1er. Taller Seminario Regional I

Fecha: Martes 3 de Marzo de 2015

Nombre: Marcela Rodriguez

Nombre: Oscar Buitrago

Nombre: Marcela Gonzalez

1. Describa los siguientes mtodos de acceso al medio

a. CSMA-CA (Collision Avoidance) El acceso mltiple por deteccin de portadora con anulacin de colisiones (CSMA/CA) es el mtodo de acceso menos popular. Cada equipo indica su intencin de transmitir antes de transmitir los datos; los equipos detectan cundo puede ocurrir una colisin; esto permite evitar transmitir colisiones. Al informar de la intencin de transmitir datos aumenta el trfico en el cable y ralentiza el rendimiento de la red. - Wireless no puede leer el canal mientras transmite. - Puede escuchar el canal e identificar cuando esta libre. - introduce un tiempo aleatorio antes de iniciar una trasmisin o cuando una colisin es detectada. - Las probabilidades de colisin pueden ser muy bajas - Se introduce un mensaje de ACK para confirmar que el mensaje fue recibido correctamente. - Se introduce un mensaje de ACK para confirmar que el mensaje fue recibido correctamente (velocidades de trasmisin de hasta 54Mb/s.) -Tipo de mtodo de acceso LocalTalk

b. CSMA-CD (Collision Detection). Mtodo de contencin

CSMA/CD es conocido como un mtodo de contencin debido a que se contiene, o retiene, a los equipos de la red hasta que haya una oportunidad para enviar los datos. Puede verlo como una forma pesada de colocar los datos en la red, pero las implementaciones actuales de CSMA/CD son tan rpidas que los usuarios no perciben que se est utilizando este mtodo. A mayor cantidad de equipos en la red, mayor trfico de red. A medida que aumenta el trfico, tienden a aumentar la anulacin de colisiones y las colisiones, que pone lenta la red, de forma que este mtodo de contencin puede convertirse en un mtodo de acceso lento.

-Dependiendo de los componentes hardware, del cableado y del software de red, la utilizacin de una red CSMA/CD con muchos usuarios utilizando aplicaciones de bases de datos puede llegar a ser frustrante, debido al elevado trfico de la red.

Este protocolo hace que la estacin que va a transmitir compruebe si la lnea est libre antes de transmitir y durante la transmisin averigua si se ha producido una colisin pues

en ese caso es necesario detener la misma y activar los mtodos de recuperacin de colisiones. El CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection) ha sido el ms empleado en las LAN y est basado en conceptos de la Red ALOHA desarrollada en la Universidad de Hawai.

c. CSMA-BA (Bit wise Arbitration)

Se establece una prioridad a los mensajes, antes de iniciar una trasmisin se hace una comparacin de las prioridades para elegir el canal. La prioridad no se establece por nodo, se establece por mensaje y puede aumentar con el tiempo, para asegurar que el mensaje sea trasmitido. Vuelve el sistema determinstico. Sistemas event-driven, se usa en redes CAN.

Cada nodo mientras transmite est controlando el bus, cuando se encuentra libre el bus todos los nodos pueden intentar trasmitir, se generan colisiones. (CSMA/BA) implementa una fase de arbitraje no destructivo entre los diferentes mensajes que intentan acceder al Bus.

d. Token Ring

Esta tcnica se basa en una pequea trama o testigo que circula a lo largo del anillo. Un bit indica el estado del anillo (libre u ocupado) y cuando ninguna estacin est transmitiendo, el testigo simplemente circula por el anillo pasando de una estacin a la siguiente. La red Token-Ring es una implementacin del standard IEEE 802.5, en el cual se distingue ms por su mtodo de transmitir la informacin que por la forma en que se conectan las computadoras

- En cada momento solo un dispositivo puede estar activo y tener el token. - Cuando termina de trasmitir el token es cedido al nodo siguiente. -Desarrollada por IBM en los aos 1970, actualmente no usada por ninguna red. - Toda la informacin viaja en una sola direccin a lo largo del crculo formado por el anillo. - Cada estacin se conecta a otras.

e. TDMA (Time Division Multiple Access)

Esta tecnologa comprime las conversaciones digitales y las enva cada una utilizando la seal de radio por un tercio de tiempo solamente, la transmisin es simultnea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadora de rfagas o paquetes por los distintos usuarios. Cada receptor selecciona una rfaga con su nmero y desprecia a los dems, los dispositivos pueden ser configurados para usar ms de un slot, dependiendo del tipo de informacin que se quiera transmitir. Cada mensaje tiene un time slot definido y una frecuencia de trasmisin definida.

Como principales caractersticas esta la complejidad en el acceso (estricta sincronizacin temporal), simplificacin de estaciones multicanales, retardo en la comunicacin, necesidad de digitalizacin de la informacin, posibilidad de utilizar una frecuencia portadora para ambos sentidos de la comunicacin.

2. cerca del estndar IEC 61158 para redes de campo, presente las principales caractersticas de los siguientes protocolos y buses:

a. HART

HART (Highway Addressable Remote Transducer)

Esquema de comunicacin: Maestro Esclavo Dispositivos Maestros: Terminales porttiles, Estaciones de trabajo, Consolas de

sistemas de control. Esclavos HART: sensores, transmisores, actuadores. Pueden existir dos maestros simultneamente. Temporizacin define cuando cada maestro inicia comunicaciones. Se ha evidenciado en la prctica el diseo simple, el fcil mantenimiento y la

facilidad de operar. Tres tipos de Comando HART: Universal, Prctica Comn y Especfico. Es compatible con la instrumentacin analoga. Comunicacin Digital. Operacin punto a punto o multipunto. Tiempo de respuesta aprox. 500 ms. 1200 bits/s Integracin entre las dos redes se hace por medio de un gateway a nivel 7 del

modelo OSI. Mensajes cclicos son enviados por el maestro MDP1. Mensajes a cclicos son enviados por el maestro MDP2.

El protocolo HART especifica:

Forma fsica de la trasmisin.

Procedimiento de transacciones.

Estructura del mensaje.

Formato Datos.

Conjunto de comandos.

Trasmisin:

Capa fsica basada en Bell 202. FSK

Velocidad:1200 Baud

Bit 0 tono de 2200 HZ.

Bit 1 tono de 1200 Hz.

Valor promedio Cero.

b. CAN DeviceNet

Protocolo ubicado en L1/L2 OSI.

Amplia difusin en la industria automotriz.

Capas superiores DeviceNet, CANOpen y TTCAN.

CANOpen Application Layer

Red multimaster.

Estandarizado por la norma internacional ISO 11898.

El estndar CAN define solo el nivel de data-link del modelo OSI.

Sistema simple y econmico.

Muy difundido

i. Algunos centenares de millones de nodos CAN instalados

ii. Utilizado por los grandes constructores de automviles (Mercedes

- BMW)

El uso de esta red por parte del sector automovilstico disminuye los costos de

componentes.

Para niveles superiores a partir del 1994 se definieron diferentes aplicaciones y

protocolos, DeviceNet, Canopen y TTCAN.

DeviceNet se desarroll (Desarrollado por Allen Bradley) como una variacin de CAN para ser utilizado en automatizacin de procesos.

CANopen es utilizado para desarrollo de sistemas de control. (Desarrollado por CiA) TTCAN (Time triggered can) (Desarrollado por CiA para aplicaciones donde el

tiempo es determinante) La velocidad de la red depende de la extensin de la red. Topologa de red tipo bus. Tipo de cableado: El estndar ISO I 1898 establece:

iii. cable par trenzado con o sin blindaje. iv. Existen algunos productos que pueden operar con fibra ptica.

Especificaciones del cable: v. Cable con impedancia nominal de 120 ohms vi. Se permiten cables con impedancia en el intervalo de 108 132

Ohms. Sincronizacin de los dispositivos: El receptor sincroniza el reloj local con la seal recibida en el bus.

vii. Se debe muestrear la seal con un reloj a una frecuencia ms alta que el tiempo de bit.

viii. Se debe tener una seal de sincronizacin, con suficientes transiciones.

ix. Cada receptor tiene un circuito digital phase loop (DPLL) para mantener la sincronizacin.

La sincronizacin aumenta la capacidad de trasmisin. Comunicacin multimaster.

x. CAN implementa un modelo de comunicacin productor- consumidor.

xi.

CAN soporte mximo 30 dispositivos conectados al mismo bus. El sistema de comunicacin CAN establece una comunicacin basada en las

prioridades.

Capa 1 CAN:

Caractersticas del bus

Distancia y Througput. -> 500 mts max a 125kbps

Topolga tipo bus unicamente.

11898 cable par trenzado con o sin blindaje. Z 120 ohmios, se requieren cargas

terminales.

Seales en diferencial CANH y CANL.

Interfaz elctrica CAN en condicin collector abierto. Nivel dominante en 0. Recesivo

1.

Codificacin NRZ. Manchester no funciona.

Relojes locales.

Todos los dispositivos tienen DPLL para mantener la sincronizacin.

Capa 2 CAN:

Mtodo de acceso al bus. CSMA/BA. Comunicacin multimaestro. Modelo Producto-

Consumidor.

Todos los dispositivos reciben el mensaje pero solo los entendidos lo aceptan. No

es Master-Slave.

MAC CAN soporta 30 dispositivos conectados al bus.

Acceso casual desde cada master.

Colisiones resueltas de manera determinstica. Real Time.

CSMA/Bitwise Arbitration. Lectura del nivel del bus antes de transmitir.

Arbitraje basado en prioridades.

Sobre la base que el bus es dominante 0.

Fase de arbitraje no destructiva.

Tcnica de prioridades. Prioridades en una base por mensaje. Despus de cada bit

de Start viene un ID de mensaje para realizar el arbitraje.

Algoritmo BA 28.

Tiempo de Transmisin debe ser menor que el tiempo de bit. Se limita la distancia

y la velocidad de transmisin.

Dado el MAC de CAM si se disminuye la distancia de bus CAM, se puede duplicar

la velocidad de transmisin. No es posible una velocidad superior a 1Mbps.

Anlisis de programacin de mensajes. Evaluar si la red es capaz de transmitir todos

los mensajes respetando los tiempos especficos de mensaje.

Prioridad de mensaje programada por el usuario.

Red Real Time: todos los mensajes transmitidos dentro de tiempos especficos.

Tramas de Datos 65/66 Remota (para realizar peticiones de datos) 67 Error 68

Sobrecarga 69.

Capa de aplicacin.

DeviceNet / CAN Open / CAN Kingdom

CANopen: desarrollado en 1995, se soporta en CiA foundation. Difundido en

Europa, basado en CAN Application Layer. Diccionario de objetos.

c. Foundation FieldBus

Sus miembros incluyen ms de 150 compaas y usuarios agrupados

principalmente en Amrica y Asia.

Actualmente existen 2 implementaciones diferentes H1 (Field Level) y HSE

(Ethernet de alta velocidad).

Inicialmente se plante otra versin H2 para comunicaciones de alta velocidad a

nivel de campo.

Respaldado por estndares de tres organizaciones importantes:

i. ANSI/ISA 50.02

ii. IEC 61158 (Mismo utilizado por Profibus PA)

iii. CENELEC EN50170:1996/A1

Puede soportar el ambiente severo y peligroso de las plantas de procesos.

Proporciona alimentacin y comunicacin sobre el mismo par de hilos.

Puede usar el cableado existente en la planta de instalaciones de 4-20mA.

Soporta seguridad intrnseca.

Sistema deterministico.

Capa fsica basada en IEC 61158-2

Hasta 32 dispositivos.

Se puede extender la cantidad de dispositivos y la distancia usando repetidores, max. 4 repetidores pueden.

ser interconectados.(128 disp.) Velocidad de trasmisin 31.25kbit/s. Codificacin en corriente.

Utiliza un nico par trenzado para la alimentacin y la informacin.

Cada dispositivo debe tener una alimentacin de entre 9 y 32 volts. Por medio de bloques se representa las funciones de cada dispositivo en campo.

Se puede realizar sistemas de control en campo. Existen 3 tipos de bloques:

iv. Bloque de recursos. v. Bloque de Funciones. vi. Bloque de transductores.

Convertir una energa mecnica a energa elctrica.

d. ProfiBus

Es un estndar de comunicaciones para buses de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS.

Es la red de campo ms vendida en el mundo. Estandarizado por las normas: Euro Norm EN 501702, IEC 61158. Asegura independencia del vendedor. La versin ms utilizada, Profibus DP (Periferia Distribuida; Descentralized

Peripherals) fue desarrollada en 1993. Ideado y usado inicialmente para automatizacin industrial (con Profibus DP), a

partir de 1995 es utilizado en automatizacin de procesos (PA).

e. Foundation FieldBus HSE High Speed Ethernet

Respaldado por estndares de tres organizaciones importantes:

i. ANSI/ISA 50.02

ii. IEC 61158 (Mismo utilizado por Profibus PA)

iii. CENELEC EN50170:1996/A1

Ejemplo de una red redundante en FF HSE

f. AS-Interface

Referenciado al modelo ISO/OSI, AS-i esta implementado en 3 capas. Capa1 (Fsico):

i. Cable. ii. Fuente de alimentacin. iii. Modulacin de la seal. iv. Dispositivos de la red.

Capa 2 (Data Link) : v. Integridad de la informacin. vi. Telegramas. vii. Manejo del error.

Capa 7 (Aplicacin): viii. Mensajes. ix. Interfaz con los programas x. Diferentes aplicaciones

CAPA FSICA

Sistema Mono maestro. Velocidad de transferencia de datos de 167 Kbits/s. Transmisin por modulacin de corriente, lo cual garantiza un alto grado de

seguridad. Mximo 100m por segmento, con posibilidad de extensin hasta 3 segmentos

(300m). Permite diferentes topologas de red, la ms comn es tipo rbol. Reaccin rpida: Maestro AS-i necesita como mximo 5 ms para el intercambio de

datos cclico con hasta 31 estaciones conectadas. Las estaciones pueden ser sensores/actuadores o mdulos AS-i, a cada uno de los

cuales se pueden conectar hasta ocho sensores/actuadores binarios convencionales.

Es una red econmica - Segn un estudio realizado por la Universidad de Munich, mediante una red AS-i se puede ahorrar entre un 15% y un 30% del coste total.

Con mdulos AS-i estndar pueden funcionar hasta 124 actuadores-124 sensores conectados al cable AS-i.

Si se utilizan mdulos AS-i con un espacio de direcciones ampliado, es posible la operacin de hasta 186 actuadores y

248 sensores con un maestro extendido.

COMPONENTES RED AS-I

Maestro AS-i. Esclavo AS-i. Mdulos AS-i. Sensores/actuadores con conexin AS-i integrada. Cable. Fuente de alimentacin AS-i.

CAPA 2 MODELO OSI DATA LINK

Se define el mtodo de acceder al bus Mensajes y tipo de mensajes Deteccin y manejo de error

CAPA 7, APLICACIN

Intercambio de mensajes Transacciones simple Max 4 bit entre maestro esclavo Max 4 bits entre esclavo maestro Transacciones combinadas Implementada para trasmitir ms de 4 bits.

g. MODBUS

Modbus serial: Capa fsica

Modbus over serial line specification and implementation V1.02

EIA/TIA-485 (RS485)

RS232

Velocidades de transmisin de 9600 bps y 19.2 kbps son requeridas

Otras velocidades pueden ser implementadas

Modbus serial: Capa de enlace. Maestro /Esclavo

Solamente un maestro.

Hasta un mximo de 247 esclavos.

Cada esclavo tiene una direccin nica entre 1 y 247.

Los nodos esclavos no pueden transmitir sin una peticin previa del maestro.

Los esclavos no pueden comunicarse entre ellos.

El maestro solo puede iniciar una transaccin MB a la vez.

3. Presente las principales caractersticas de las redes LANs basadas en IEEE 802.3 (Ethernet).

Ethernet, Es el estndar de comunicacin de datos en rea local ms popular en el mundo.

i. Estndar ampliamente estudiado.

ii. Existen muchos dispositivos.

iii. Red de comunicacin econmica.

Ethernet naci en los aos 70. En el ao 82 es publicada Ethernet V2.0 e IEEE publica IEEE 802.3, primer estndar de Ethernet.

Diseada para interconexin de computadores y redes de rea local (LAN). Actualmente el estndar ms usado en redes de oficina. Es actualmente el estndar ms usado en redes de oficina. 100 Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s.

Utilizar ethernet como bus de campo.

iv. Ventanas: disminucin de costos de comunicacin. v. Aumento constante de las velocidades de trasmisin

vi. Compatibilidad con protocolos aplicados existentes. vii.

Por qu usar Ethernet como Fieldbus?

viii. Es econmico, produccin en masa. ix. Fcil de integrar con internet. x. Mayores velocidades de trasmisin, mayor ancho de banda.

xi. Tecnologa ampliamente estudiada y desarrollada con muchos dispositivos disponibles en el mercado.

CAPA FISICA:

Topologa: bus, estrella. Codificacin Manchester Velocidades de trasmisin de hasta 10 Gb/s Ethernet utiliza cable coaxial, cables de cobre UTP y fibra ptica. Ethernet implementa una direccin MAC, direccin fsica de cada dispositivo, que

identifica cada uno de los dispositivos en la red. (Depende del fabricante y del tipo de dispositivo)

DISPOSITIVOS: Hub, Switch (estos dos en la topologa se pueden tener como elemento central)}

MAC Ethernet Switcheado

Se evoluciono a una topologa usando un switch.

xii. Permite establecer una comunicacin punto a punto. xiii. A partir del mensaje de Ethercat establece la direccin de destino y

reenva el mensaje a esa direccin. xiv. Si no conoce la ubicacin del dispositivo, reenva el mensaje en

Broadcast a todos los dispositivos. Topologa en estrella.

Funciona como una Cola

xv. No es un sistema determinstico.

xvi. La cola tiene un lmite mximo.

Se le puede dar prioridad a un puerto.

Introduce un retardo en la comunicacin.

Ethernet power-link

Sistema totalmente determinstico.

Implementa un sistema basado en Ethernet con polling de los diferentes dispositivos

conectados.

Powerlink hace un encapsulamiento para enviar los mensajes va ethernet.

Solucin basada en software.

Modelo de trasmisin Publisher- Subscriber.

EtherCAT

Ethernet for control automation Technologie.

Solucin real time para dispositivos I/O y sistemas de control de movimiento.

Desarrollada por Beckhoff en el ao 2003.

Soportado y promocionado por EtherCATTechnoloy group foundation.

2007 EtherCAT es incluido en el estandar IEC 61158 (Digital data communication for

measurement and contol).

Comunicacin Master-Slave.

4. Presente las diferencias entre las implementaciones IEEE802.3 y Ethernet II (a nivel de entramado).

La trama de la norma IEEE 802.3 es muy similar a la del protocolo Ethernet-Dix

- se encuentra diferencia en el campo longitud y tipo. Ethernet-Dix dedica el campo tipo Ethertype, para especificar el protocolo clientede los servicios de Ethernet, en cambio IEEE 802.3 delega esta tarea al subnivel superior LLC (IEEE 802.2). para este caso los dos octetos del campo tipo se dedican a especificar la longitud de la trama.

-la diferencia principal entre ambas tramas esta en el mecanismo que las dos para multiplexar conexin (transportar tramas de distintos clientes).

5. Presente la estructura del direccionamiento en IEEE 802.3 (OUI NID).

El direccionamiento en ieee 802.3 consta de 48 bits los cuales se expresan como doce

dgitos hexadecimales, los cuales estn distribuidos de 6 bytes por cada direccin (origen,

destino), esto como se puede ver en la imagen de entramado entre el SOF(inicio de

trama) y el LENGTH.

Una direccin consta del OIU y NIC.

802.3 OUI(identificador nico organizacional): Este cdigo es asignado por el la ieee a

cada fabricante y consta de 3 octetos, el primer bit menos significativo del primer

octeto identifica a una sola tarjeta o a un grupo, el siguiente bit menos significativo se

relaciona a que si el direccionamiento es local o global hacia el grupo.

NID(identificador de tarjeta): seis dgitos hexadecimales restantes abarcan el nmero

de serie de interfaz, u otro valor administrado por el proveedor especfico.

6. Cual tecnologa de capa fsica Ethernet utilizara si requiere un enlace de 1Gbps para fibra multimodo con core de 50um y longitud de onda en la ventana de 1300nm? 1000BASE-LX/LH

7. De las lecturas Ethernet Bandwidth Assesment Report Seccion 2 Ethernet Speeds in 2013 HSSG Speeds and Feeds, cual es en su opinin la tendencia de estandarizacin del IEEE para futuras implementaciones de Ethernet?

Ethernet Bandwidth Assesment Report Seccion 2, se habla de que HSSG debaten sobre las diferentes tasa de Ethernet y toman decisiones sobre que estndares son viables y cules no, el ejemplo que se da es la revisin de ieee 802.3ba en la cual se basan en que la creacin estandarizacin de ancho de banda en redes creca a un ritmo diferente a (cada 18 meses) y la capacidad de ancho de banda de equipos y aplicaciones informticas crecan cada 24 meses esto nos lleva a ver que en el momento de realizar una estandarizacin de un protocolo, dicho protocolo est tcnicamente por encima de la parte fsica de los equipos que se tiene implementados, esto en nuestro parecer deja ver que siempre en las estandarizaciones de Ethernet van a estar sobre las tecnologas que se encuentran implementadas y por ende el tiempo que se demora la industria en acoger estos nuevos estndares ser mayor.

Segn la lectura de Ethernet Speeds in 2013, trata bsicamente de la gran demanda de aumento en la infraestructura del trfico, por ende, las redes deben ofrecer buena calidad de servicio en velocidad y capacidad. Lo que busca la IEEE es poder desarrollar una optimizacin en cuanto al ancho de banda se refiere sobre estandarizacin de Ethernet; Claro est que no solo se puede pensar en la buena calidad de un servicio para el consumidor cuando este lo requiera, sino la parte de costo beneficio, lo que hace que tambin este presente el costo de implementacin que requerira la nueva tecnologa, no se puede implementar una tecnologa costosa cuando ser utilizada de manera limitada, se estara perdiendo recursos de la misma de manera inoficiosa, por eso es mejor pensar en

una infraestructura que pueda cubrir de cierta manera la capacidad de demanda con una calidad de servicio estndar.

Ethernet Bandwidth Assesment Report:

HSSG Speeds and Feeds: como se puede ver en la historia de ethenet los primeros

despliegues del despliegue de 10Mbit, 100Mbit y 1Gbit se realizaron sobre los aos 80 y

90, y la adopcin de estos estndares estn en un rango de 1 ao hasta los 6 aos esto

deja ver el problema de acogida que tiene un nuevo estndar en la industria, industria la

cual no recibe muy bien las nuevas estandarizaciones, ya sea por temas tcnicos o

econmicos, tcnicamente los equipos de conexin no soportan estas nuevas

tecnologas(performance), o simplemente la utilidad de estos estndares no sobrepasan

la relacin costo beneficio, costos que en tecnologas nuevas tienen elevados costos de

implementacin.