protocolos de comunicacion

PROTOCOLOS DE COMUNICACION Raymundo Saldaña

PROTOCOLOS DE COMUNICACION

PROTOCOLO RS485

Sistemas de bus RS485

RS-485 o también conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI.

Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la línea de transmisión. El medio físico de transmisión es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitud máxima de 1.200 metros operando entre 300 y 19200 bps y la comunicación half-duplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisión diferencial permite múltiples drivers dando la posibilidad de una configuración multipunto. Al tratarse de un estándar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones.

Desde 2003 está siendo administrado por la Telecommunications Industry Association (TIA) y titulado como TIA-485-A.222.

La interfaz RS485 ha sido desarrollada - analógicamente a la interfaz RS422 - para la transmisión en serie de datos de alta velocidad a grandes distancias y encuentra creciente aplicación en el sector industrial. Pero mientras que la RS422 sólo permite la conexión unidireccional de hasta 10 receptores en un transmisor, la RS485 está concebida como sistema Bus bidireccional con hasta 32 participantes. Físicamente las dos interfaces sólo se diferencian mínimamente. El Bus RS485 puede instalarse tanto como sistema de 2 hilos o de 4 hilos. Dado que varios transmisores trabajan en una línea común, tiene que garantizarse con un protocolo que en todo momento esté activo como máximo un transmisor de datos. Los otros transmisores tienen que encontrarse en ese momento en estado ultraohmio. La norma RS485 define solamente las especificaciones eléctricas para receptores y transmisores de diferencia en sistemas de bus digitales. La norma ISO 8482estandariza además adicionalmente la topología de cableado con una longitud máx. de 500 metros.

Bus de 2 hilos RS485

El Bus de 2 hilos RS485 se compone según el bosquejo inferior del cable propio de Bus con una longitud máx. de 500m. Los participantes se conectan a este cable a través de una línea adaptadora de máx. 5 metros de largo. La ventaja de la técnica de 2 hilos reside esencialmente en la capacidad multimaster, en donde cualquier participante puede cambiar datos en principio con cualquier otro. El Bus de 2 hilos es básicamente apto sólo semidúplex. Es decir puesto que sólo hay a disposición una vía de transmisión, siempre puede enviar datos un solo participante. Sólo después de


finalizar el envío, pueden p. ej. responder otros participantes. La aplicación más conocida basada en la técnica de 2 hilos es el PROFIBUS.

Bus de 4 hilos RS485.

La técnica de 4 hilos usada p. ej. por el bus de medición DIN (DIN 66 348) sólo puede ser usada por aplicaciones Master/Slave. Conforme al bosquejo se cablea aquí la salida de datos del Maestro a las entradas de datos de todos los Servidores. Las salidas de datos de los servidores están concebidas conjuntamente en la entrada de datos del Maestro.

Método físico de transmisión:

Los datos en serie, como en interfaces RS422, se transmiten sin relación de masa como diferencia de tensión entre dos líneas correspondientes. Para cada señal a transmitir existe un par de conductores que se compone de una línea de señales invertida y otra no invertida. La línea invertida se caracteriza por regla general por el índice "A" o "-", mientras que la línea no invertida lleva "B" o "+". El receptor evalúa solamente la diferencia existente entre ambas líneas, de modo que las modalidades comunes de perturbación en la línea de transmisión no falsifican la señal útil. Los transmisores RS485 ponen a disposición bajo carga un nivel de salida de ±2V entre las dos salidas; los módulos de recepción reconocen el nivel de ±200mV como señal válida.La asignación tensión de diferencia al estado lógico se define del modo siguiente:


A - B < -0,3V = MARK = OFF = Lógico 1 A - B > +0,3V = SPACE = ON = Lógico 0

Longitud de líneas.

Usando un método de transmisión simétrico en combinación con cables de pares de baja capacidad y amortiguación (twisted pair) pueden realizarse conexiones muy eficaces a través de una distancia de hasta 500m con ratios de transmisión al mismo tiempo altas. El uso de un cable TP de alta calidad evita por un lado la diafonía entre las señales transmitidas y por el otro reduce adicionalmente al efecto delapantallamiento, la sensibilidad de la instalación de transmisión contra señales perturbadoras entremezcladas. En conexiones RS485 es necesario un final de cable con redes de terminación para obligar al nivel de pausa en el sistema de Bus en los tiempos en los que no esté activo ningún transmisor de datos.

Particularidades.

Aunque determinado para grandes distancias, entre las que por regla general son inevitables desplazamientos de potencial, la norma no prescribe para las interfaces RS485 ninguna separación galvánica. Dado que los módulos receptores reaccionan sensiblemente a un desplazamiento de los potenciales de masa, es recomendable necesariamente una separación galvánica para instalaciones eficaces, como se define en la norma ISO9549. En la instalación tiene que cuidarse de la polaridad correcta de los pares de cables, puesto que una polaridad falsa lleva a una inversión de las señales de datos. Especialmente en dificultades en relación con la instalación de nuevos terminales cada búsqueda de error debería comenzarse con el control de la polaridad del Bus. Las mediciones de diferencia (medición Bus A contra B), especialmente con un osciloscopio, sólo pueden realizarse con un aparato de medición separadogalvánicamente del potencial de masa. Muchos fabricantes ponen el punto de referencia de la entrada de medición en Masa, lo que lleva a un cortocircuito en la medición en un Bus RS485.


El uso del estándar RS485 nos asegura el acceso al control de nuestro rótulo electrónico mediante cable de par trenzado hasta una distancia de 1 kilometro.

El PROTOCOLO RS232

El puerto serie está considerado como una de las conexiones externas más básicas de un ordenador, y ha sido una parte integral de la mayoría de ordenadores durante más de 20 años. Aunque muchos de los nuevos sistemas están prescindiendo de los puertos serie a favor de las conexiones USB, muchos modems siguen usando un puerto serie, como también los hacen algunas impresoras, PDAs y cámaras digitales. Pocos equipos tienen más de dos puertos serie.Todos los sistemas operativos de los ordenadores que están es uso hoy en día, soportan los puertos serie, ya que han estado en funcionamiento durante décadas.

RS-232 (Recommended Standard 232, también conocido como Electronic Industries Alliance RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de datos binarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232.

Conector RS-232 (DE-9 hembra).En particular, existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de equipamientos, como pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso de interconexión entre los mismos, se requerirá la conexión de un DTE (Data Terminal Equipment) con otro DTE. Para ello se utiliza una conexión entre los dos DTE sin usar modem, por ello se llama: null modem ó modem nulo.El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar la versión de 9 pines (DE-9), más barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos (como el ratón serie del PC). En la configuración más básica tres hilos son suficientes para una comunicación full duplex.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:RS-232.jpeg


Construcción física

La interfaz RS-232 está diseñada para distancias cortas, de hasta 15 metros segun la norma , y para velocidades de comunicación bajas, de no más de 38,4 Kilobits/segundo. A pesar de ello, muchas veces se utiliza a mayores velocidades y mayores distancias con un resultado aceptable. La interfaz puede trabajar en comunicación asíncrona o síncrona y tipos de canal simplex, half duplex o full duplex. En un canal simplex los datos siempre viajarán en una dirección, por ejemplo desde DCE a DTE. En un canalhalf duplex, los datos pueden viajar en una u otra dirección, pero sólo durante un determinado periodo de tiempo; luego la línea debe ser conmutada antes que los datos puedan viajar en la otra dirección. En un canal full duplex, los datos pueden viajar en ambos sentidos simultáneamente. Las líneas de handshaking de la RS-232 se usan para resolver los problemas asociados con este modo de operación, tal como en qué dirección los datos deben viajar en un instante determinado.

Si un dispositivo de los que están conectados a una interfaz RS-232 procesa los datos a una velocidad menor de la que los recibe deben de conectarse las líneashandshaking que permiten realizar un control de flujo tal que al dispositivo más lento le de tiempo de procesar la información. Las líneas de "hand shaking" que permiten hacer este control de flujo son las líneas RTS y CTS. Los diseñadores del estándar no concibieron estas líneas para que funcionen de este modo, pero dada su utilidad en cada interfaz posterior se incluye este modo de uso.

Actualmente el RS232 ha quedado relegado al control de ciertas maquinas de tipoindustrial ya que para uso domestico el puerto serie USB ofrece una tasa de transferencia de información mucho mayor. Muchas computadoras actuales ya dejan de incorporar de fabrica el estándar RS232 por lo tanto, para usar este estándar debemos hacer uso de adaptadores.El mayor inconveniente del puerto USB es que no admite distancias de transmisión superiores a 5 metros. Para superar esta limitación física tenemos los adaptadoresUSB-RS232 y USB-RS485, con lo que conseguimos los beneficios de ambos estándar de comunicación, facilidad de manejo y conexión y una distancia de control cableada entre 40 y 1000 metros.


El PROTOCOLO GPIB

GPIB Por sus siglas en inglés General Purpose Interface Bus fue originalmente desarrollado por Hewlett-Packard en 1965 como una interface digital para interconectar y controlar sus instrumentos programables de prueba. Originalmente se llamó Hewlett-Packard Interface Bus (HPIB), es rápido, flexible y de gran utilidad para conectar instrumentos en un laboratorio de desarrollo expandidos por todos lados, y para luego adoptarlo como un estándar mundial (IEEE-488). Envuelto por la necesidad de recopilar datos desde un número de diferentes instrumentos alejados entre sí en el laboratorio, el GPIB es una interfaz de comunicación paralela muy veloz que permite la conexión simultánea de más de 15 dispositivos o instrumentos en un pequeño bus de comunicación de datos paralelo común. La máxima velocidad de comunicación, la máxima longitud del cable, y la máxima distancia de cable entre cada dispositivo en un GPIB depende de la velocidad y la capacidad de procesamiento del controlador GPIB y del tipo del cableado usado. La típica velocidad de transferencia es del orden del 1Mbyte/s, mientras la máxima longitud del cable a esta tasa de transferencia es de 20 metros. Un sistema típico de configuración GPIB se muestra en la figura 1.

Ilustración 1 Típica Configuración GPIB [1]


Este estándar simplifica satisfactoriamente la conexión de instrumentos programables definidos por los protocolos mecánicos, eléctricos y de hardware especificados por la interfaz para comunicaciones. Por primera vez, instrumentos de diferentes fábricas

estaban conectados por un cable estándar. Por otro lado, el estándar no direccionaba los formatos de datos, ni el reporte de estatus, o los protocolos de intercambio de

mensajes, ni los comandos de configuración común, o los comandos específicos del dispositivo; todos estos eran posteriormente implementados diferentemente por

diferentes equipos de fábrica. En 1987, el estándar IEEE 488.2 fue introducido para definir el formato de datos, el reporte de estatus, controlador de funcionalidad, manejo

de errores, y los comandos comunes. IEEE 488.2 concentró en la emisión del protocolo de software y mantuvo compatibilidad total con los dispositivos que cumplían

con el hardware orientado al estándar IEEE 488.1 En 1990, un grupo de fábricas de instrumentos anunciaron la futura extensión del estándar, conocido como SCPI

(Standard commands for programable instruments), en donde usaban el IEEE 488.2 como base y definieron comandos comunes que podían usan como instrumentos de

programación con cualquier link de hardware.

La figura 2 muestra la relación entre los estándares.


Ilustración 2 Estándares IEEE 488.1, IEEE 488.2 y SCPI [2] Características Eléctricas y Mecánicas El bus GPIB porta en su interior un cable de 24 alambres con conectores estandarizados al final de cada uno. El conector usado es elAmph eno l MICRORIBBON, Cinch Series 57 MICRORIBBON, o el tipo AMP CHAMPco mo se muestra en la ilustración 3, en donde tiene ambos: un plug y un receptáculo (macho/hembra). Desde el pin 24, los conectores usualmente están apilados, es muy fácil para conectar o desconectar los dispositivos hacia el bus. Ilustración 3 Conector GPIB (IEEE 488) y la asignación de pines

PROTOCOLO ETHERNET

Arquitectura de red ETHERNET

Las arquitecturas de red proveen diferentes medios para resolver un problema común (mover datos rápida y eficientemente sobre el medio de la red). La arquitectura de red en particular que se esté usando (e.g. Ethernet), no sólo defiirá la topología de la red, sino también define como el medio de comunicación es accesado por los nodos. Existen varias arquitecturas de red disponibles, tales como Ethernet (Xerox, Intel y DEC), Token Ring (IBM), FDDI, AppleTalk (Apple computers), ; todas con una estrategia diferente para mover la información en la red. A continuación describiremos la arquitectura más popular en la actualidad, ETHERNET.

El termino "Ethernet" se refiere a la familia de implementaciones de Redes de Área Local (LAN, Local Area Network) que incluye tres principales categorias:

10 Mbps Ethernet e IEEE 802.3: Especificaciones LAN que operan a 10 Mbps sobre cable coaxial

100 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como "FAST ETHERNET", que opera a 100 Mbps sobre cable par trenzado.

1000 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como Gigabit Ethernet, que opera a 1000 Mbps (1 Gbps) sobre fibra óptica y cable par trenzado


Ethernet ha sobrevivido con respecto a otras tecnologias [e.g. Token Ring] debido su flexibilidad y su relativa simplicidad para implementar y entender.

Una parte importante del diseño e instalación de una red es la selección del medio Ethernet apropiado. Existen 4 tipos de medios utilizados hoy en día: Cable coaxial grueso en 10Base5, cable coaxial en 10Base2, UTP en 10BaseT y fibra óptica en 10BaseFL (Fiber Optic Inter-Repeater Link)

Los esquemas más populares son 10BaseT y 100BaseTx, los cuales utilizan cable par trenzado UTP. Este es similar al cable telefónico y viene en una variedad de grados o categorias. La mayor categoria ofrece el mejor desempeño. el nivel 5 es la categoría mas alta.

Para aplicaciones especializadas, la fibra óptica 10BaseFL, es el medio ideal. La fibra óptica es más cara, pero permite más inmunidad a la interferencia y al ruido. La fibra óptica es utilizada comúnmente en aplicaciones entre-edificios para aislar el equipo de red del daño eléctrico causado por los rayos. Debido a que no conduce electricidad, el cable de fibra puede ser útil en áreas donde grandes cantidades de interferencia electromagnetica esta presente, tal como el el piso de una fabrica. El estándar Ethernet le permite a la fibra óptica alcanzar hasta 2 kilometros de cobertura, haciendo a la fibra óptica el medio Ethernet perfecto para conectar nodos y edificios, en donde se podría mediante el cobre.

10 Mbps Ethernet e IEEE 802.3

Ethernet es una especificación LAN de "banda base" inventada Bob Metcalfe [fundador de 3com] y David Boggs en 1973 mientras trabajaban en por Xerox PARC (Palo Alto Research Center) que opera a

10 Mbps utilizando un protocolo de acceso múltiple al medio conocido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collition Detect) sobre un cable coaxial. Ethernet fue creado en Xerox en los 70s, pero el término es usualmente referido para todas las LAN CSMA/CD. Ethernet fue diseñado para satisfacer los requerimientos de redes con alto tráfico ocasional y esporádico. La especificación IEEE 802.3 fue desarrollada en 1980 basada sobre la tecnología original Ethernet. La versión 2.0 de Ethernet fue desarrollada conjuntamente por DEC (Digital Equipment Corporation), Intel, y Xerox y es compatible con el estándar IEEE 802.3.

El estándar IEEE 802.3 provee una gran variedad de opciones de cableado, una de las cuales es una especificación referida como 10Base5. Esta especificación es la más cercana a Ethernet. El cable de conexión es referido como una unidad de interface de conexión o simplemente como AUI (Attachment Unit Interface), y el dispositivo de conexión de red es llamado como unidad de interconexión al medio (MAU, Media Attachment Unit), en vez de un transceptor (transceiver).

100 Mbps Ethernet

100 Mbps Ethernet (conocido comúnmente como Fast Ethernet) es una tecnologia LAN de alta velocidad que ofrece más ancho de banda a los usuarios y dispositivos de la red, especificado en el estándar IEEE 802.3u .

Existen tres tipos de Fast Ethernet:


100BaseTX usado con cable CAT 5 UTP 100BaseFX usado con fibra óptica 100BaseT4 el cual utiliza dos cables extras para usarse con cable UTP CAT 3.

1000 Mbps Ethernet

Gigabit Ethernet (1000 Mbps Ethernet) es una extensión del estándar IEEE 802.3. Gigabit Ethernet está construído sobre el mismo protocolo de Fast Ethernet pero incrementa la velocidad en 10 veces sobre Fast Ethernet.

En 1999, la IEEE probó la especificación 802.3ab, también conocida como 1000BaseT, que define Gigabit Ethernet (GE) corriendo sobre cable de cobre, es decir Gigabit Ethernet puede correr sobre el cable de cobre categoriáa 5, pero también corre sobre fibra óptica monomodo y multimodo.

También GE es más fácil de implementar y mucho más es mucho más rápido que otras tecnologías como ATM (hasta 622 Mbps) o FDDI (100 Mbps).

Un nuevo estándar de GE acaba de ser aprobado por la IEEE, el IEEE 802.3ae opera a 10 Gigabits. Este estándar es una actualización directa de las dorsales de GE, es especificado sólo para fibra óptica y es full duplex. Las interfaces ópticas proveen opciones para fibras monomodo de hasta 40 Km y para fibras multimodo a distancias máximas de 300 metros. Este nuevo estándar utiliza la misma arquitectura de los anteriores estándares Ethernet (arquitectura, software y cableado).

Sumario -Cable Ethernet

Especificación Tipo de Cable Long. Máxima

10BaseT UTP 100 metros

10Base2 Thin Coaxial 185 metros

10Base5 Thick Coaxial 500 metros

10BaseF Fibra Optica 2000 metros

100BaseT UTP 100 metros

100BaseTX UTP 220 metros

Convenciones utilizadas en los estándares Ethernet

Existe una convensión utilizada en los estándares Ethernet, y está denotada por tres partes. Por ejemplo, 10BaseT, 10 se refiere a la velocidad en Mbps; Base, debido a que se transmite en bandabase (sin modular) y T se refiere la medio, en este caso par trenzado.

Velocidades: 10, 100, 1000 Mbps Medios: 2,5 = coaxial; T = par trenzado y F = fibra óptica


Ejemplos:

10Base5 = 10 Mbps, bandabase, coaxial grueso (thick) a 500 metros 10Base2 = 10 Mbps, bandabase, coaxial delgado (thin) a 185 metros 100BaseTX = 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP

PROTOCOLO USB

Descripción del sistema USB El USB es un bus punto a punto: dado que el lugar de partida es el host (PC o hub), el destino es un periférico u otro hub. No hay más que un único host (PC) en una arquitectura USB. Los PC estándar tienen dos tomas USB, lo que implica que, para permitir más de dos periférico simultáneamente, es necesario un hub. Algunos periféricos incluyen un hub integrado, por ejemplo, el teclado USB, al que se le puede conectar un Mouse USB. Los periféricos comparten la banda de paso del USB. El protocolo se basa en el llamado paso de testigo (token). El ordenados proporciona el testigo al periférico seleccionado y seguidamente, éste le devuelve el testigo en su respuesta. Este bus permite la conexión y la des-conexión en cualquier momento sin necesidad de apagar el equipo.

A continuación se describen los primeros aspectos de este protocolo.

Interfaz física

Aspecto eléctrico A nivel eléctrico, el cable USB transfiere la señal y la alimentación sobre 4 hilos.


A nivel de alimentación, el cable proporciona la tensión nominal de 5 V. Es necesario definir correctamente el diámetro del hilo con el fin de que no se produzca una caída de tensión demasiado importante en el cable. Una resistencia de terminación instalada en la línea de datos permite detectar el puerto y conocer su configuración (1,5 o 12 Mbits/s).

A nivel de señal, se trata de un par trenzado con una impedancia característica de 90 Ω La velocidad puede ser tanto de 12 Mbits/s como de 1,5 Mbits/s. La sensibilidad del receptor puede ser de, al menos, 200mV y debe poder admitir un buen factor de rechazo de tensión en modo común.

El reloj se transmite en el flow de datos, la codificación es de tipo NRZI, existiendo un dispositivo que genera un bit de relleno (bit stuffing) que garantiza que la frecuencia de reloj permanezca constante. Cada paquete va precedido por un campo de sincronismo. .

TIPOS DE TRANSFERECIA

El enlace virtual (pipe) puede ser de cuatro tipos: Control: Modo utilizado para realizar configuraciones: existe siempre sobre el Punto terminal 0 (EndPoint 0). Todos los dispositivos USB deben soportar este tipo de transferencia. Los datos de control sirven para configurar el periférico en el momento de conectarse al USB. Algunos drivers específicos pueden utilizar este enlace para transmitir su propia información de control.

Este enlace no tiene pérdida de datos, puesto que los dispositivos de detección de recuperación de errores están activos a nivel USB.

Bulk: Este modo se utiliza para la transmisión de importantes cantidades de información. Como el tipo control, este enlace no tiene pérdida de datos. Este tipo de transferencia es útil cuando la razón de transferencia no es critica como por ejemplo , el envió de un archivo a imprimir o la recepción de datos desde un escáner. En estas aplicaciones, la transferencia es rápida, pero puede espera si fuera necesario. Solo los dispositivos de media y alta velocidad utilizan este tipo de transferencia. Interrupt, modo utilizado para transmisiones de pequeños paquetes, rápidos, orientados a percepciones humanas (ratón, punteros). Este tipo de transferencia son para dispositivos que deben recibir atención periódicamente y lo utilizan los dispositivos de baja velocidad Este tipo de transmisión garantiza la transferencia de pequeñas cantidades de datos. El tiempo de respuesta no puede ser inferior al valor especificado por la interfaz. El ratón o cualquier otro dispositivo apuntador es una aplicación típica de este modo de transmisión.

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