Importancia y componentes de un Sistema de

Teleproceso

REALIZADO POR: T.S.U. HÉCTOR GOITÍA

C.I: V-13.554.464

PUNTO FIJO, JULIO 2015.

IMPORTANCIA DEL TELEPROCESO

La creciente integración de computadores y comunicaciones dentro de un sistema

único, ha llevado a una industria nueva y de rápido crecimiento: la industria de

comunicación de datos basada en computadores. Aunque su antigüedad, apenas es de

una década, los logros tecnológicos dentro de la industria han sido significativos. En

universidades, complejos industriales, instituciones financieras dondequiera que muchos

usuarios necesiten los servicios de una computadora existe una posibilidad cada vez

mayor de que los servicios de comunicación de datos enlacen la computadora central con

usuarios remotos.

Esta tendencia a crecer rápidamente es en realidad totalmente universal. En todo

el mundo se han experimentado considerables adelantos técnicos, así como un marcado

incremento en la disponibilidad de servicios de comunicación. Los adelantos de la

tecnología permiten que las comunicaciones tengan lugar a través de grandes distancias

cada vez con mayor facilidad.

Los computadores hablan a los computadores; la gente habla a los computadores y

los computadores hablan a la gente. El teléfono se ha transformado en una necesidad y la

terminal remota de computadora se está convirtiendo en una herramienta administrativa

común. Este rápido cambio ha forzado a muchos de los medios actuales de comunicación

hasta sus límites tecnológicos.

Las Nuevas ideas de diseño y conceptos tecnológicos revolucionarios están

surgiendo en todas partes. Hoy es cada vez mayor la interrelación y la interdependencia

de oficinas y lugares de trabajo geográficamente dispersos.

Esto obliga a inversiones cada vez mayores en equipos y sistemas que procesen los

datos con la menor demora, no importa cuál sea la distancia entre la fuente de datos, el

centro de procesamiento de datos y el lugar de destino de la información.

Componentes Básicos de un Sistema de Comunicaciones Transmisión de datos (TD).

Es un término que se usa, normalmente, para describir el movimiento de

información que ha sido o va a ser procesada, codificada en forma binaria sobre un

sistema de transmisión, hacia su destino final. Un sistema de transmisión esta formado

básicamente por una fuente de datos (EMISOR), un destinatario de los mismos

(RECEPTOR) y un camino de unión entre ambos (LINEA DE TRANSMISION), los medios

empleados y las técnicas para llevar a cabo esta transmisión varían en función de la

distancia, ubicación geográfica y velocidad de transmisión, podemos decir que a mayor

distancia o velocidad mayor complejidad y costo, a menor distancia o velocidad menor

complejidad y costo.

Línea de transmisión (Línea de Comunicaciones).

Conjunto de medios de transmisión (canales) que unen a un emisor con un

receptor, la constitución de esta línea de transmisión dependerá de la distancia y

velocidad a la que se transmitirá la información y debe cumplir con determinadas

especificaciones, considerando siempre los estándares de la infraestructura de la

comunicación.

Emisor.

Elemento de un sistema de transmisión que es la fuente de los datos que se

transmitirán.

Receptor.

Elemento de un sistema de transmisión que es el destino de los datos que se

transmiten

Otras formas de describir los componentes de un sistema de telecomunicación informático

son los que se describen a continuación.

Un sistema teleinformático básico consta de un Procesador Central (Host) auxiliado en las

tareas de gestión de las comunicaciones por otro procesador de menor capacidad

denominado Unidad de Control de Comunicaciones o Procesador de Comunicaciones (Front-

End). En el otro extremo se encuentra el dispositivo que desea comunicar con el procesador

central denominándose Terminal Remota (sin capacidad de procesamiento; sin embargo la

mayoría de equipos usados en los sistemas de comunicaciones actualmente si tienen esta

capacidad) y entre ambos se encuentra la Red de Telecomunicación en cuyo principio y fin

encontramos los convertidores-adaptadores para la comunicación denominados Modems

aunque pueden ser otro tipo de dispositivos según el tipo de línea de transmisión utilizado.

ETD Equipo Terminal de Datos CC Controlador de Comunicaciones ETCD Equipo Terminación del Circuito de Datos

Señales analógicas y digitales.

Las señales que se pueden transmitir por las redes de comunicaciones, pueden ser de dos

tipos: señales analógicas y señales digitales, su comportamiento es tan diferente que hacen

que las redes se clasifiquen en analógicas y digitales.

Señales analógicas.

Se denominan señales analógicas a aquellas que están representadas por funciones que

pueden tomar un número infinito de valores en cualquier intervalo de tiempo. La forma de

onda mas utilizada para representar una señal analógica es una onda senoidal o senoide.

Señales digitales

Se denominan señales digitales a aquellas que están representadas por funciones que pueden

tomar un número finito de valores en cualquier intervalo de tiempo.

Podemos clasificarlas en unipolares, cuando solo tienen valores de amplitud positivos y

bipolares cuando tienen valores de amplitud positivos y negativos.

Características Básicas de una Señal Eléctrica

AMPLITUD

Todas las ondas electromagnéticas tienen una altura, que se conoce como amplitud de onda y

se considera como el valor que se tiene entre la cresta (valor mas alto de la onda) y el valle

(valor mas bajo de la onda).

AM (Amplitud Modulada)

Sistema de transmisión de señales electromagnéticas, su principio de operación es la variación

de la amplitud (tamaño) de la Onda Electromagnética, en contraste con la variación de la

frecuencia. Este sistema permite que la señal se pueda escuchar a mayor distancia que la FM,

especialmente en horas de la noche. El sistema AM opera entre los 535 y los 1.705 Kilohertz

FRECUENCIA

Es el número de ciclos que se completan en una unidad de tiempo que es el segundo.

Todas las señales se transmiten por ondas electromagnéticas denominadas "ondas de Radio".

Las frecuencias se miden en valores de miles de ciclos por segundo, llamados kilohertz, o en

millones de ciclos por segundo Megahertz. En México el organismo rector de esta

reglamentación es la Secretaría de Comunicaciones y Transportes que le asigna a cada

emisora su respectiva frecuencia para que su emisión no interfiera con otras estaciones. Una

estación con una frecuencia asignada de 770.000 ciclos por segundo (770 KHZ) se identifica

con el número 770 Khz en el selector de estación de un radio.

FM (Frecuencia Modulada)

Sistema de transmisión de Onda de Radio que se regula por la variación de la frecuencia y no

por su tamaño, como ocurre con la AM. Una Onda de FM tiene 20 veces más el ancho de una

Onda de AM, lo cual es la razón de su buena calidad en la señal, aunque ésta recorre menores

distancias y es más sensible a los obstáculos físicos en el desplazamiento de dicha señal.

Es así como de esta estructura técnica de la Radio AM y FM se han creado dos medios

distintos de transmisión. Las señales AM llegan más lejos pero son más susceptibles de

interferencias. La FM tiene una recepción excelente, pero las distancias de la señal son

limitadas.

Aparte de la frecuencia, la recepción de una emisora está determinada también por las

condiciones atmosféricas y por la potencia en kilovatios de la estación, que influirá

necesariamente en el cubrimiento de una región determinada y en la calidad de la señal.

FASE

Fase es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. Aunque la fase es

una diferencia verdadera de tiempo, siempre se mide en términos de ángulo, en grados o

radianes. Eso es una normalización del tiempo que requiere un ciclo de la onda sin considerar

su verdadero periodo de tiempo.

La diferencia en fase entre dos formas de onda se llama a veces el desplazamiento de fase. Un

desplazamiento de fase de 360 grados es un retraso de un ciclo o de un perìodo de la onda, lo

que realmente no es ningún desplazamiento. Un desplazamiento de 90 grados es un

desplazamiento de 1/4 del periodo de la onda etc. El desplazamiento de fase puede ser

considerado positivo o negativo; eso quiere decir que una forma de onda puede ser retrasada

relativa a otra o una forma de onda puede ser avanzada relativa a otra. Esos fenómenos se

llaman atraso de fase y avance de fase respectivamente.

En este ejemplo, la curva inferior está

desplazada 90 grados con respecto a la

curva superior. Eso es un atraso de

tiempo de 1/4 del período de la onda.

También se podría decir que la curva

superior tiene un avance de 90 grados.

LINEAS DE COMUNICACIÓN ANALOGICA.

SEÑAL ANALÒGICA

Es un tipo de señal donde la información está codificada en alguna de las características de la

señal que se ésta manejando, tales como la amplitud, frecuencia o fase, pudiendo ser

periódica o no periódica.

Las líneas de comunicación que pueden transportar señales analógicas tienen características

que deben ser tomadas en cuenta para su adecuado funcionamiento. Una de las

características de los sistemas de transmisión que pueden transportar señales analógicas es el

tipo de elementos que se requieren y cuentan en un extremo del sistema con un emisor

(transmite información), un transductor (codifica ó transforma la señal de su forma original a

una que pueda viajar por la línea de comunicación), un amplificador (aumenta la fuerza de la

señal a transmitir), la línea comunicación (transporta la señal, pero todas las señales

analógicas al transportarse sufren de atenuación) y en el otro extremo del sistema un

amplificador (que aumenta la fuerza de la señal que llego) transductor (decodifica la señal

recibida para que la pueda interpretar el receptor), receptor (recibe la información

transmitida).

Es importante resaltar que los medios analógicos presentan atenuación y por lo tanto la señal

debe ser amplificada sin embargo el ruido que acompaña a la señal útil también es

amplificado.

Los amplificadores usados en los sistemas analógicos tienen la capacidad de incrementar la

fuerza de la señal transmitida, su limitación más importante es que al mismo tiempo que se

aumenta la fuerza de la señal útil, también se amplifica las señales de ruido.

LINEAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL

SEÑAL DIGITAL

Son señales donde la información está codificada entre dos niveles fijos de tensión, también

llamados niveles lógicos y que son básicamente trenes de pulsos. Al igual que las señales

analógicas pueden ser periódicas o no periódicas.

Es común que en los medios digitales produzcan en las señales digitales distorsión por lo que

deben ser regeneradas, de esta manera es necesario el uso de un repetidor regenerativo,

como resultado, la señal transmitida mantiene su forma hasta llegar al receptor.

Los elementos que se requieren en un sistema de transmisión digital cuentan en un extremo

del sistema con un emisor (transmite información), un front end (controla las

comunicaciones), un repetidor regenerativo (elimina la distorsión y aumenta la fuerza de la

señal a transmitir), la línea comunicación (transporta la señal, pero todas las señales digitales

al transportarse sufren de distorsión) y en el otro extremo del sistema un repetidor

regenerativo (elimina la distorsión y aumenta la fuerza de la señal que llego) front end

(controla la comunicacion), receptor (recibe la información transmitida).

Los repetidores regenerativos usados en los sistemas digitales tiene dos funciones, primero

limpian las señales de ruido, después las amplifican y les dan la forma original.

Sentidos de transmisión en una línea de comunicaciones.

Simplex Se usa cuando los datos son transmitidos en una sola dirección.

Half-Duplex

Se usa cuando los datos transmitidos fluyen en ambas direcciones, pero solamente en un sentido a la vez.

Full-duplex

Es usado cuando los datos a intercambiar fluyen en ambas direcciones simultáneamente.

MODOS DE TRANSMISIÓN

Transmisión de Datos en Serie

En este tipo de transmisión los bits se trasladan uno detrás del otro sobre una misma línea, también se transmite por la misma línea.

Transmisión en Paralelo.

La transmisión de datos entre ordenadores y terminales mediante cambios de corriente o tensión por medio de cables o canales; la transferencia de datos es en paralelo si transmitimos un grupo de bits sobre varias líneas o cables.

FORMATOS DE TRANSMISIÓN

Transmisión Asincrónica.

Esta se desarrolló para solucionar el problema de la sincronía y la incomodidad de los equipos. En este caso la temporización empieza al comienzo de un carácter y termina al final, se añaden dos elementos de señal a cada carácter para indicar al dispositivo receptor el comienzo de este y su terminación.

Transmisión Sincrónica

Este tipo de transmisión se caracteriza porque antes de la transmisión de propia de datos, se envían señales para la identificación de lo que va a venir por la línea, es mucho más eficiente que la Asíncrona pero su uso se limita a líneas especiales para la comunicación de ordenadores, porque en líneas telefónicas deficientes pueden aparecer problemas.

Sincronización por bit Debe reconocerse el comienzo y el fin de cada bit. Sincronización por carácter Debe reconocerse el comienzo y el final de cada unidad de información, como puede ser un carácter o una palabra transmitida.

TIPOS DE RUIDO

Considerando que el ruido puede provocar errores en la comunicación de datos, se puede definir al ruido como "señales eléctricas indeseables que introducen el equipo o las perturbaciones naturales y degradan el rendimiento de una línea de comunicaciones".

Para la comunicación de datos, los errores causados por ruido se manifiestan como bits adicionales o faltantes, o como bits cuyos estados se invierten. Los tipos de ruidos se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Ruido blanco o gaussiano: Es debido a la agitación térmica de los electrones en la línea de transmisión, o a la inducción de líneas eléctricas adyacentes. Se considera inevitable, pero por lo general no es un problema a menos que su nivel sea muy elevado. Ejemplos de este tipo de ruido los tenemos en el ceceo de fondo o estática conocido en radios y teléfonos.

Ruido de impulsos o agujas: Es el principal causante de errores en la comunicación de datos. Es identificado como un "click" durante las comunicaciones de voz. Este ruido provoca un error de ráfaga en donde dependiendo de la tasa de transferencia de información y la duración del impulso puede cambiar desde 1 o 2 bits, hasta decenas o centenas de estos. Las principales fuentes de estos ruidos son cambios de voltajes en líneas adyacentes, falsos contactos y arcos eléctricos en los interruptores o relevadores en las oficinas telefónicas antiguas.

Ruido de intermodulación: Se produce cuando las señales de dos líneas independientes se intermodulan y forman un producto que cae dentro de una banda de frecuencias que difiere de ambas entradas, pero que puede caer dentro de una banda de una tercera señal. Un modem mal ajustado puede transmitir un tono de frecuencia intenso cuando no está transmitiendo datos, produciendo así este tipo de ruido.

Ruido de amplitud: Este ruido comprende un cambio repentino en el nivel de potencia, y es causado por amplificadores defectuosos, contactos sucios con resistencias variables, cargas agregadas repentinas porque se conmuten nuevos circuitos durante el día y por labores de mantenimiento.

El ruido de amplitud no afecta las técnicas de modulación de frecuencia debido a que el equipo transmisor y receptor interpretan la información de frecuencia e ignoran la información de amplitud.

DISTORSIÓN

Junto con el ruido, la distorsión es otra fuente de errores en la transmisión de datos. Consiste en la alteración de la información transmitida debida a factores naturales del medio de transmisión usado.

Dentro de los distintos tipos de distorsiones que se pueden presentar durante la comunicación de datos tenemos:

Distorsión por atenuación: Ocurre cuando las altas frecuencias pierden potencia con mayor rapidez que las frecuencias bajas durante la transmisión, lo que puede hacer que la señal recibida sea distorsionada por una pérdida desigual de sus frecuencias componentes. La pérdida de potencia está en función del método y medio de transmisión. Además, la atenuación aumenta con la frecuencia e inversamente con el diámetro del alambre. Este problema se evita con estaciones repetidoras que refuercen la señal cuando sea necesario.

Distorsión por retraso: Ocurre cuando una señal se retrasa más a ciertas frecuencias que a otras. Si un método de transmisión de datos comprende datos transmitidos a dos frecuencias distintas, los bits transmitidos a una frecuencia pueden viajar ligeramente más rápido que los transmitidos en la otra. Existe un dispositivo llamado igualador (o ecualizador) que compensa tanto la atenuación como la distorsión por retraso.

Los siguientes factores no son considerados como distorsión pero también representan problemas en la transmisión de datos:

El gorjeo: Es producido por imperfecciones en la señal portadora. Siempre hay pequeñas variaciones en la amplitud, fase y frecuencia. El daño a la señal puede deberse a cambios continuos y rápidos en la ganancia y/o fase, lo que puede ser aleatorio o periódico y que se define como gorjeos.

Líneas cruzadas: Ocurre cuando una línea toma parte de la señal que va por otra línea. El problema de líneas cruzadas aumenta con la mayor proximidad de los dos alambres, con la mayor distancia de comunicaciones, a mayor intensidad de la señal y señales de frecuencia más alta. Generalmente la intensidad de la señal parásita baja, por lo que no molesta en las redes de comunicación de datos.

Eco: Consisten en repeticiones atenuadas de un mismo mensaje que regresan al equipo transmisor. Si la señal del eco tiene la intensidad suficiente para que la pueda detectar el equipo de comunicaciones provoca errores. Existen dispositivos especiales llamados supresores de eco que eliminan este problema al bloquear la línea en el sentido que no se está usando, con el fin de evitar recibir señales no deseadas.

Pérdida de línea: Es una causa catastrófica de errores y de transmisiones incompletas. Consiste en la desconexión de la línea de unión entre el transmisor y el receptor debida al equipo conmutador defectuoso de la oficina telefónica, o a daños directos a las líneas de comunicación.

LOS MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Son parte de los sistemas de transmisión, y permiten el transporte de una señal (normalmente eléctrica u óptica) a una velocidad denominada velocidad de propagación (para el cobre es 0,6-c). Veamos cuales son los principales medios de transmisión utilizados hoy en día.

El cable de pares: Consiste en dos conductores aislados entre si y con el exterior, trenzados de forma que cada uno se encuentre expuesto a la misma cantidad de ruido inductivo externo. Los conductores son de cobre y tienen una sección entre 0,4 y 0,9 mm de diámetro. En algunos casos parar evitar interferencias los pares trenzados se acompañan de una pantalla metálica, que aumenta el rendimiento. A dichos cables se les denomina STP(Shielded Twister Pair), frente a los cables sin apantallar denominados UTP (Unshielded Twister Pair). Normalmente este tipo de cables se agrupan en cables de mayor capacidad denominados multipares, que llevan hasta 2400 pares.

Uno de los problemas en los cables multipares es el conocido como diafonía, que consiste en el acoplamiento entre dos señales que circulan por pares adyacentes debido a la inducción electromagnética mutua (crosstalk). La señal acoplada puede recibirse en el extremo más cercano (paradiafonía) o al más alejado (telediafonía). Como características principales del cable de pares podemos señalar: - Bajo coste - Ancho de bando reducido (principalmente por la sección del conductor) - Presencia de diafonía (en los cables multipares).

Cable coaxial: Son cables construidos con dos conductores concéntricos de cobre, uno interno por el que circula la señal útil y otro externo que rodea al anterior actuando a modo de pantalla. El conductor central tiene un diámetro superior al de los cables de pares (entre 1 y 5 mm). Podemos señalar como características principales del cable coaxial:

- Menor atenuación por unidad de longitud que el cable de pares

- Mejor respuesta en frecuencia (debido a la mayor sección del conductor)

- Mayor inmunidad frente al ruido (por su apantallamiento)

- Coste mas elevado

- De manejo más difícil

Fibra óptica: Consta básicamente de un fino hilo de óxido de silicio que permite transportar la luz en la banda de infrarojos. Se utiliza para transmitir señales digitales (caracterizadas por presencia de luz ‘1’ y ausencia de luz ‘0’). La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio concéntricas con distinto índice de refracción, lo que provoca que un haz de luz incidente con una cierto ángulo de entrada se propague a lo largo de la fibra. El ángulo de entrada debe pertenecer al cono de aceptación, determinado por

, donde n1 y n2 corresponden con el índice de refracción del núcleo y la corteza respectivamente. El diagrama de atenuación de la fibra óptica en función de la frecuencia nos ofrece tres regiones aproximadamente

planas, denominadas ventanas de transmisión, situadas en 850, 1300 y 1500 nm (en lugar de frecuencia se opera con longitudes de onda: f(Hz)=c(m/s)/λ(m)). Sumando las tres regiones el ancho de banda total es de aproximadamente 110 THz. No obstante dicho ancho de banda no puede ser aprovechado en su totalidad a menos que se utilicen técnicas de multiplexión para transmitir en las tres ventanas. Además, el ancho de banda real en la fibra óptica no viene limitado por su diagrama de atenuación, como ocurre con los medios metálicos, sino por un fenómeno denominado dispersión de la luz.

La dispersión trae como consecuencia fundamental el ensanchamiento de los pulsos a medida que recorren la fibra, lo que limita la velocidad real de transmisión, pues si el tiempo de bit es muy pequeño se unirían pulsos correspondientes a bits consecutivos, imposibilitando así la correcta interpretación de la señal recibida. La dispersión se debe básicamente a dos efectos:

- Dispersión modal, causada por las diferentes trayectorias que toman los haces de luz que atraviesan la fibra, lo que provoca que recorran distancias diferentes. Por lo que dos haces que iniciaron el camino a la par, llegarán al otro extremo en diferentes instantes de tiempo. Esta dispersión es la dominante, y para minimizar su efecto debemos disminuir el tamaño del núcleo de la fibra (fibra monomodo).

- Dispersión cromática: es debido a que la luz inyectada en la fibra no es monocromática pura (tiene más de una longitud de onda). Teniendo en cuenta que la velocidad de propagación de la luz es inversamente proporcional al índice de refracción, y que éste varía con la frecuencia, las distintas longitudes de onda que componen el haz luminoso viajarán a distinta velocidad. Para minimizar este efecto deben utilizarse emisores de luz altamente monocromáticos, como los láser (normalmente utilizado en fibra monomodo para alcanzar mayores distancias).

Podemos señalar como principales características:

- Baja atenuación por Km (del orden de 0,2 dB/Km), lo que permite separar mucho los repetidores (varios cientos de kilómetros)

- Total inmunidad frente al ruido (es normal una BER < 10-10) - Gran capacidad de transmisión (BW, varios Gbits/s)

- Son seguros (difíciles de interceptar)

- Coste relativamente elevado, pero decreciente - Usan señales de potencias muy bajas (mW)

- El manejo de la fibra óptica es complejo, sobre todo en el caso de empalmes (que pueden ser mecánicos o por fusión) y conectorización.

Radiocomunicaciones: permiten el intercambio de información mediante la transmisión y recepción de ondas electromagnéticas a través del espacio libre, que se propagan a la velocidad de la luz (c=300.000 Km/s). Las bandas empleadas en comunicaciones son:

Las antenas permiten tanto la emisión como la recepción de señales, y pueden ser básicamente de dos tipos: omnidireccionales (emiten la misma energía en todas las direcciones) y direccionales (de mayor ganancia en una dirección concreta). Por lo general cuanto mayor es la frecuencia de la señal, las ondas tienden a comportarse como un haz de luz (son más direccionales) y su alcance límite es la visibilidad óptica entre emisor y receptor (aprox. 50 Km). Las señales transportadas pueden ser analógicas (caso de televisión o radiodifusión) o digitales. En ocasiones se utilizan uno o más satélites para lograr la reflexión de las ondas electromagnéticas y cubrir así grandes distancias

- Guías de onda: Medio de transmisión adecuado para transportar ondas electromagnéticas de longitudes micrométricas en distancias cortas y frecuencias muy elevadas (GHz). Los medios metálicos a estas frecuencias radian gran parte de la energía de la señal debido al efecto pelicular. Consisten en tubos huecos rectangulares de cobre rojo en cuyo interior existe aire con muy poca humedad. Suelen utilizarse para transportar la señal entre la antena receptora y el equipo de procesamiento de la señal.