrientes. En aos recientes ha aparecido en el mercado un importante nmero de sistemas SCADA sobre plataformas INTEL PC, ya que stas estn aumentando rpidamente su capacidad y desempeo. Ejemplos de ellos son Citect, FIX de Intellution, KEPware yWonderware.

Los protocolos de comunicacin Se han desarrollado tcnicas para la transmisin confiable sobre medios pobres, y es as que muchas compaas alcanzaron una ventaja competitiva respecto de sus competidoras simplemente debido al mrito tcnico de sus protocolos. Estos protocolos por lo tanto tendieron a ser propietarios, y celosamente guardados.

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Esto no representaba un problema al instalar el sistema, aunque s 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 aparicin de un nmero apreciable de protocolos "abiertos". IEC870/5, DNP3, MMS son algunos de stos. Los mejores de estos protocolos son los multicapa completamente "encapsulados", y los sistemas SCADA que utilizan stos pueden confiar en ellos para garantizar la salida de un mensaje y el arribo a destino. Un nmero de compaas ofrece los cdigos fuente de estos protocolos, y otras ofrecen conjuntos de datos de prueba para comprobar la implementacin del mismo. Por medio de estos progresos est llegando a ser factible, por lo menos a este nivel, considerar la interoperabilidad del equipamiento de diversos fabricantes. Como documento adjunto se dar una breve descripcin del protocolo DNP 3.0. Las redes de comunicacin. SCADA tiende a utilizar la mayora de las redes de comunicacin disponibles. Los sistemas SCADA basados en transmisin radial son probablemente los ms comunes. stos evolucionaron con el tiempo, y lo ms bsico es el uso de FSK (frequency shift keying -codificacin por conmutacin de frecuencia) sobre canales de radio analgicos. 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 consideracin especial necesita ser dada al retardo de RTS (request to send - peticin de enviar) que normalmente se presenta. Esto se produce porque una radio se tomar algn tiempo despus de ser encendida (on) para que la seal alcance niveles aceptables, y por lo tanto el sistema SCADA debe poder configurar estos retardos. La mayora de las otras consideraciones con respecto a radio y SCADA se relacionan con el diseo bsico de la red de radio. Comunicaciones La caracterstica distintiva de los sistemas SCADA es su capacidad de comunicacin.

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Redes de datos en la IndustriaPaul Glvez F. 2008

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 fbrica, un sistema SCADA cubre generalmente reas geogrficas ms grandes, y utiliza muchos medios de comunicaciones diversos (y a menudo relativamente no fiables). Un aspecto importante de la tecnologa de SCADA es la capacidad de garantizar confiablemente la salida de datos al usar estos medios. Los sistemas SCADA utilizaron inicialmente enlaces de comunicacin lentos. Clculos cuidadosos debieron ser hechos para evaluar los volmenes de datos probables esperados, y asegurar que la red de comunicaciones fuera capaz de resolver las demandas. Todo lo relacionado a las redes de comunicacin se ha desarrollado ms arriba. La interaccin humano-mquina (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 Bsica

El software SCADA se ajusta a estas premisas. Tienen 4 niveles principales: * Gestin Intercambio de informacin para la toma de decisin estratgica. * Operacin Supervisin, mando y adquisicin de datos del proceso. * Control Dispositivos de control distribuido * Sensores y Actuadores Dispositivos de campo e instrumentacin.

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