TRANSMISIÓN DE DATOS MEDIANTE REDES CELULARES

Circuitos Conmutados vs. Conexiones de Paquetes Conmutados

INTRODUCCIÓN A LA CELEMETRÍA

El uso de telemetría (medición a distancia de datos remotos) sobre la red de telefonía celular ha sido denominada recientemente por algunos como “Celemetría”, ha recibido una

redes han recibido una cantidad tremenda de atención en los últimos años.

Existen redes de datos utilizadas por algunas empresas que prestan servicios de comunicación de datos inalámbricos. La primera oportunidad se presenta al aprovechar la red existente Advanced Mobile Phone Service (AMPS), que emplea métodos de comunicación analógicos. La segunda emplea tecnología celular digital, y está siendo constantemente mejorada para aprovechar todas las características de las comunicaciones digitales para transmisión de datos.

Como resultado del desarrollo de nuevas tecnologías de telefonía digital, han emergido dos principales estándares de celular digital en los Estados Unidos (United States, U.S.). Uno es llamado IS-136 “Acceso Múltiple por División de Tiempo” (Time Division Multiple Access, TDMA), y el otro es denominado IS-95 “Acceso Múltiple por División de Códigos” (Code Division Multiple Access, CDMA). En Europa y un número considerable de países no Europeos, se utiliza como estándar para telefonía celular digital el “Estándar Global para Comunicaciones Móviles” (Global Standard for Mobile Communications, GSM). GSM ha empezado a ser implantado inclusive en algunas partes de U.S.

Estas tecnologías digitales se han desarrollado originalmente en las frecuencias existentes para telefonía celular, en la banda de 800 MHz, y más recientemente en la banda de 1.9GHz, donde los servicios celulares son denominados como “Servicio de Comunicaciones Personales” (Personal Communications Services, PCS).

FUNDAMENTOS DE LAS REDES CELULARES

Transmisión Analógica Vs. Digital

Una señal analógica es una forma de onda que varía continuamente (como la onda del sonido), que puede representar un número infinito de valores. Los sistemas telefónicos “cableados” o convencionales utilizan señales analógicas para proveer comunicación de voz. El uso de este tipo de señales presenta algunos problemas inherentes cuando se usan para transmisión de datos. Primero, las señales digitales de una computadora que envía datos deben ser convertidas a señales analógicas para poder ser transmitidas, y posteriormente reconstruidas por el sistema receptor. Segundo, las señales analógicas pierden su fuerza sobre largas distancias y necesitan ser amplificadas. Cualquier distorsión existente en la señal también será amplificada, incrementando la posibilidad de errores.

En contraste con las formas de onda de las señales analógicas, las señales digitales son transmitidas sobre conexiones cableadas mediante variaciones de voltaje entre un nivel alto representando un dígito binario 1 y un nivel bajo representando un dígito binario 0. Debido a que ellos son binarios, las señales digitales son menos complejas que las señales analógicas. Para distancias largas, las señales digitales son más fiables. Si una señal digital necesita ser fortalecida, la señal es simplemente regenerada en lugar de ser amplificada.

En las conexiones inalámbricas, la modulación de una señal portadora de radio en lugar de niveles de voltaje es usada para indicar 1 o 0.

Al igual que los sistemas telefónicos convencionales, las redes celulares ofrecieron inicialmente sólo transmisiones analógicas de mensajes de voz. Recientemente, la transmisión digital por medio de conexiones celulares ha llegado a ser disponible, y a causa de sus ventajas ha sido rápidamente adecuada y preferida para la transmisión de datos.

CIRCUITOS CONMUTADOS VS. CONEXIONES DE PAQUETES CONMUTADOS

Los datos pueden ser transmitidos a través de redes celulares usando circuitos conmutados o conexiones de paquetes conmutados. Cada tipo de conexión tiene características únicas y usos apropiados.

Conexiones de circuitos conmutados

Proveen una línea dedicada temporal, entre dos puntos finales. El término “dedicada” implica que el circuito no se comparte con cualquier otro usuario. “Temporal” implica que la conexión existe sólo durante la transmisión. Una conexión de teléfono de voz es un ejemplo de una conexión de un circuito conmutado. Un circuito es dedicado desde el momento en el cual el usuario marca un número de teléfono y realiza la conexión cuando el receptor responde. Una vez terminada la conexión, el circuito está disponible para ser usado por otros suscriptores.

Las conexiones de circuito conmutado son apropiadas para llamadas de voz que tiendan a ser largas, de dos vías y altamente interactivas. Esto hace que las conexiones de circuito conmutado sean apropiadas para la transmisión de datos que comparten características similares. Cuando se transfiere datos vía conexión de circuito conmutado, toda la data es transferida en la misma oportunidad desde la fuente al destino. Los datos son recibidos en el orden enviado y probablemente no están perdidos, separados o incompletos.

Las redes de circuito conmutado generalmente están interconectadas con la “Red de Telefonía Pública Conmutada” (Public Switched Telephone Network, PSTN). Debido a que las conexiones de circuito conmutado incluyen circuitos dedicados, una conexión puede tomar algún tiempo para establecerse. Por ejemplo, una conexión para un módem puede tomar alrededor de 10 a 40 segundos para ser iniciada, dependiendo de los protocolos de los módems, la compatibilidad de los módems, y otros factores. El pago por el servicio de las conexiones de circuito conmutado son basadas en la duración de la conexión y la distancia entre las partes conectadas.

Conexiones de paquetes conmutados

En contraste con las conexiones de circuitos conmutados, las conexiones de paquetes conmutados no utilizan un circuito dedicado entre dos puntos finales. Las conexiones de paquetes conmutados permiten el acceso de múltiples usuarios simultáneos hacia múltiples localizaciones a través de la red. Los paquetes (grupo de datos) son enviados de la fuente al destino utilizando la ruta más rápidamente disponible. Mientras las conexiones de circuito conmutado operan de la misma forma que las llamadas telefónicas, las conexiones de paquetes conmutados trabajan como si se enviara muchas veces una serie de tarjetas postales por el correo.

Paquetes desde múltiples usuarios atravesando un canal de comunicación

Debido a que cada paquete contiene direcciones fuente y destino, los paquetes pueden ser enviados en una o varias tramas y a lo largo de rutas distintas de la red. Un paquete de un usuario podría transmitirse a continuación de un paquete del mismo usuario, o de otro. Aunque teóricamente los paquetes pueden ser de cualquier tamaño, el rango típico es de 100 a 1500 bytes.

La información transmitida en paquetes puede resultar en un aumento considerable de la eficacia y reducción de costos para los usuarios. Y debido a que las redes de paquetes conmutados generalmente está conectada directamente con Redes Públicas de Datos (Public Data Networks, PDNs), son disponibles una variedad de nuevos servicios de comunicación para los usuarios.

Todos los servicios de paquetes conmutados requieren una conexión desde el sitio del cliente al punto de acceso de la red de paquetes conmutados o una conexión vía INTERNET.

El costo de los servicios de paquetes conmutados son basados frecuentemente en el número de paquetes o por la longitud en tiempo de cada paquete transmitido. Un dispositivo de computación podría tener una conexión abierta para la red por un día entero, sin incurrir en costos porque estos serían solamente por concepto de la data transmitida.

¿Cómo Trabaja CDPD?

CDPD es una arquitectura de red compuesto de sistemas y un conjunto de protocolos de comunicaciones bien definidos. Juntos, estos sistemas y protocolos hacen posible la tarea de transmitir paquetes de datos a través de redes celulares.

La Red de Datos Aéreos opera como una extensión de las redes de comunicación basadas en TCP/IP, como la Internet. TCP (Transmission Control Protocol) es un estándar industrial ampliamente utilizado como protocolo de transporte en las redes actualmente. Los lectores que estén familiarizados con la tecnología Internet pueden pensar en CDPD como un “IP Inalámbrico”.

Los usuarios móviles accesan la red de datos aéreos mediante un computador Laptop u otro dispositivo de computación equipado con un módem inalámbrico. La data es transmitida mediante el módem por los canales de radio frecuencia que son compartidos con la transmisión de voz. Para transmitir data, CDPD utiliza solo el tiempo desocupado del canal de radio, permitiendo tanto las llamadas de voz como los paquetes de datos.

La data es recibida por una Estación Base de Datos Móviles (Mobile Data Base Station, MDBS) que administra la transmisión de datos sobre los canales celulares. Esta entrega la data a un sistema intermedio de propósito especial que, en orden, enrruta los paquetes de datos hacia la columna vertebral de la red de datos aéreos. La data es manipulada entonces por otros enrrutadores en la red de datos aéreos para finalmente ser entregada al anfitrión (Host) del sistema destino.

Protocolos CDPD

Debido a la enorme complejidad de las redes y el amplio rango de las tareas que ellas permiten, los modelos conceptuales de las arquitecturas de red son divididas típicamente en capas lógicas, desde la Capa Física – Conexión física o eléctrica – hasta la Capa de Aplicación, donde residen los programas de aplicación en un sistema. Cada capa incluye un modelo de red jerárquico donde tiene asignada una tarea específica y puede soportar uno o más protocolos.

La arquitectura de CDPD está basada en el modelo OSI (Open Systems Interconnected) en referencia a siete capas, extendiéndose sólo hasta la Capa de Red (Capa 3). Sobre esta capa, CDPD es soportado por Internet Protocol (IP), parte del conjunto de protocolos TCP/IP y el Connection Less Network Protocol (CLNP), un protocolo OSI. En este estudio se considera sólo IP, que es el protocolo aprobado en el estándar actualmente.

Como es tradicional en las redes de comunicaciones de datos, los sistemas anfitriones proveen una conexión orientada a conexiones punto a punto usando los servicios de una Capa de Transporte (Capa 4). En esta capa CDPD permite el uso de TCP o User Datagram Protocol (UDP), que pueden ser usados cuando IP es implementado en la Capa de Red.

El software de comunicaciones que provee la funcionalidad TCP/IP es frecuentemente referido como protocolo de pila. Para accesar la red de datos aéreos, un protocolo de pila debe residir en los Sistemas Móviles Finales (Mobile End System, M-ES), el computador remoto que utiliza los canales celulares para accesar la red. Este protocolo puede ser el Serial Line Internet Protocol (SLIP) o el Point to Point Protocol (PPP) para comunicaciones en líneas seriales.

Elementos de la Red de Datos Aéreos

Los elementos primarios de la red son el End System (ES) y el Intermediate System (IS) como se muestran en la figura. En la tecnología Internet, los ES son conocidos como host (anfitriones) y los IS como enrrutadores.