TELEINFORMATICA
OSVALDO OLAGUE FERNANDEZ
4º LICA
CONCEPTO DE TELEINFORMATICA
Telemática, conjunto de servicios y técnicas
que asocian las telecomunicaciones
y la informática.
La telemática
ofrece posibilidades de comunicación
e información, tanto en el trabajo
como en el hogar. Agrupa servicios muy diversos, por ejemplo, la telecopia, el
teletexto o las redes
telemáticas como Internet.
En la década de 1970, la evolución
de la informática
requirió la creación de nuevos servicios capaces de almacenar, recibir y
procesar a distancia datos e informaciones. Ello condujo a la invención de la
teleinformática, que descentralizaba mediante redes de telecomunicaciones los recursos
ofrecidos por la informática. Estas redes permitieron igualmente mejorar las
transmisiones de datos escritos. Con el fin de paliar la lentitud del telex y
la telegrafía, se crearon la telecopia y otros servicios de oficina. Todos
estos servicios informáticos proporcionados por una red de
telecomunicaciones se reagruparon bajo el nombre de ‘telemática’,
neologismo propuesto por los autores franceses de un informe
sobre La informática de la sociedad
(1978).
TELECOMUNICACIÓN
La especie humana es de carácter social,
es decir, necesita de la comunicación; pues de otra manera viviríamos
completamente aislados. Así, desde los inicios de la especie, la comunicación
fue evolucionando hasta llegar a la más sofisticada tecnología, para lograr
acercar espacios y tener mayor velocidad en el proceso.
Las primeras manifestaciones en la
comunicación de la especie humana fue la voz, las señales de humo y sus dibujos
pictóricos; posteriormente al evolucionar, fue la escritura, el elemento que
permitió desarrollar las culturas que hoy se conocen. Las artes como la música
y el teatro, forman parte fundamental en la formación y desarrollo de la misma
especie y sus culturas.
Con el desarrollo de las civilizaciones y
de las lenguas escritas surgió también la necesidad de comunicarse a distancia
de forma regular, con el fin de facilitar el comercio entre las diferentes
naciones e imperios.
Las antiguas civilizaciones utilizaban a
mensajeros, mas adelante, se utilizó al caballo y las palomas mensajeras; con
el invento de la rueda esto casi desapareció.
A partir de que Benjamin Franklin
demostró, en 1752, que los rayos son chispas eléctricas gigantescas,
descubrimiento de la electricidad; grandes inventos fueron revolucionando este
concepto, pues las grandes distancias
cada vez se fueron acercando. 1836 año en que Samuel F. B. Morse creo lo
que hoy conocemos Telégrafo. Tomas Edison, en 1874, desarrolló la telegrafía
cuádruple, la cual permitía transmitir dos mensajes simultáneamente en ambos
sentidos.
A pesar de este gran avance, no era
suficiente lo que lograba comunicar, es decir, esto era insuficiente pues se
requería de algún medio para la comunicación de la voz. Ante esto, surge el
teléfono, inventado por Alexander Graham Bell, que logra la primera transmisión
de la voz en 1876.
Así los primeros sistemas telegráficos y
telefónicos utilizaban cable para lograr la transmisión de mensajes. Con los
avances en el estudio de la electricidad, el físico alemán Heinrich Hertz
descubre, en 1887 descubre las ondas electromagnéticas, estableciendo las bases
para la telegrafía sin hilos.
Pero no fue hasta el siglo XX, cuando se
inventan los tubos al vacío y el surgimiento de la electrónica, que se logran
grandes avances, se inventa el radio, la primera emisión fue en 1906 en los
Estados Unidos. En 1925 existían ya 600 emisoras de radio en todo el mundo.
Hasta aquí, la voz se ha logrado
transmitir de un lugar a otro, pero que pasa con la imagen, si una imagen dice más que mil palabras.
En 1826, físico francés Nicéphore Niepce
utilizando una plancha metálica recubierta de betún, expuesta durante ocho
horas, consiguió la primera fotografía. Perfeccionando este procedimiento, el
pintor e inventor francés Louis Jacques Mandé Daguerre descubrió un proceso
químico de revelado que permitía tiempos de exposición mucho menores,
consiguiendo el tipo de fotografía conocido como daguerrotipo.
En el siglo XIX, se desarrolla este
invento hasta llegar al cinetoscopio, presentado por Tomas Edison en 1889 y lo
patento en 1891. Los hermanos Lumière, presentan y patentan el cinematógrafo en
el año de 1895. Hasta el año de 1920 se le añade el sonido. Creando así, el
cine, muy disfrutado en nuestros días.
Aunque la transmisión de imágenes a
distancia esta ligada a varios avances e inventos, como: disco perforado explorador,
inventado en 1884 por el pionero de la televisión, el alemán Paul Gottlieb
Nipkow. Otros de los hechos en el desarrollo de la televisión son el
iconoscopio y el cinescopio, para transmitir y recibir, respectivamente,
imágenes a distancia, inventados ambos en 1923 por el ingeniero electrónico
ruso Vladímir Kosma Zworykin. Logrando con esto una de las más grandes
industrias a escala mundial, las Cadenas
de Televisión.
Desde las primeras máquinas programables
manualmente (máquina diferencial de Babbage) o con procedimientos electrónicos
(ENIAC, con tubos al vacío, en 1947), hasta nuestros días de potentes
computadoras digitales que se han introducido en prácticamente todas las áreas
de la sociedad (industria, comercio, educación, comunicación, transporte, etc.). Con todos estos avances
tecnológicos y necesidades, la comunicación o transmisión de datos fue tomando
cada vez más auge.
Los primeros intentos y realizaciones en
la tarea de conjugar ambas disciplinas - comunicaciones
y procesamiento de datos - tuvieron lugar en Estados Unidos, donde
durante años cuarenta del siglo XX se desarrollo una aplicación de inventario
para la U.S. Army y posteriormente, en 1953, otra para la gestión y reserva de
las plazas en la American Airlines, que constituyeron los dos primeros sistemas
de procesamiento de datos a distancia.
Con esta nueva necesidad y estas
herramientas, surgen las Redes de
Computadoras, las cuales son ya muy comunes en nuestros días, pero en
los inicios de la transmisión por televisión y con el uso de las computadoras,
la especie humana logra lanzar un vehículo espacial y tiempo después lanza los
primeros satélites artificiales.
Los cuales son aparatos muy sofisticados
con fines múltiples (científicos, tecnológicos y militares). El primer satélite
artificial, el Sputnik 1, fue lanzado por
En la actualidad hay satélites de
comunicaciones, navegación, militares, meteorológicos, de estudio de recursos
terrestres y científicos. La mayor parte de ellos son satélites de
comunicación, utilizados para la comunicación telefónica y la transmisión de
datos digitales e imágenes de televisión.
Todo este desarrollo de las comunicaciones
dio lugar a un nuevo concepto; Telecomunicación,
que significa: Conjunto de medios de comunicación a distancia o transmisión de
palabras, sonidos, imágenes o datos en forma de impulsos o señales electrónicas
o electromagnéticas.
SISTEMAS DE COMUNICACIONES
Sistemas alámbricos
En este capítulo
se dará un diagrama en bloques general de los sistemas de comunicación, al cual
nos referiremos en los capítulos siguientes. También se darán los conceptos
fundamentales para la cuantificación y evaluación de los sistemas de
comunicación alámbricos.
Además se analizaran los
sistemas telefónicos de área local dando un esquema y caracterizando los
bloques que la componen. Los títulos de los temas son:
Principios de líneas de transmisión y ecuación de la misma. Sistema de comunicación (diagrama en bloques). Tipo de información (voz, datos , vídeo) Canal de información. Sistema típicos telefónicos, diagrama en bloques, impedimentos en la trasmino. Medición de niveles (db, dbm, dbu, etc.) Transmisión de la voz, (atenuación, retardo), respuesta psofométrica. Ruido (térmico, intermodulación, modulación cruzada, impulsivo), cifra de ruido, temperatura de ruido, relación señal a ruido psofométrica. Circuito telefónico (adaptación de impedancia y alimentación). Sistema equivalente de referencia (TRE, RRE, ERT). Red telefónica (atenuación, pupinización, tipos de líneas). Híbrido (red de dos y cuatro hilos), eco y sinnging, perdida de retorno. Esquema jerárquico de una red, áreas, tipos de conexión.
Tráfico
Se estudiarán y aplicarán los
modelos matemáticos que analizan el comportamiento del tráfico telefónico que
arriban a las centrales o nodos de conexión. Se analizarán los métodos de
medidas prácticos para aplicar los modelos matemáticos. Se clasificaran el
manejo de las llamadas perdidas, evaluándolos con los distintos modelos
matemáticos. Los temas son :
Gráfico de barras.
Medida de tráfico, volumen, intensidad, unidades. Tipo de tráfico (llevado y
transportado). Congestión, grado de servicio. Disponibilidad (plena y
limitada). Manejo de llamadas perdidas (sin cola, con colas. tipo de tráfico
(suave, aleatorio y áspero). Tiempos interarrivos. arribos de Poisson. Sistema
de llamadas (rechazadas, reiteradas y mantenidas).
Centrales
Se
diagramarán los distintos tipos de centrales, explicando constructivamente como
están constituidas, aplicando la teoría de tráfico para cuantificarla. Se verán
los distintos tipos de estructuras de centrales. Se explicarán las centrales
telefónicas por división de espacio y por división de tiempo. Los temas a
tratar son:
Diagramas en bloques,
concentradores , distribuidor y desconcentradores. Centrales de conmutación,
funciones, señalización, control, conmutación. Sistema paso a paso (Strower).
Sistema crossbar (pentaconta). Sistema de conmutación por división de espacio.
Sistema de conmutación por división de tiempo. Sistemas combinados en espacio y
tiempo. Conmutación multietapas. Gráficos de Lee.
Multiplexado por división de frecuencia
Se estudiarán en
este capítulo la forma de acomodar los canales telefónicos en sistemas
jerárquicos telefónicos superiores, siguiendo la normativa internacional sobre
el tema. Se evaluara la cuantificación de los mismos con respecto al los
niveles aceptados, y al ruido Los temas a abordar son:
Plan de modulación de CITT
(grupo, súper grupo y grupo maestro), diagramas en bloques. Cargas de sistema
de MDF. Tono piloto. Ruido. Grupo pasante y súper grupo pasante.
Digitalización de la voz
Se analizarán los distintos
sistemas de digitalización de la voz analizando ventajas y desventajas de los
mismos y comparándolos, se dará un método de caracterización y evaluación de
cada sistema. Los temas son:
Sistema PAM. Sistema PCM
(uniforme), ruido de cuantización, relación señal a ruido. PCM comprimido, ley
m , ley A, conversión de códigos. Modulación delta, relación señal a ruido.
Transmisión de datos en banda base
En este capítulo se tratara la
transmisión de datos en su forma original, formas de codificarlos,
características importantes que permiten definir y comparar los distintos
sistemas de codificación. Se analizarán los métodos de medidas. Relación de los
sistemas con las tecnologías actuales en uso. Los títulos son :
Efecto del canal sobre la forma
de los pulsos. Codificación y descodificación. Sincronismo, forma de detectar.
Probabilidad de error. Transmisión serie y paralela. Transmisión sincrónica y
asincrónica. Protocolos. Ruido de intermodulación. Diagrama del ojo.
Modulación digital y redes
Se desarrollarán los distintos
modos de modulación utilizado por los MODEM, se caracterizarán y fijaran el uso
para cada caso. Se analizarán redes de datos sus topologías y los distintos
protocolos que se utilizan, especialmente TCP/IP. Se analizaran redes LAN y
WAN, además de servicios integrados, transmisión de datos, voz e imagen. Los
temas son :
Métodos de modulación digital
para transmisión en medios confinados, MODEM, modulación ASK, FSK y PSK.
Diagramas fasoriales y en el tiempo de cada sistema.
SEÑAL
Conjunto de pulsos eléctricos o
electromagnéticos que nos ayudan ha transmitir información que pueden ser DIPS
(datos , imágenes, palabras y señales)
SEÑALES CONTINUAS Y
DISCRETAS
Las señales continuas -también llamadas analógicas- se caracterizan porque su
valor puede cambiar en cualquier instante, y su nombre pretende reflejar la
dependencia continua de la señal con respecto al tiempo.
Las señales discretas -también llamadas digitales- se caracterizan en cambio
porque su valor sólo puede cambiar en instantes específicos (o porque la señal
sólo está definida en esos instantes).
DOMINIO DE TIEMPO
La vibración
es una oscilación en posición, cómo del tiempo, y se dice que existe en el
dominio del tiempo.
La señal de
un transductor también está en el dominio del tiempo, y cuando se muestra en la
pantalla de un osciloscopio , se llama una forma de honda la mayor parte del
diagnóstico de los problemas de vibración de máquinas se hace vía el análisis
de espectro , algunos tipos de información se ven más fácilmente en la forma de
onda por ejemplo , cuando se busca impactos repetitivos en un rodamiento con
elementos rodantes.
DOMINIO DE
La vibración existe en
el tiempo, y se dice que está en el dominio del tiempo. La representación de
una señal de vibración
en el dominio del tiempo es una "forma de onda", y eso es lo
que se vería en un osciloscopio.
Si la forma
de onda está sujeta a un análisis de
espectro, el resultado es una gráfica de frecuencia vs. Amplitud, llamado un espectro. El espectro está en
el dominio de la frecuencia.
Se dice que
la forma de onda fue "transformada” del dominio del tiempo al dominio de
la frecuencia. La mayoría de los analices en detalle, de datos de vibración de
máquinas se hacen en el dominio de la frecuencia, pero algunas informaciones se
pueden interpretar más fácilmente en el dominio del tiempo.
DIGITALIZACION
La forma como una imagen
(texto, fotos,
formas, sonido
, movimiento...),
se pueden convertir en un idioma comprensible para las computadoras.
En general las señales exteriores que hacen posible la identificación en su estado
natural, se transforman en código
binario (0’s y 1’s) que mediante la utilización de programas
se pueden transformar de acuerdo a los requerimientos.
Escáner
Los escáneres son periféricos
diseñados para registrar caracteres escritos, o gráficos
en forma de fotografías o dibujos,
impresos en una hoja de papel
facilitando su introducción
en la computadora
convirtiéndolos en información
binaria comprensible para ésta.
El funcionamiento de un escáner
es similar al de una fotocopiadora. Se coloca una hoja de papel que contiene
una imagen sobre una superficie de cristal transparente, bajo el cristal existe
una lente especial que realiza un barrido de la imagen existente en el papel; al
realizar el barrido, la información existente en la hoja de papel es convertida
en una sucesión de información en forma de unos y ceros que se introducen en la
computadora.
Para mejorar el funcionamiento del sistema
informático cuando se están registrando textos, los escáneres se asocian a un
tipo de software
especialmente diseñado para el manejo de este tipo de información en código
binario llamados OCR (Optical Character Recognition o reconocimiento óptico de
caracteres), que permiten reconocer e interpretar los caracteres detectados por
el escáner en forma de una matriz
de puntos e identificar y determinar qué caracteres son los que el subsistema
está leyendo.
Un caso particular de la utilización de un
scanner,
aunque representa una de sus principales ventajas, es la velocidad
de lectura
e introducción de la información en el sistema informático con respecto al método
tradicional de introducción manual
de datos
por medio del teclado,
llegándose a alcanzar los 1.200 caracteres por segundo.
Así funciona un escáner:
Una definición simple de escáner podría ser la siguiente: dispositivo que
permite pasar la información que contiene un documento en papel a una computadora,
para de esta manera poder
modificarlo.
Este proceso
transforma las imágenes
a formato digital, es decir en series de 0 y de 1, pudiendo entonces ser
almacenadas, retocadas, impresas o ser utilizadas para ilustrar un texto.
TEOREMA DE NYQUIST
Desarrollado
por H. Nyquist, quien afirmaba que "una señal analógica puede ser
reconstruida, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo.
La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de
la señal analógica".
La
teoría del muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la
frecuencia de muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su ancho de
banda [B] medida en Hertz [Hz].
fm > 2?B
Supongamos
que la señal a ser digitalizada es la voz...el ancho de banda de la voz es de
4,000 Hz aproximandamente. Entonces, su razón de muestreo será 2*B= 2*(4,000
Hz), es igual a 8000 Hz, equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000).
Entonces la razón de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz, para que pueda regenerarse sin error.
La
frecuencia 2*B es llamada la razón de muestreo de Nyquist. La mitad de su
valor, es llamada algunas veces la frecuencia de Nyquist.
El
teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado
matemáticamente por Claude Shannon en 1949.
ENERGIA
Energía, capacidad de un sistema físico para realizar
trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su
posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación
electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su
longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe
radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada
al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con
la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un péndulo que oscila tiene
una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido; en todas las
posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en proporciones
diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas la energía
mecánica (véase Mecánica), térmica (véase Termodinámica), química (véase Reacción
química), eléctrica (véase Electricidad), radiante (véase Radiación) o atómica
(véase Energía nuclear). Todas las formas de energía pueden convertirse en
otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de transformación
puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma total permanece
constante.
Un peso suspendido de una cuerda tiene energía potencial
debido a su posición, puesto que puede realizar trabajo al caer. Una batería
eléctrica tiene energía potencial en forma química. Un trozo de magnesio
también tiene energía potencial en forma química, que se transforma en calor y
luz si se inflama. Al disparar un fusil, la energía potencial de la pólvora se
transforma en la energía cinética del proyectil. La energía cinética del rotor de
una dinamo o alternador se convierte en energía eléctrica mediante la inducción
electromagnética. Esta energía eléctrica puede a su vez
almacenarse como energía potencial de las cargas eléctricas
en un condensador o una batería, disiparse en forma de calor o emplearse para
realizar trabajo en un dispositivo eléctrico. Todas las formas de energía
tienden a transformarse en calor, que es la forma más degradada de la energía.
En los dispositivos mecánicos la energía no empleada para realizar trabajo útil
se disipa como calor de rozamiento, y las pérdidas de los circuitos eléctricos
se producen fundamentalmente en forma de calor.
Las observaciones empíricas del siglo XIX llevaron a la
conclusión de que aunque la energía puede transformarse no se puede crear ni
destruir. Este concepto, conocido como principio de conservación de la energía,
constituye uno de los principios básicos de la mecánica clásica. Al igual que
el principio de conservación de la materia, sólo se cumple en fenómenos que
implican velocidades bajas en comparación con la velocidad de la luz. Cuando
las velocidades se empiezan a aproximar a la de la luz, como ocurre en las
reacciones nucleares, la materia puede transformarse en energía y viceversa
(véase Relatividad). En la física moderna se unifican ambos conceptos, la
conservación de la energía y de la masa.
POTENCIA
Potencia (física), el trabajo, o transferencia de energía,
realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para
mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en
la dirección de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese
trabajo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado
dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho
trabajo.
El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a
situaciones en las que se desplazan objetos mecánicamente. También resulta
útil, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito eléctrico con una
resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover
las cargas eléctricas a través de la resistencia. Para moverlas más rápidamente
—en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia— se
necesita más potencia.
La potencia siempre se expresa en unidades de energía
divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema
Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1
julio de trabajo por segundo. Una unidad de potencia tradicional es el caballo
de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios.
EL ESPECTRO DE
Desde el siglo XVII sabemos, con los
trabajos de Newton y Huygens, que la radiación luminosa, la luz, se desvía al
atravesar un medio de densidad distinta, como el agua. Sufre una dispersión.
Resulta que sus componentes se desvían con diferente ángulo, por lo que al
salir del medio que atraviesan, salen las componentes separadas por distintos
ángulos y se pueden identificar visualmente por los diferentes colores que
muestran.
Así, cuando la luz blanca que procede del
sol atraviesa gotas de lluvia, esta se desvía, y sus componentes, que son las
de luz de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta, se
separan formando el arco iris. Esto ocurre debido a que las componentes de la
luz blanca del Sol, en desplazamiento general de
El espectro de la radiación:
En determinadas condiciones, los cuerpos
emiten energía en forma de radiación. También los cuerpos absorben la radiación
que emiten otros cuerpos, asimilando energía.
¿Cómo medir la radiación emitida o la
radiación absorbida por los cuerpos? Un aparato capaz de obtener el espectro de
una radiación, es decir, de separar la radiación en sus componentes, se llama
un espectroscopio. Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un
espectrógrafo, y si es capaz de medirla diremos que se trata de un
espectrómetro. Cuando es capaz de medir también la intensidad de la radiación,
se llama espectrofotómetro.
La principal emisión de radiación de los
cuerpos es la radiación electromagnética en forma de luz visible.
Se dice que el arco iris es el espectro de
la luz visible procedente del sol. En el ejemplo del espectro constituido por
el arco iris, son las gotas de lluvia y el aire atmosférico lo que hacen de
espectroscopio.
La longitud de onda de la radiación puede
ser desde muy pequeña, en el caso de la llamada radiación gamma, hasta muy
grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando desde nanómetros y
ángstroms hasta cientos de metros. Recordemos que un nanómetro es la
milmillonésima parte de un metro (1 m = 109 nms) y que un Ángstrom
es la diez mil millonésima parte de un metro (1 m = 1010 A), por lo
que un nanómetro equivale a 10 Ángstrom (1nm = 10 A)
La luz que recibimos del Sol es radiación
electromagnética que se desplaza a 300.000 kms/s, en su totalidad, pero la
longitud de onda no es la misma en todos los fotones luminosos, sino que varía
entre los 4000 A y los 7000 A, aproximadamente, o lo que es lo mismo, entre los
400 nm y los 700 nm. La luz blanca se descompone, en definitiva, en un espectro
de diferentes bandas coloreadas, cada una definida por una longitud de onda
distinta. Así, la luz de menor longitud de onda es la luz violeta, que es de
alrededor de unos 4000 Ángstroms, y la luz de mayor longitud de onda es la luz
roja, que es de alrededor de unos 7000 Ámgstroms.
Sin embargo, hay radiaciones de mayor y
también de menor longitud de onda, es decir, que tienen una longitud de onda
inferior a 4000
Angstroms y que tienen una longitud de
onda superior a los 7000 Angstroms.
Las radiaciones que van desde el violeta
al rojo se dice que forman el espectro visible, pues procede de la
descomposición de la luz blanca.
Las radiaciones de longitud de onda
inferior al violeta se llaman radiación ultravioleta, rayos X, y rayos gamma,
por orden decreciente en la longitud de onda.
Las radiaciones de longitud de onda
superior al rojo son las denominadas infrarrojo, microondas y ondas de radio,
por orden creciente en longitud de onda.
|
TIPO DE RADIACION |
Intervalos de las longitudes de
onda |
|
|
Rayos Gamma |
inferiores a 10-2
nanómetros |
|
Rayos X |
entre 10-2
nanómetros y 15 nanómetros |
|
Ultravioleta |
entre 15 nanómetros y 4.102
nanómetros |
|
ESPECTRO VISIBLE |
entre 4.102 nanómetros
y 7,8.102 nanómetros |
|
Infrarrojo |
entre 7,8.102
nanómetros y 106 nanómetros |
|
Región de Microondas |
entre 106 nanómetros
y 3.108 nanómetros |
|
Ondas de Radio |
mayores de 3.108
nanómetros |
|
(1 metro = 102 cms =
103 mms = 109 nanómetros = 1010 angstroms) |
Espectros de emisión y espectros
de absorción:
Cuando un elemento irradia energía no lo
hace en todas las longitudes de onda. Solamente en aquellas de las que está
“provisto”. Esas longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada
elemento. También ocurre que cuando un elemento recibe energía no absorbe todas
las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de “proveerse”.
Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiación con los
huecos o líneas negras del espectro de absorción de la radiación, como si un
espectro fuera el negativo del otro.
Se acostumbra a llamar “cuerpo negro” al
cuerpo ideal que absorbe todas las longitudes de onda y, por consiguiente,
emite radiación también a todas las longitudes de onda. Sería, en definitiva,
un emisor perfecto de radiación. A cada temperatura emitiría una cantidad
definida de energía por cada longitud de onda.
El fracaso en el intento de explicar la
radiación del cuerpo negro desde los conceptos de la física condujo al
descubrimiento de Planck de que la emisión de energía es un múltiplo de la
frecuencia de a radiación:
E = h. u
Los
espectros de emisión:
Todos los cuerpos emiten energía a ciertas
temperaturas. El espectro de la radiación energética emitida es su espectro de
emisión. Todos los cuerpos no tienen el mismo espectro de emisión. Esto es, hay
cuerpos que emiten en el infrarrojo, por ejemplo, y otros cuerpos no.
En realidad, cada uno de los elementos
químicos tiene su propio espectro de emisión. Y esto sirve para identificarlo y
conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como
son las estrellas.
Así, el sodio tiene su característico
espectro de emisión, lo mismo que el calcio, o que el hidrógeno, etc...
Algunos ejemplos de espectros de emisión:
Diremos que el hidrógeno emite, dentro del visible, en una
cierta longitud de onda del naranja (6560 A), en otra del azul (4858 A), otra
del añil (4337 A) y otra del violeta (4098 A).
El sodio (Na) emite en el amarillo (bandas de longitudes de
onda de 5896 A y 5890 A).
El gas noble Neón (Ne) emite en el espectro visible en las
longitudes de onda de 6402 A (naranja), 5852 A (amarillo) y 5400 A (verde).
El Calcio emite en la longitud de onda del espectro visible
6162 A (amarillo-naranja), 4454 A y 4435 (color añil) y 4226 A (violeta).
El Mercurio (Hg) emite radiación en dos longitudes de onda
del visible: 5460 A (color verde) y 4358 A (color añil).
Los espectros de absorción:
Y también los cuerpos absorben radiación
emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de radiación que reciben
aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se llaman
“rayas negras” o simplemente “rayas” del espectro.
También ocurre con la absorción, que unos
cuerpos absorben la radiación de unas determinadas longitudes de onda y no
absorben la radiación de otras longitudes de onda, por lo que cada cuerpo, cada
elemento químico en realidad, tiene su propio espectro de absorción,
correspondiéndose con su espectro de emisión, cual si fuera el negativo con el
positivo de una película.
Algunos ejemplos de espectros de
absorción:
El hidrógeno, pues, absorbe radiación en las mismas bandas
en las que la emite, es decir, absorbe en una cierta longitud de onda del
naranja, en otra longitud de onda del azul, en otra del añil y en otra del
violeta.
También, por consiguiente, el sodio (Na) absorbe en las
mismas bandas de longitud de onda en las que emite.
El gas Neón absorbe, naturalmente, las mismas bandas que
figuran en su espectro de emisión.
El calcio (Ca) absorbe también las líneas que figuran en su
espectro de emisión.
El mercurio (Hg) absorbe también las mismas líneas que
emite.
El Espectro Solar:
Si analizamos mediante un espectroscopio
la luz que nos llega del Sol observamos en el espectro que no es completamente
continuo, sino que aparecen ciertas rayas de absorción. Indicándonos este hecho
que la luz del sol ha atravesado gases que han absorbido las longitudes de onda
que a cada uno de ellos le es característica. Algunos de estos elementos
sabemos que no pueden existir en la atmósfera de nuestro planeta, por lo que
hemos de concluir que se encuentran en la atmósfera solar:
Se observa fácilmente, por tanto, la
existencia de Sodio (las dos líneas amarillas), hidrógeno, etc...
El primero en describir las líneas oscuras
del espectro solar fue Joseph Von Fraunhofer (1787-1826), por lo que se le
denominaron "Líneas de Fraunhofer", aunque ya habían sido descubiertas
en 1802 por William H. Wollaston (1766-1828).
TRANSMICION DE SEÑALES
Continuas
Una de las
operaciones que más utilizaremos en el manejo de señales son sus
transformaciones. Transformar una señal es cambiar la variable que define la
señal.
Las señales de partida son:
Desplazamientos en el tiempo
Las señales no cambian de forma, sólo hacemos que ocurra
antes o después de nuestro origen de referencia.
Los factores
fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de
información son el ancho de banda B
y la potencia S de la señal.
El ancho de banda de un canal es el
rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad; por
ejemplo, si un canal puede transmitir con razonable fidelidad una señal cuyas
componentes de frecuencia ocupan un rango de 1,000 hasta un máximo de 5,000 Hz
(5 kHz) el ancho de banda será de 4 kHz.
Para
comprender el papel de B, se
considera la posibilidad de aumentar la velocidad de transmisión de la
información mediante la compresión en el tiempo de la señal. Si una señal se
comprime en el tiempo un factor de dos, se podrá transmitir en la mitad del
tiempo, y la velocidad de transmisión se duplica. Sin embargo, la compresión
por un factor de dos hace que la señal "oscile" dos veces más rápido,
lo que implica que las frecuencias de sus componentes se dupliquen. Para
transmitir sin distorsión esta señal comprimida, el ancho de banda del canal
debe duplicarse. De esta forma, el índice de transmisión de la información es
directamente proporcional a B. Con más generalidad si un canal de ancho de
banda B puede transmitir N pulsos por segundo, entonces, para transmitir KN
pulsos por segundo se necesita un canal de ancho de banda KB. Para reiterar, el
número de pulsos/segundo que pueden transmitirse a través de un canal es
directamente proporcional a su ancho de banda B.
La potencia
S de la señal desempeña un papel dual en la transmisión de información.
Primero, S esta relacionada con la calidad de la transmisión. Al incrementarse
S, la potencia de la señal, se reduce el efecto del ruido de canal, y la
información se recibe con mayor exactitud, o con menos incertidumbre. Una mayor
relación de señal a ruido S/N permite también la transmisión a través de una
distancia mayor. En cualquier caso, una cierta S/N mínima es necesaria para la
comunicación.
Relación Señal a Ruido
(S/N
CONVOLUCIÓN
Se denomina
convolución a una función, que de forma lineal y continua, transforma una señal
de entrada en una nueva señal de salida. La función de convolución se
expresa por el símbolo *.
En un sistema unidimensional, se dice que g(x)
convoluciona f(x) cuando
donde x’ es una variable de integración.
El resultado de g(x) depende únicamente del valor de
f(x) en el punto x, pero no de la posición de x. Es la propiedad que se
denomina invariante respecto la posición (position-invariant) y es condición
necesaria en la definición de las integrales de convolución.
En el caso de una función
continua, bidimensional, como es el caso de una imagen monocroma, la
convolución de f(x,y) por g(x,y) será:
Resumen
Cuando se requiere medir tiempos de retraso en sistemas que
presentan problemas de propagación de señales, se aplica la función de
correlación cruzada.
En el
presente trabajo con ayuda del analizador B&K
2034 se reafirman los conocimientos teóricos
dados en la clase sobre el concepto y principales propiedades de la
correlación cruzada.
Introducción
La correlación cruzada expresa que tanta similaridad tienen
dos señales de tiempo diferentes a (t) y b (t) para diferentes desplazamientos
de tiempo . Esta definida como:
Correlación cruzada
Se emplea tradicionalmente para medir tiempos de retardo de
señales, debidos a problemas de propagación. También se puede usar para
determinar la contribución de alguna medida en la salida
de un sistema, para cada una de las diversas fuentes de
entrada independientes.
Objetivo:
o Mediante el manejo adecuado de las
funciones referentes a: la correlación cruzada en el analizador, se podran reforzar los conceptos
dados en la clase de teoria.
Procedimiento
Para efectuar las pruebas se necesita
conectar la unidad de prueba en. Auto correlación, “Delay ~3ms”, “Noise-off”.
Se tiene que conectar de acuerdo a la
figura 1.
Sistema de prueba ZZ0201 y circuito de medición, para la de mostración
de la auto correlación.
El
“setup” de medición empleado fue el predefinido No. 14, utilizado para
mediciones de funciones en dominio del tiempo, como la auto correlación y la
correlación cruzada.
Pruebas.
Se realizaron diferentes pruebas, con
diferentes señales de exitación. Obteniendose los siguientes resultados para:
Señal Impulso
Para la realización
de los siguientes ejercicios se requiere que la unidad de prueba se encuentre
en: Correlación cruzada, retraso » 3ms y sin ruido, conectada como se muestra:
. Transitorio en CH Ha, parte real.
Transitorio en CH B a 2.899ms del transitorio
de canal A, parte real.
Las figuras 3 y 4 muestran dos transitorios en los dos
canales del analizador y en diferentes tiempos, la idea es saber si hay alguna
correlación en las dos señales
Correlación cruzada de las señales en tiempo en magnitud sin corrección
Bow tie.
Correlación cruzada de las señales
en tiempo en su parte real con corrección Bow tie
Magnitud de la correlación cruzada
de las señales en tiempo con corrección Bow tie.
Señal impulso con retraso y bajo ruido.
o
Ahora se
requiere que la unidad de prueba se encuentre en: Correlación cruzada, retraso » 3ms y bajo
ruido, obteniéndose las siguientes gráficas:
o
Señal en tiempo, canal
A, parte real. Gráfica superior 6.
o
Señal en tiempo con
retraso y bajo ruido, canal B, parte real. Gráfica inferior 6.
o
Correlación cruzada,
parte real, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms sin corrección bow tie. Gráfica 7.
o
Correlación cruzada,
magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
sin corrección bow tie. Gráfica 8.
o
Correlación cruzada,
parte real, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms con corrección bow tie. Gráfica 9.
o
Correlación cruzada,
magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
con corrección bow tie. Gráfica 10.
Señales en tiempo, en el canal A es una señal sin retraso ni ruido, en el
canal B la señal es con retraso y bajo ruido.
Correlación cruzada de las señales en tiempo, parte real sin corrección
Bow tie.
Magnitud de la correlación cruzada de las señales en tiempo de la gráfica
6, sin corrección Bow Tie.
Parte real de la correlación cruzada de las señales en tiempo, con
corrección Bow Tie.
Magnitud de la correlación cruzada de las señales en tiempo, con
corrección Bow Tie.
Señal de impulso de la señal con retraso y alto ruido.
o
Ahora se
requiere que la unidad de prueba se encuentre en: Correlación cruzada, retraso » 3ms y alto
ruido, obteniéndose las siguientes gráficas:
o
Señal en tiempo, canal
A, parte real. Gráfica superior 11.
o
Señal en tiempo con
retraso y alto ruido, canal B, parte real. Gráfica inferior 11.
o
Correlación cruzada,
parte real, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms sin corrección bow tie. Gráfica 12.
o
Correlación cruzada,
magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
sin corrección bow tie. Gráfica 13.
o
Correlación cruzada,
parte real, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms con corrección bow tie. Gráfica 14.
o
Correlación cruzada,
magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
con corrección bow tie. Gráfica 15.
Señales en tiempo, la gráfica superior es la señal de impulso y la
inferior es la señal de impulso con alto ruido y retraso.
Correlación cruzada en su parte real de las señales de tiempo de la
gráfica 11, sin corrección Bow tie.
Magnitud de la correlación cruzada de las señales en tiempo anteriores,
sin corrección Bow tie.
Parte real de la correlación cruzada de las señales en tiempo anteriores,
con corrección Bow Tie.
Magnitud de la correlación cruzada
La magnitud de la correlación
cruzada es una cantidad vectorial, es decir, es el vector resultante de la
parte real (eje x ) y la parte imaginaria (eje y), ambos perpendiculares entre
sí. (Figura 2)
La correlación cruzada es una cantidad vectorial.
La correlación cruzada
generada por la unidad de prueba seleccionando correlación cruzada con retraso
y sin ruido está dada por las siguientes gráficas.
Parte real
Parte real de la correlación cruzada de un impulso de excitación.
Parte imaginaria
Parte imaginaria de la correlación cruzada de un impulso de excitación
Magnitud
Magnitud de la correlación cruzada de un impulso de excitación.
Se observa que la correlación cruzada presenta un cruce por
cero a un tiempo de 3 ms, este cruce indica que la correlación cruzada se
encuentra entre los ejes real e imaginario, es decir el coeficiente de
correlación solamente puede ser obtenido a través de su magnitud. Es importante
mencionar que la correlación cruzada es calculada por el analizador a través de
la transformada de Hilbert.
Funciones de
peso.
Se emplean la ventana de transitorios o la ventana
rectangular en tiempo, la cual es apropiada para transitorios más cortos que la
longitud de la grabación, la diferencia entre ambas radica en que la ventana de
transitorios permite elegir la longitud de la ventana.
Para la realización de los siguientes ejercicios se
requiere que la unidad de prueba se encuentre en: Correlación cruzada, retraso » 3ms y sin ruido o ruido bajo o ruido alto, y en el
analizador se elija una ventana tipo transitorios. Al ser elegida la ventana es
automáticamente mostrada sobrepuesta en la posición de la función de tiempo.
Una de las importantes aplicaciones de esta ventana es que con ella se pueden
editar las funciones en tiempo después de que han sido adquiridas
Señal con retraso » 3ms y sin ruido.
Señales en tiempo, superior: señal sin retraso y sin ruido; inferior:
señal con retraso y sin ruido.
Parte real de la correlación cruzada de las señales en tiempo de la
gráfica 18.
Señal con retraso » 3ms y bajo
ruido.
Señales en tiempo, superior: señal sin retraso y sin ruido; inferior:
señal con retraso y bajo ruido.
Parte real de la correlación cruzada de las señales en tiempo de la
gráfica 18.
Señal con retraso » 3ms y alto
ruido.
Señales en tiempo, superior: señal sin retraso y sin ruido; inferior:
señal con retraso y sin ruido.
Parte
real de la correlación cruzada de las señales en tiempo de la gráfica 18.
Ventana tipo exponencial
Este mismo análisis
puede ser aplicado a una señal de prueba pero empleando una ventana tipo
exponencial, cuya principal característica es que permite ****, su forma de
aplicación es la misma que para una ventana tipo transitorios.
Señal con retraso » 3ms y sin ruido.
Señal con retraso » 3ms y bajo
ruido.
Señal con retraso » 3ms y alto
ruido.
Excitación azarosa
Aplicando en el
campo Generador del analizador la función “ruido azaroso”, se observa que la
función en tiempo en ambos canales no presentan correlación o similaridad, sin
embargo, se puede observar en las siguientes gráficas la existencia de un pico.
La función de
correlación cruzada graficada en:
·
Parte
imaginaria, gráfica
·
En fase,
gráfica
·
En
Nyquist, gráfica
·
En
Nichols
Parte imaginaria
Fase
Parte real
Nyquist
MODULACION
"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora
de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una
codificación"
"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de
información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un
a canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para
facilitar su transmisión."
Una
portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como
la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de
banda base s(t). De acuerdo con
esto, se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia
(FM), o la modulación en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de
banda base s(t) y las formas de
onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en
proporción a s(t), y en FM, la
frecuencia de la portadora varía en proporción a s(t).
MODULACION ANALOGICA
Modulación de una onda portadora mediante una señal analógica moduladora.
MODULACIÓN DIGITAL
Modulación de una onda portadora mediante una señal digital moduladora.
MODULACIÓN DE FRECUENCIA (FM).
La modulación de amplitud tiene en la
práctica dos inconvenientes: por un lado, no siempre se transmite la
información con la suficiente calidad, ya que el ancho de banda en las
emisiones está limitado; por otra parte, en la recepción es difícil eliminar
las interferencias producidas por descargas atmosféricas, motores, etc.
La modulación de frecuencia consiste en varar la frecuencia de la onda
portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud
de la onda modulada es constante e igual que la de la onda portadora.
La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda
moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz, la onda modulada se
desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia
central, que es la portadora; además el grado de esta variación dependerá
del volumen con que modulemos la portadora, a lo que denominamos “índice de
modulación”.
MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM) .
DEMODULACION DE PM
Es
idéntico a la recepción de FM, pero la decodificación de la señal de
interés(moduladora)
es por la detección de FASE de esa señal.
Graficar
la ecuación (-3-)
e = Ac cos( wc t + kf Am sen wm t)
wm
a b
Tiene
la forma cos (a+b) =[cos a . cos b - sen a . sen b] da una serie de Bessel
Figura:TR09_08.
La
función de Bessel, da un conjunto de armónicas con la característica de dar una
respuesta
de fase lineal y retardo constante para un rango limitado de frecuencia.
Justamente
desde el punto de vista práctico, cualquier modulación tiene acotado un rango
Limitado
de ancho de banda de frecuencia.
SEÑALES
ASK: Modulación digital de
amplitud.
Consiste en cambiar la amplitud de la sinusoide entre dos valores
posibles; si uno de los valores es cero se le llama OOK (On-Off keying). La
aplicación más popular de ASK son las transmisiones con fibra óptica ya que es
muy fácil "prender" y "apagar" el haz de luz; además la
fibra soporta las desventajas de los métodos de modulación de amplitud ya que
posee poca atenuación. Otra aplicación es el cable transoceánico.
El modulador es un simple multiplicador de los datos binarios por la
portadora. A continuación se ilustra un ejemplo de un mensaje en banda base y
el resultado de modular en ASK(OOK).
ASK puede ser
definido como un sistema banda base con una señal para el "1" igual a
s1(t) y una señal para el cero igual a s0(t) = 0.
Definamos una
señal b(t) que toma el valor de 1 cuando el bit enviado es un UNO y –1 cuando
el bit enviado es un CERO.
La
señal ASK puede expresarse como:
Como se
observa b(t) es una onda NRZ polar, por lo tanto su espectro, que es infinito,
quedará trasladado a fc . Como el espectro de b(t) es un Sinc2 con
cortes cada fb=1/tb, y como siempre se elige fc mucho
mayor quefb, entonces el espectro de la señal ASK quedará:
Se observa que el
ancho de banda práctico es 2fb el cual es el doble del requerido en
transmisión banda base. Otro parámetro que será muy útil sobre todo en modulación
multinivel es la constelación que a continuación definiremos:
La constelación
consiste en representar la señal modulada en función de una o varias funciones
ortonormales (ortogonales de energía unitaria).
Por ejemplo si fc
= nfb la función u1(t) definida como sigue, tiene energía
unitaria en un intervalo de tiempo igual a tb.
La gráfica de xASK(t)
en función de u1(t) recibe el nombre de constelación. En este caso
luciría como:
La distancia entre
los posibles valores de la señal es muy importante, ya que representará la
fortaleza que tiene la modulación frente al ruido. Observe que si los símbolos
están más distanciados, será mas difícil que uno se convierta en otro por
efectos del ruido añadido en el sistema.
FSK: Modulación digital de
frecuencia.
Consiste en variar
la frecuencia de la portadora de acuerdo a los datos. Si la fase de la señal
FSK es continua, es decir entre un bit y el siguiente la fase de la sinusoide
no presenta discontinuidades, a la modulación se le da el nombre de CPFSK
(Continuous Phase FSK) y será la que analizaremos a continuación.
La
siguiente figura ilustra un mensaje y la señal CPFSK resultante
Veamos CPFSK
binario
La señal será una sinusoide de frecuencia fA = (wc+W)/2p si se transmite un UNO
y una sinusoide de frecuencia fB = (wc-W)/2p cuando se transmita un CERO. La
frecuencia de portadora sin modular es (fA+fB)/2 = fc .
La continuidad de
la fase se logra cuando
La Densidad
espectral de potencia de la señal FSK puede obtenerse conociendo que:
Por
lo tanto
Observe
que esto puede verse como dos ondas ASK
La constelación de
la señal CPFSK se construye luego de definir las siguientes funciones
ortonormales
:
PSK: Modulación
digital de fase.
Aunque PSK no es
usado directamente, es la base para entender otros sistemas de modulación de
fase multinivel. Consiste en variar la fase de la sinusoide de acuerdo a los
datos. Para el caso binario, las fases que se seleccionan son 0 y p. En este
caso la modulación de fase recibe el nombre de PRK (Phase Reversal Keying).
Observe, en la siguiente figura, una señal PRK:
La densidad
espectral de potencia DEP de la señal PRK viene dada por:
El espectro es
parecido al de ASK solo que no incluye las deltas de Dirac. Esto implica un ahorro
de potencia. El ancho de banda resulta igual al de ASK o sea 2fb
La constelación de
la señal PRK se obtiene definiendo la señal 
La
constelación muestra que esta es la modulación que presenta la mayor distancia
entre los puntos de la misma; esto la convierte en la de mayor fortaleza frente
al ruido.
CDMA
CDMA es una forma de "el cobertor - el espectro “, una familia
de técnicas de comunicación digitales que se han usado en las aplicaciones
militares durante muchos años. El principio del centro de espectro del cobertor
es el uso de ruido -
el portador ondea, y, cuando el nombre implica, el ancho de banda es más ancho
que el requerido para el punto simple - a - la comunicación del punto a la
misma proporción de los datos.
Había dos motivaciones originalmente: o para resistirse los esfuerzos enemigos
para bloquear las comunicaciones, o para esconder el hecho que la comunicación
incluso estaba teniendo lugar.
Tiene una historia que regresa a los
días de la Segunda Guerra
Mundial.
El uso de CDMA para las aplicaciones de la radio
móviles civiles es nuevo. Era propuesto teóricamente en los años 1940, pero la
aplicación práctica en el mercado
civil el lugar no tardó después hasta 40 años. Comercialmente las aplicaciones
se colocaron posiblemente debido a dos desarrollos evolutivos.
Uno era la disponibilidad de costo
muy bajo, la densidad
alta digital integró circuitos
que reducen el tamaño, peso, y costo de las estaciones del subscriptor a un
nivel aceptablemente bajo. El otro era la realización óptima de la comunicación
de acceso múltiple que requiere que todas las estaciones del usuario regulan en
su transmisor los poderes al
más bajo, eso logrará una adecuada calidad señalada.
La tecnología CDMA cambia la naturaleza
de la estación del subscriptor de un predominante dispositivo analógico a un
predominante dispositivo digital.. En CDMA los receptores no eliminan el proceso
analógico completamente, pero ellos separan la comunicación encauza por medio
de un pseudo - modulación del azar que es aplicado y alejado en el dominio
digital, no en base a la frecuencia. Los usuarios múltiples ocupan la misma
banda de frecuencia. Esta frecuencia universal no es fortuito. Al contrario, es
crucial al muy alto eficacia
espectral que es el sello de CDMA.
REDES
Redes
de comunicación, posibilidad de
compartir con carácter universal la información entre grupos de computadoras y
sus usuarios; un componente vital de la era de la información. La
generalización del ordenador o computadora personal (PC) y de
la red de área local (LAN) durante la década
de
Las redes que permiten todo esto son equipos avanzados
y complejos. Su eficacia se basa en la confluencia de muy diversos componentes.
El diseño e implantación de una red mundial de ordenadores es uno de los
grandes ‘milagros tecnológicos’ de las últimas décadas.
CLASIFICACIÓN DE LAS REDES
Una primera clasificación de las redes puede hacerse
teniendo en cuenta el espacio físico por el que se encuentran distribuidas.
De esta forma, puede hablarse de la siguiente división:
·
Redes de área
local (LAN): Es una red cuyos
componentes se encuentran dentro de una misma área limitada, como por ejemplo
un edificio.
·
Red
Metropolitana (MAN): Es una red que se extiende por varios edificios dentro
de una misma ciudad. Poseen un cableado especial de alta velocidad para
conectarlas utilizando la red establecida de telefónica.
·
Red de área
extensa (WAN): Cuando se habla de una
red de área extensa se está haciendo referencia a una red que abarca diferentes
ciudades e incluso diferentes países.
·
TIPOS DE CONFIGURACIONES DE RED
Básicamente existen tres tipos de configuraciones que
engloban a todas las redes existentes en el mercado, independientemente del
fabricante.
·
Peer to peer
(Punto a punto): Cada estación de
trabajo puede compartir sus recursos con otras estaciones de trabajo que están
en la red.
·
Comparición de
recursos: Con este método los recursos
a compartir están centralizados en uno o más servidores. En estos servidores
está toda la información. Las estaciones de trabajo no pueden compartir sus
recursos.
·
Cliente/Servidor:
En este tipo de redes, las aplicaciones se parten entre el servidor y las
estaciones de trabajo. En el Front End, la parte cliente de la aplicación acepta
las peticiones del usuario, las prepara para el servidor y espera una respuesta
del mismo. En el Back End, el servidor recibe la petición del cliente, la
procesa y proporciona el servicio deseado por el cliente. El cliente ahora
presenta los datos u otro resultado al usuario a través de su propia interfaz.
TIPOS DE REDES DE ÁREA LOCAL
Los tipos más comunes de redes de área local son:
Ethernet, Token Ring, ArcNet.
Desde 1970 la Red
Ethernet es la tecnología más representativa de las redes
de trabajo. Hay un estimado que en 1996 el 82% de todos los equipos de redes
eran Ethernet. En 1995 el estándar Fast ethernet fue aprobado por
Fast Ethernet fue publicada por un aliancia de consorcio de industriales. En
Mayo de 1996 se formó la alianza Gigabit Ethernet conformada por 11 compañías,
poco después
El nuevo estándar Gigabit Ethernet será compatible completamente con las
instalaciones existentes de redes Ethernet. Reteniendo el mismo método de acceso CSMA/CD, soportará modos de operaciones como Full-Duplex y Half-Duplex.
Inicialmente, suportará fibra mono-modo y multi-modo y cable coaxial short-haul.
Al comienzo, Gigabit Ethernet es aceptada para ser empleada como backbone en
redes existentes. Estas pueden ser usadas para agregar trafico entre clientes y "server farms" e
interconectando switches Fast Ethernet, estos pueden ser usados para
interconectar workstation y servidores de aplicaciones de alto ancho de
banda tales como imágenes medicas o CAD.
TOKEN RING
El anillo con testigo es la norma 802.5 del IEEE. Una
red en anillo con paso de testigo se puede configurar en una topología en
estrella. IBM hizo posible la norma con la comercialización de la primera red
Token Ring a 4 Mbit/seg. a mediados de los 80. Aunque la red físicamente
aparece como una configuración en estrella, internamente, las señales viajan
alrededor de la red de una estación a la siguiente. Por tanto, la configuración
del cableado y la adición o supresión de un equipo debe asegurar que se
mantiene el anillo lógico. Las estaciones de trabajo se conectan a los
concentradores centrales llamados unidades de acceso multiestación (MAU). Para
crear redes grandes se conectan múltiples concentradores juntos. Las tarjetas
de Token Ring de IBM están disponibles en una versión a 4 Mbit/seg. y en otra a
16 Mbit/seg. Son comunes el cable de par trenzado no apantallado y las MAUS con
16 puertos.
ARCNET
La red de computación de recursos
conectados ARCNET es un sistema de red banda base con paso de testigo que
ofrece topologías flexibles de estrella y bus a un precio bajo. Las velocidades
de transmisión son de 2,5 Mbit/seg. y en ARCNET Plus de 20 Mbit/seg.
ARCNET proporciona una red robusta que no es tan
susceptible a fallos como
La topología de una red define únicamente la distribución
del cable que interconecta los diferentes ordenadores, es decir, es el mapa
de distribución del cable que forma la intranet.Define cómo se organiza el
cable de las estaciones de trabajo.
A la hora de instalar una red, es importante
seleccionar la topología más adecuada a las necesidades existentes.
Hay una serie de factores a tener en cuenta a
la hora de decidirse por una topología de red concreta y son:
·
La distribución de los equipos a interconectar.
·
El tipo de aplicaciones que se van a ejecutar.
·
La inversión que se quiere hacer.
·
El coste que se quiere dedicar al mantenimiento
y actualización de la red local.
·
El tráfico que va a soportar la red local.
·
La capacidad de expansión. Se debe diseñar una
intranet teniendo en cuenta la escalabilidad.
Arquitectura
de una Red
No se
debe confundir el término topología con el de arquitectura.
La
arquitectura de una red engloba:
·
La topología.
·
El método de acceso al cable.
·
Protocolos de comunicaciones.
Actualmente
la topología está directamente relacionada con el método de acceso al cable,
puesto que éste depende casi directamente de la tarjeta de red y ésta depende
de la topología elegida.
Topología
física
Es
lo que hasta ahora se ha venido definiendo; la forma en la que el cableado se
realiza en una red. Existen tres topologías físicas puras:
·
Topología en anillo.
·
Topología en bus.
·
Topología en estrella.
Existen
mezclas de topologías físicas, dando lugar a redes que están compuestas por mas
de una topología física.
·
Topología en bus
Consta de un único
cable que se extiende de un ordenador al siguiente de un modo serie. Los
extremos del cable se terminan con una resistencia denominada terminador, que
además de indicar que no existen más ordenadores en el extremo, permiten cerrar
el bus.
Sus principales
ventajas son:
o
Fácil de instalar y mantener.
o
No existen elementos centrales de los que
dependa toda la red, cuyo fallo dejaría inoperativas a todas las estaciones.
Sus principales inconvenientes son:
o
Si se rompe el cable en algún punto, la red
queda inoperativa por completo.
·
Topología en anillo
Sus principales características
son:
o
El cable forma un bucle cerrado formando un
anillo.
o
Todos los ordenadores que forman parte de la red
se conectan a ese anillo.
o
Habitualmente las redes en anillo utilizan como
método de acceso al medio el modelo "paso de testigo".
|
|
|
Topología en anillo |
Los principales inconvenientes
serían:
o
·Si se rompe el cable que forma el anillo se
paraliza toda la red.
o
Es difícil de instalar.
o
Requiere mantenimiento.
Topología
en Estrella
Sus
principales características son:
·
Todas las estaciones de trabajo están conectadas
a un punto central (concentrador), formando una estrella física.
·
Cada vez que se quiere establecer comunicación
entre dos ordenadores, la información transferida de uno hacia el otro debe
pasar por el punto central
·
Si se rompe un cable sólo se pierde la conexión
del nodo que interconectaba.
·
Es fácil de detectar y de localizar un problema
en la red.
|
|
|
Topología
en Estrella |
Un Protocolo
es una serie de reglas que indican a una Terminal cómo debe llevar a cabo el proceso
de comunicación. (fig. anterior)
Dos terminales que se
comunican pueden tener una arquitectura
y un sistema
operativo diferente que hace imposible una comunicación directa
entre ambas. Debido a esto se han desarrollado protocolos
que estandarizan la forma en que dos terminales deben establecer comunicación y
lo hacen desde cuestiones físicas (por ejemplo tipo de cable, niveles de
voltaje, frecuencia, etc.) hasta cuestiones meramente de software
(representación de datos, compresión y codificación, entre otras cosas).
Ahora bien, dos elementos que
intervienen en el proceso de comunicación lo forman el paquete de información
que
Los protocolos o
normalizaciones son establecidos por organizaciones
de reconocimiento mundial, pro ejemplo la ISO,
IEEE, ANSI, etc. Existen tres tipos de estandarizaciones.
6-a. Normas
por imposición. Este tipo de normas son impuestas por una organización y debe
seguirse en estos terrenos para asegurar comunicación.
6-b. Normas por convención.
Este tipo de normas son tomadas como tal bajo común acuerdo de distintas
organizaciones o grupos
de usuarios; éstas fueron tomadas por normas debido a su alto desempeño
o que son las únicas en su tipo, sin embargo quien las diseñó no intentaba que
fueran una norma impuesta.
Los principales tipos de redes
Red de comunicaciones
Protocolo de redes
Protocolos más utilizados.
Los principales
tipos de redes
Hay dos principales tipos de red: punto-a-punto y basada en servidor.
En una red punto a punto cada computadora puede actuar como cliente y como
servidor. Las redes punto a punto hacen que el compartir datos y periféricos sea
fácil para un pequeño grupo de gente. En una ambiente punto a punto, la
seguridad es difícil, porque la administración no está centralizada.
Las redes basadas en servidor son mejores para compartir gran cantidad de
recursos y datos. Un administrador supervisa la operación de la red, y asegura
que la seguridad sea mantenida. Este tipo de red puede tener unos o mas
servidores, dependiendo del volumen de tráfico, número de periféricos etc. Por
ejemplo, puede haber un servidor de impresión, un servidor de comunicaciones, y
un servidor de base de datos, todos en una misma red.
Hay combinaciones de redes lo cual tiene ambas características: de red punto a
punto y basada en servidor . Este tipo de red es la mas comúnmente usada, pero
requiere de un entrenamiento extenso y planeado para su máxima productividad.
Las características de los dos principales tipos de red están resumidas abajo.
Tamaño
Buena hasta 10 usuarios
Limitada solo por el servidor y el hardware de red.
Seguridad
Establecida por el usuario de cada computadora
Extensa, consistentes recursos, y seguridad para los usuarios
Administración
Cada usuario es responsable de su administración. No es necesario administrador
de tiempo completo.
Centralizada para control consistente de la red. Requiere al menos de un
administrador con conocimientos.
RED DE COMUNICACIONES
Es el conjunto de recursos, tales como las líneas de transmisión, enlaces y
nodos de conmutación, que permiten la comunicación entre usuarios de los
terminales (teléfonos, estaciones de datos, etc.) conectados a ellas.
Red-corporativa
Son redes compuestas por centralitas, ordenadores o redes de área local propias
de una entidad (empresa, firma, organismo, etc.) y unidas mediante enlaces
privados o públicos, que contienen a nivel de su red las prestaciones de la red
publica y las suyas propias.
Red de área extensa
Normalmente expresada de forma abreviada y en inglés como "WAN", es
una red de comunicaciones, de concepto análogo a LAN, pero en distancias
mayores y por lo general con recurso a las redes públicas de telecomunicaciones
para los enlaces entre distintas sedes.
Red de área local
Es una red de comunicaciones, normalmente privada, que abarca una extensión de
pocos kilómetros y a la que se pueden conectar diferentes dispositivos;
ordenadores, impresoras, teléfonos, etc. Tradicionalmente se consideran tres
tipos de topología: en estrella, en bus y en anillo. Abreviadamente se expresa
en castellano como "RAL" y en inglés como "LAN".
Red de comunicaciones personales
Técnica de radio celular digital que utiliza el estándar GSM modificado con
frecuencias en la banda de 1,7 - 1,9 GHz para dar un servicio radio móvil a un
mercado masificado. (Ver Sistema GSM).
Red de valor añadido
Redes que dan servicio a usuarios externos, suministrados por empresas privadas
y que ofrecen servicios adicionales a los de comunicaciones.
Red digital integrada
Nivel intermedio de evolución de una red de comunicaciones hacia
Red digital de servicios integrados
Es una red de comunicaciones, digital, de banda estrecha, que evolucionó a
partir de la red telefónica y permite conectividad digital de usuario a
usuario, proporcionando servicios telefónicos y no telefónicos entre los
mismos. Normalmente se expresa como "RDSI" o "RDSI-BE".
Red digital de servicios integrados de banda ancha
Es la evolución lógica de
Red-GSM
Es una red de telefonía celular digital de ámbito europeo. La infraestructura
básica de una red GSM, es similar a la de cualquier otra red de telefonía
celular. El sistema dispone de una red de células de radio contiguas, que
juntas dan cobertura completa al área de servicio. Cada célula tiene una Estación
Base Transceptora (BTS) con un grupo de frecuencias diferente al de las células
adyacentes.
Las estaciones base transceptoras son controladas por el denominado Controlador
de Estación Base (BSC) para el manejo de la potencia y conmutación de la
llamada en curso. A su vez, un grupo de los controladores de estación base es
servido por un Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC) el cual
direcciona o encamina las llamadas hacia la red pública de conmutación
telefónica (RTPC),
Red-híbrida
Red compuesta por centrales analógicas y digitales.
Red-jerárquica
Red con varios niveles de comunicación representados por sus nodos
correspondientes. La información de origen recorre los nodos en nivel
ascendente y luego en orden descendente hasta su nodo destino.
Red-microcelular
Es un desarrollo de Vodafone para una red de tipo GSM que utiliza
transmisores-receptores portátiles de baja potencia. Actualmente está
disponible en áreas urbanas con alta densidad de población y se conoce como
servicio MetroDigital. Los cargos son menores si las llamadas se realizan desde
el área o célula local.
Red-privada
Red de un único usuario. Los medios de transmisión y conmutación pueden ser de
su propiedad o en régimen de alquiler.
Red privada móvil
Red de radio móvil, que normalmente funciona en semiduplex y es utilizada por
una sola organización o usuario. Utiliza transmisores de larga distancia y
situados en lugares elevados para mejorar la cobertura. Normalmente se
denominan de forma abreviada "PMR". Estas redes no utilizan la
tecnología celular.
Red privada virtual
Entidad dentro de una Red Digital de Servicios Integrados, que suministra una
serie de servicios dedicados a dar prestaciones de red privada al abonado, como
conferencia o conversión de numeración.
Red pública de telecomunicaciones
Red pública móvil terrestre
Red de comunicaciones formada por un conjunto de centros de conmutación de
servicios móviles dentro de un mismo plan de numeración y direccionamiento. El
centro de conmutación de móviles es el interfaz entre la red fija y la red de
móviles.
Redes-prohibidas
Característica del módulo de identidad de abonado del sistema GSM, por la que
la estación móvil almacena la información sobre las redes a las que tiene el
acceso prohibido.
PROTOCOLO DE REDES
Un Protocolo es una serie de reglas que indican a una terminal cómo debe llevar
a cabo el proceso de comunicación. (fig. anterior)
Dos terminales que se comunican pueden tener una arquitectura y un sistema
operativo diferente que hace imposible una comunicación directa entre ambas.
Debido a esto se han desarrollado protocolos que estandarizan la forma en que
dos terminales deben establecer comunicación y lo hacen desde cuestiones físicas
(por ejemplo tipo de cable, niveles de voltaje, frecuencia, etc.) hasta
cuestiones meramente de software (representación de datos, compresión y
codificación, entre otras cosas).
Ahora bien, dos elementos que intervienen en el proceso de comunicación lo forman
el paquete de información que la terminal transmisora dirige a la terminal
receptora; este paquete contiene entre otras cosas direcciones, información de
usuario e información para corrección de errores, requeridos para que alcance a
la terminal receptora. Además se encuentra obviamente el protocolo de
comunicación.
Los protocolos o normalizaciones son establecidos por organizaciones de
reconocimiento mundial, pro ejemplo
6-a. Normas por imposición. Este tipo de normas son impuestas por una
organización y debe seguirse en estos terrenos para asegurar comunicación.
6-b. Normas por convención. Este tipo de normas son tomadas como tal bajo común
acuerdo de distintas organizaciones o grupos de usuarios; éstas fueron tomadas
por normas debido a su alto desempeño o que son las únicas en su tipo, sin
embargo quien las diseñó no intentaba que fueran una norma impuesta.
PROTOCOLOS MÁS UTILIZADOS.
De todos los protocolos de redes sólo sobresalen tres por su valor académico o
comercial:
7-a. El protocolo OSI (Open System Interconection) desarrollado por la ISO.
7-b. El protocolo de
7-c. El protocolo TCP/IP originalmente desarrollado por la secretaría de
defensa de los Estados Unidos de América junto con algunas universidades
importantes.
Protocolo OSI.
Este protocolo está basado en la arquitectura de redes estratificada, en ésta
arquitectura el proceso de comunicación se divide en etapas y a cada etapa le
corresponde un protocolo diferente, algunas etapas son implementadas en
hardware y otras en software y otras en una combinación de las dos.
El protocolo OSI es un protocolo basado en 7 niveles o capas y cada capa como
está mencionado anteriormente tiene definido un protocolo; éste protocolo está
basado en el supuesto de que una terminal se organiza de tal forma que la
comunicación fluye por cada una de las siguientes capas:
La capa física se encuentra en el nivel 0, la capa de enlace de datos en el
nivel 1, la capa de transporte en el nivel 3, la de sesión en el 4, la de
presentación en el 5 y la de aplicación en el 6. Las capas inferiores como
anteriormente mencionado están orientadas al hardware y las capas superiores al
software del usuario.
Función general de cada una de las capas del protocolo OSI.
Física: Capa del nivel más bajo, su protocolo consiste en transmitir la
información a través del medio según las especificaciones del hardware que
tenga la red a la que pertenece el nodo.
Enlace de datos: Con dos funciones primordiales:
le corresponde identificar de forma inequívoca a las terminales a las que se
dirige un paquete particular, así como las terminales en donde se origina éste
paquete.
También se encarga de asegurar que la información dirigida a capas superiores
esté libre de errores.
Red: realiza una función muy similar a la capa de enlace de datos, es decir se
asegura que un paquete llegue a la terminal destino, sólo que en esta ocasión
la comunicación es a nivel de interedes y no a nivel local.
La capa de red utiliza un paquete conocido como datagrama, este paquete que
sólo tiene significado para la capa de red contiene información a cerca de la
red y del número de terminal en esa red, tanto de la terminal origen como la
terminal destino.
Transporte: La información de usuario comúnmente tiene que ser acondicionada
para que pueda viajar por la red, en particular cuando el usuario desea manejar
la información en una cantidad mayor a la que la red puede manejar. Una red que
maneja paquetes de Kbytes cuando recibe información de usuario que excede la
longitud del paquete entonces éste debe seccionarse en partes, cada una con
kbytes de longitud; a cada una de estas partes se les denomina UDP (Unit Data
Package) y cada UDP es ruteado por separado hacia la terminal destino. En la
terminal destino la capa de transporte se encarga de anexar cada UDP en el
orden requerido hasta formar el paquete dirigido a la placa de aplicación; por
lo tanto este es el trabajo que realiza la capa de transporte a demás de otros
como controlar los errores que se generan cuando un UDP se pierde, control de
flujo (que la terminal transmisora no sobrecargue a la receptora), etc.
Sesión: Hay dos tipos de red desde el punto de vista de la capa de sesión:
* Orientadas a conexión.
Redes
* No orientadas a conexión.
* Una red orientada a conexión envía todos los UDPs de la capa de transporte
exactamente por la misma ruta que conecta la terminal origen con la terminal
destino; la ruta es decidida por la capa de red y ésta se decide previo a la
transmisión.
* Redes No orientadas a conexión. En este tipo de redes cada paquete es ruteado
por separado hacia la terminal destino, esto indica que pueden llegar en
desorden y es tarea de la capa de transporte re ordenarlos para que formen el
paquete original.
Para asegurar la comunicación entre dos terminales se requiere de un proceso
conocido como "hand shaking" mediante el cual ambas terminales llevan
a cabo un proceso de reconocimiento de acceder a comunicación, términos de
comunicación, inicio y finalización de la transmisión.
Presentación: se encarga de formatear la información de usuario para que pueda
ser manipulada por la red de la mejor forma, esto significa que la información
que viene de la capa de aplicación debe comprimirse, encriptarse o simplemente
traducirlo a otro formato para facilitar el proceso de transmisión.
Aplicación: hace disponibles al usuario o a otras aplicaciones los servicios
que la red le ofrece, cada servicio se asocia a un puerto que no es otra cosa
que un número que lo referencía.
Entre otros servicios que la capa de aplicación ofrece a usuario se encuentran
los siguientes: correo electrónico, servicios de archivos (ftp), servicios de
directorios, terminal emulada, etc.
10. Protocolo TCP/IP.
Éste protocolo fue diseñado a finales de los 60’s como el fundamento de la red
ARPANET que conectaba las computadoras de oficinas gubernamentales y
universitarias. Funciona bajo el concepto de cliente servidor, lo que significa
que alguna computadora pide los servicios de otra computadora; la primera es el
cliente y la segunda el servidor.
ARPANET evolucionó para lo que ahora se conoce como INTERNET y con ello también
evolucionó el protocolo TCP/IP. Sin embargo la organización básica del
protocolo sigue siendo la misma, se organiza en sólo tres niveles: el de red,
transporte y aplicación.
En comparación con el protocolo OSI la capa de red de TCP/IP equivale a la capa
de red de OSI. La capa de transporte de TCP/IP equivale a la capa de transporte
de OSI y la capa de aplicación de TCP/IP equivale a las capas de sesión,
presentación y aplicación todas en conjunto del protocolo OSI.
El protocolo TCP/IP no especifica nada a cerca del hardware de red por lo que
las capas de enlace de datos y físicas no existen.
Capa de Red de TCP/IP.
Se encargan de ruteo de información a través de una red de área amplia. Existen
dos protocolos en este nivel, uno de ellos conocido como IP (Internet Protocol)
que es probablemente el protocolo de ruteo más utilizado y trabaja bajo el
principio de direcciones enmascaradas; también existe una versión más
simplificada de IP conocida como ICMP que se encarga de rutear paquetes sin
ningún esquema de seguridad pero a mayor velocidad, se utiliza en particular
para transmisión de e-mails.
Capa de Transporte.
La capa de Transporte de TCP/IP ofrece dos protocolos: TCP para redes
orientadas a conexiones y UDP para redes no orientadas a conexión. Un
complementario a cerca de las capas de transporte TCP y UDP es que a diferencia
de OSI pueden trabajar a nivel local sin necesidad de enrutamientos ni
partición o segmentación de paquetes.
También es importante hacer notar que en el nivel capa de transporte no existe
control de flujo ni verificación de errores para administrar los paquetes que
circula por la red. Sin embargo, algunas implementaciones particulares del
TCP/IP como la de Windows si contempla esquemas de verificación de errores.
Capa de Aplicación para TCP/IP.
Los servicios de aplicación de TCP/IP son idénticos a los de OSI pero
incorporan características que en el protocolo de OSI corresponden a las capas
de presentación y de sesión. Entre ellos se encuentran los siguientes:
Telnet: servicio de terminal remota para permitir a un usuario remoto acceder a
los servicios de un servidor como si tuviera conexión directa.
FTP: protocolo para transferencia de archivos y servicios de directorio entre
terminales remotas.
SMTP: protocolo para correo electrónico.
Kerberos: protocolo que ofrece servicios de encriptación y codificación de
información y otros esquemas de seguridad para aplicaciones de usuario.
TNS: este protocolo permite mapear las direcciones lógicas de una terminal a un
nombre simbólico más fácilmente identificable pro los usuarios de la red. Ese
servicio a su vez es utilizado por otros servicios como el de correo
electrónico y FTP.
Todos estos servicios están basados en TCP a nivel capa de transporte y aunque
son más simples se usar no son tan seguros, entre ellos están:
RCP: éste protocolo se utiliza para que los programas de usuario estén
accesibles a otros usuarios en la red ofreciendo a estos últimos una interfaz
con el primero.
TFTP: idéntico a ftp pero sin verificación de errores.
Existe además un servicio orientado a los administradores de red, conocido como
SNMP que permite monitoriar a las terminales en red, a los usuarios, a los
servicios y finalmente a los recursos existentes en la red.
TEORÍA DE COLAS
Las "colas" son un
aspecto de la vida moderna que nos encontramos continuamente en nuestras
actividades diarias. En el contador de un supermercado, accediendo a
Internet,... el fenómeno de las colas surge cuando unos recursos compartidos
necesitan ser accedidos para dar servicio a un elevado número de trabajos o
clientes.
El estudio de las colas es
importante porque proporciona tanto una base teórica del tipo de servicio que
podemos esperar de un determinado recurso, como la forma en la cual dicho
recurso puede ser diseñado para proporcionar un determinado grado de servicio a
sus clientes.
Debido
a lo comentado anteriormente, se plantea como algo muy útil el desarrollo de
una herramienta que sea capaz de dar una respuesta sobre las características
que tiene un determinado modelo de colas.
Análisis de un Sistema de Colas M/M/1
Las fórmulas de estado para el sistema de colas
M/M/c son las siguientes [7, Deitel]:
·
Intensidad de tráfico:
u =
=E(s).
·
Utilización del servidor:
= u/c.
·
Probabilidad de que todos los servidores
estén en uso, por lo que un cliente que llega debe esperar:
C(c,u) =
[(uc )/c!] / [[(uc )/c!]+(1 - ) [n=0c-1
[un /n!]]].
·
Tiempo promedio en la cola:
Wq
= [C(c,u)E(s)] / [c(1 - )].
·
Tiempo promedio en el sistema:
W = Wq
+ E(s).
·
Percentil 90 de tiempo de espera en la cola:
q(90)
= {[E(s)] / [c(c - )]}{ln[10C(c,u)]}.
Las fórmulas
de estado para el sistema de colas M/M/1 son las siguientes:
·
Se deducen de las anteriores:
C(c,u) = = E(s).
Wq = [E(s)] / (1 - ).
W = E(s) / (1 - ).
q(90) = W[ln(10)].
Seguidamente
se detalla un ejemplo para el análisis:
·
Los operadores de una empresa precisan usar un
equipo especial.
·
La empresa opera las 24 hs. del día.
·
Los 48 operadores (como promedio) necesitan usar
el equipo una vez al día.
·
Los operadores llegan al equipo en forma
aleatoria (llegadas de Poisson).
·
El tiempo que cada operador utiliza el equipo es
exponencial y como promedio es de 20 minutos.
Utilizando
un sistema de colas m/m/1 para modelar el uso del equipo especial del
ejemplo se obtiene:
·
Utilización del equipo:
u = E(s)
= (48/24).(1/3) = 2/3; = 2/3; E(s) = 20 minutos.
·
Tiempo promedio de espera de un operador
antes de usar el equipo:
Wq
= [E(s)] / (1 - ) = [(2 / 3). 20] / (1 /3) = 40 minutos.
·
Tiempo total que un operador utiliza el
equipo:
W = Wq
+ E(s) = 40 min. + 20 min. = 60 minutos.
·
Percentil 90 de tiempo de espera en la cola:
q(90)
= W[ln(10)] = 60 ln (6,667) = 113,826 minutos:
§
Un 10 % de los operadores (unos 5 por día) sufre
prolongadas esperas de casi 2 horas.
Según
el resultado de Little:
·
Tasa de llegada de operadores al equipo:
= 48 / 24 (60) = 1 / 30 operadores por minuto.
·
Operadores en espera:
Lq
= (1 / 30) . 40 = 1,33 operadores en espera.
·
Operadores en el sistema:
L =
(1 / 30) . 60 = 2 operadores en el cuarto del equipo.
Las redes basadas en ATM están
teniendo un creciente interés para las aplicaciones, tanto LAN como WAN. Ya hay
algunos productos disponibles para construir una red física ATM propia. La
arquitectura ATM es nueva y distinta de las arquitecturas LAN estándar. Por
este motivo, son necesarios cambios para que los productos LAN tradicionales
funcionen en entornos ATM. En el caso de TCP/IP, el principal cambio está en la
interfaz de red para que soporte ATM.
Existen ya varios enfoques del problema, dos de los
cuales son importantes para el transporte del tráfico TCP/IP. Se describen en IP clásico
sobre ATM y Emulación LAN
con ATM. También se comparan en IP clásico
sobre ATM versus emulación LAN.
