Monografias | Comunicación inalámbrica de PC's

El simple hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en medios donde tenemos que estar comunicados. Por eso la gran importancia de la transmisión y la recepción de información, y en la época actual donde los computadores hacen parte de la cotidianidad, es necesario establecer medios de comunicación eficaces entre ellos.
Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la de poder comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica. La conexión de computadoras mediante Ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente está siendo ampliamente investigado. Las Redes Inalámbricas facilitan la operación en lugares donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes o en oficinas que se encuentren en varios pisos. Pero la realidad es que esta tecnología está todavía en pañales y se deben de resolver varios obstáculos técnicos y de regulación antes de que las redes inalámbricas sean utilizadas de una manera general en los sistemas de cómputo de la actualidad.
No se espera que las redes inalámbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de transmisión mayores que las logradas con la tecnología inalámbrica. Mientras que las redes inalámbricas actuales ofrecen velocidades de 2 Mbps, las redes cableadas ofrecen velocidades de 10 Mbps y se espera que alcancen velocidades de hasta 100 Mbps. Los sistemas de Cable de Fibra Óptica logran velocidades aún mayores, y pensando futuristamente se espera que las redes inalámbricas alcancen velocidades de solo 10 Mbps.
Sin embargo se pueden mezclar las redes cableadas y las inalámbricas, y de esta manera generar una "Red Híbrida" y poder resolver los últimos metros hacia la estación. Se puede considerar que el sistema cableado sea la parte principal y la inalámbrica le proporcione movilidad adicional al equipo y el operador se pueda desplazar con facilidad dentro de un almacén o una oficina.
Una muy buena opción que existe en redes de larga distancia son las denominadas: Red Pública De Conmutación De Paquetes Por Radio. Estas redes no tienen problemas de pérdida de señal debido a que su arquitectura está diseñada para soportar paquetes de datos en lugar de comunicaciones de voz. Las redes privadas de conmutación de paquetes utilizan la misma tecnología que las públicas, pero bajo bandas de radio frecuencia restringidas por la propia organización de sus sistemas de cómputo.

El proyecto que intentamos desarrollar busca establecer una comunicación confiable entre dos PC’s a través de señales de radio, para este fin lo hemos dividido en tres etapas, que a continuación describiremos.

Etapa 1
El espectro electromagnético, el recurso natural de las comunicaciones por el espacio, se encuentra en su punto máximo de congestionamiento. Esto constituye evidencia de que a pesar del uso extenso de medios de transmisión como la fibra óptica; la transmisión de información por el aire continúa siendo el mecanismo más económico y versátil de cuantos existen para el transporte de información.
El desarrollo de tecnologías modernas que permite la fabricación de dispositivos de comunicaciones portátiles y de bajo costo, ha incrementado la necesidad de comunicaciones inalámbricas que liberen al usuario de la necesidad de conectar sus equipos a puntos fijos servidos por una red física de cobre o fibra. La congestión radioeléctrica del espacio se ha visto aliviada en parte gracias a nuevos esquemas de modulación y de compresión de información. No obstante, el recurso del espacio, como canal de comunicaciones es cada vez mas demandado en la medida en que los avances tecnológicos permiten el acceso a tecnologías de punta a un mayor sector de la población.
Las ondas electromagnéticas viajan desde una antena transmisora hasta otra receptora. Podemos definir una antena como un dispositivo construido de material metálico que tiene la capacidad de emitir y percibir dichas ondas y que posee idénticas características si se usa para transmisión o para recepción.
En el presente proyecto intentamos establecer una comunicación confiable entre dos PC’s haciendo uso de las ondas electromagnéticas y capturándolas mediante una antena, de esta manera no se necesitaría ninguna conexión física a un punto de alguna red y por lo tanto se obtendría el beneficio de la comunicación inalámbrica.

Etapa 2
El procesamiento en un computador digital de información sobre fenómenos físicos –como temperatura, velocidad, humedad, ondas radiales, etc.– es el campo donde más resultados asombrosos y revolucionarios se han obtenido. Cualquier variable física puede llevarse al interior de un computador y procesarse con la misma facilidad y eficiencia con la cual se computa una nómina o un flujo de caja. En la industria la conquista de la antigua instrumentación análoga por parte del computador, es casi total. Una vez tenidos los valores o datos dentro del computador, se pueden realizar toda clase de cálculos para implementar control, estadística, graficación, etc.
La mayoría de los fenómenos naturales, de los cuales formamos parte, son de naturaleza análoga o de variación continua en el tiempo. El computador digital procesa información compuesta solamente por dos niveles: alto y bajo. Para llevar las variables físicas al lenguaje de un computador, se necesita realizar un proceso de conversión previa de los datos del formato análogo a código digital de unos y ceros o niveles de voltaje. A esta acción se le conoce como conversión análogo-digital.
Los PC’s poseen un circuito controlador para la impresora, el cual puede ser aprovechado por el usuario del mismo, para comunicarse con el mundo exterior, realizar procesos de variables físicas o efectuar procesos completos de medición y control. Originalmente el puerto paralelo viene con la destinación específica de permitir la comunicación del PC con la Impresora.
El propósito del presente proyecto es realizar la producción de un fenómeno físico y la adquisición de datos del mismo, por medio de la adquisición de datos, la conversión digital-análoga, y la propagación de ondas radiales, se propone llevar a cabo la comunicación entre dos PC’s. Así, el fenómeno físico a medir son las mismas ondas radiales.
Utilizando los sensores adecuados, este mismo proyecto, con algunas variaciones, permitirá monitorear diferentes medios de transmisión, como lo son: infrarrojos, cableado telefónico, etc.

Etapa 3
Un medio de comunicación entre un computador y sus diferentes periféricos es los Puertos de Comunicación, ya sean puertos Paralelos, Seriales, de Juegos, o USB, que son los puertos a los que actualmente se tiene acceso.
Los puertos seriales son utilizados para la conexión de dispositivos que permiten un protocolo o sistema de comunicación en forma serial, los Puertos de Juegos están destinados a brindar conexión con dispositivos que permiten interactuar con juegos de computadora, y los Puertos USB permiten una comunicación mucho más rápida y directa con la board.
El primer puerto paralelo del PC compatible era unidireccional, permitiendo una transferencia de solo 8 bits de datos del PC hacia el periférico. Este primer puerto paralelo fue llamado en principio Centronics y actualmente Compatible o SPP (Standard Parallel Port). Más tarde apareció el puerto paralelo PS/2 bidireccional; este puerto bidireccional simplemente adicionó la capacidad de leer 8 bits de datos desde el periférico hacia el PC.

EL flujo de información que estamos proponiendo se realizara a través de dos dispositivos emisores – receptores (antenas) que obtendrán la señal análoga del medio físico en que se encuentren, posteriormente esta señal ha de ser sometida a un proceso de converso análogo – digital o viceversa según sea el caso, finalmente con la información digital se hace su captura a través del puerto paralelo y de esta manera los ordenadores pueden trabajar con dicha información.

Conjunto de conductores debidamente asociados, que se emplea tanto para la recepción como para la transmisión de ondas electromagnéticas, que comprenden los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y las ondas de radio.

Carácteristicas De Las Antenas
Resistencia de radiación: Debido ala radiación en las antenas se presenta perdida de potencia . Por ello se ha establecido un parámetro denominado resistencia de radiación Rr , cuyo valor podemos definir como el valor de una resistencia típica en la cual, al circular la misma corriente que circula en la antena, disipara la misma cantidad de potencia.
Eficiencia de una antena: Se conoce con el nombre de eficiencia de una antena (rendimiento) a la relación existente entre la potencia radiada y la potencia entregada ala misma.
Impedancia de entrada de una antena: En general, la impedancia de entrada de la antena dependerá de la frecuencia, estando formada por una componente activa Re, y una reactiva Xe. De esta forma, Re se puede asimilar a la resistencia total de la antena en sus terminales de entrada. Generalizando, podemos decir entonces que la impedancia de entrada de la antena es simplemente la relación entre el voltaje de entrada de la antena y la corriente de entrada.
Ganancia de una antena: La ganancia de una antena representa la capacidad que tiene este dispositivo como radiador. Es el parámetro que mejor caracteriza la antena. La forma más simple de esquematizar la ganancia de una antena es comparando la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación con el valor medio radiado en todas las direcciones del espacio, ofreciéndose en términos absolutos. Aquellas antenas que radian por igual en todas las direcciones se llaman isotrópicas y su ganancia es de 1. Basados en esta definición, podemos hablar de la ganancia como la relación entre la potencia y campo eléctrico producido por la antena (experimental) y la que producirá una antena isotrópica (referencia), la cual radiará con la misma potencia.
Longitud eficaz de la antena: Sobre una antena se inducen corrientes y voltajes. Por tal razón, a la antena receptora se le puede considerar como un generador ideal de voltaje (V), con una impedancia interna que resulta ser igual a la de entrada.
Polarización de la antena: La onda electromagnética posee el campo eléctrico vibrando en un plano transversal a la dirección de propagación, pudiendo tener diversas orientaciones sobre el mismo. La polarización de la antena hace referencia a la orientación del campo eléctrico radiado. De esta forma, si un observador en un punto lejano a la antena "visualizara" el campo eléctrico lo podría mirar de las siguientes formas:
Describiendo una elipse. En este caso se dice que la onda esta polarizada elípticamente.
Describiendo una circunferencia (polarización circular).
Polarización horizontal o vertical, describiendo una línea recta.
Es importante anotar que, para que una antena "responda" a una onda incidente, tiene que tener la misma polarización que la onda. Por ejemplo, un dipolo vertical responderá a una onda incidente si la polarización de dicha onda es vertical también.
Ancho de haz de una antena: Podemos hablar del ancho de haz de una antena como el espaciamiento angular entre dos puntos determinados de potencia media (-3dB), ubicándolos con respecto a la posición del lóbulo principal perteneciente al patrón de radiación de la antena.
Ancho de banda de la antena: Se puede describir como los valores de frecuencia para los cuales la antena desarrolla su trabajo de manera correcta. De igual forma, el ancho de banda de una antena depende de las condiciones de los puntos de potencia media.

La naturaleza de las ondas
Cuando los electrones oscilan en un circuito eléctrico, parte de su energía se convierte en radiación electromagnética. La frecuencia (la rapidez de la oscilación) debe ser muy alta para producir ondas de intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Cuando una de esas ondas encuentra una antena metálica, parte de su energía pasa a los electrones libres del metal y los pone en movimiento, formando una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la comunicación por radio.
Como se ve en la siguiente figura, existen diferentes modos de propagación que pueden surgir como el resultado del lanzamiento de ondas electromagnéticas al espacio por medio de antenas de configuración adecuada. Si no existiera el aire ni las capas ionosféricas, esto es, en el vacío, las ondas de radio viajarían en línea recta. Sin embargo, debido a la presencia de gases de diferente composición en la atmósfera terrestre, la propagación de ondas se ve influenciada por una serie diversa de mecanismo.
El modo de propagación más sencillo es aquel en que la onda sigue una trayectoria recta entre la antena de transmisión y la de recepción. A este tipo de onda se le conoce como directa o de línea de visión, LOS (Line Of Sight). Las microondas son el ejemplo clásico de este mecanismo de propagación. En condiciones óptimas las microondas pueden considerarse como un haz concentrado de energía electromagnética que hace la travesía desde la antena de emisión hasta la recepción desplazándose en línea recta. Más aún, debido a las longitudes de onda tan pequeñas en esta modalidad de aplicación, las antenas utilizadas, reflectores parabólicos, y en general todo el esquema de propagación, pueden analizarse como si fuera un sistema de características ópticas.

Diferentes modos de Propagación de Ondas de Radio
Dependiendo del patrón de radiación de la antena involucrada, es posible que parte de la energía de la onda se dirija hacia tierra, a partir de lo cual, por reflexión, cambia su curso para dirigirse finalmente a la antena de recepción. Esta onda es conocida como la onda reflejada de tierra.
Adicionalmente, puede generarse una componente de onda cuyo modo de propagación es directamente sobre la tierra, desde el mismo momento de abandonar la antena de transmisión. Esta onda, denominada de superficie o terrestre, continúa su curso sobre la tierra hasta llegas a su destino final en el sitio de la antena receptora.
Finalmente, la onda electromagnética puede ser lanzada hacia el espacio, convirtiéndose así en una onda celeste u onda de cielo. Dependiendo de la frecuencia de la onda y del ángulo de lanzamiento, esta puede atravesar la atmósfera y salir al espacio libre, o en caso contrario, puede ser refractada hacia la tierra para ser posteriormente captada por la antena receptora.

Etapa 2
Se entiende por adquisición de datos a la acción de medir variables, convertirlas a formato digital, almacenarlas en un computador y procesarlas en cualquier sentido. Este proceso necesita de una interfase entre el mundo y el computador que se suele denominar como tarjeta de adquisición de datos. Para poder obtener información análoga y llevarla hacia una computadora o cualquier dispositivo digital es necesario hacer la conversión de un formato al otro sin alterar el valor de las variables leídas.
Utilización de un sensor/transductor adecuado para la variable que se desea medir (en este caso ondas radiales), el cual permite detectar y convertir la variable física a una señal analógica de voltaje o corriente eléctrica, de manera que pueda ser registrada o manipulada mas fácilmente.
Una señal análoga se muestrea observando y memorizando su amplitud instantánea a intervalos regulares e ignorándola el resto del tiempo. El procedimiento se ilustra gráficamente a continuación, cada muestra representa la amplitud de la señal análoga en un instante específico.

La velocidad a la cual se realiza la actualización de las muestras se denomina rata o frecuencia de muestreo (F_S) en el caso general de varias señales o canales de datos este parámetro depende del ancho de banda de las señales de entrada, del número de canales análogos y del número de muestras por ciclo. La teoría ha demostrado que para reconstruir las señales análogas originales, sin pérdida apreciable de información, estas deben ser limitadas en su ancho de banda a alguna frecuencia máxima (F_C) y muestreada a una rata mínima de dos muestras por ciclo de esa frecuencia. Este resultado se conoce como Teorema del Muestreo de Nyquist. De acuerdo a este criterio:

Amplificación de la señal de voltaje o corriente, si se requiere.
El amplificador es el elemento que nos permite incrementar en magnitud la señal obtenida de un sensor ya que esta, en la mayoría de los casos es muy pequeña. El amplificado no solo aumenta y multiplica la señal, sino que también puede filtrarla, procesarla y en algunas ocasiones corregirla.

Traducción de esta señal analógica al lenguaje propio del computador: lenguaje digital (conversión análogo-digital)
Este proceso llamado conversión análoga digital es hecho por varios dispositivos electrónicos en forma de circuito integrado. Estos circuitos reciben la señal de carácter análogo por uno de sus pines de entrada y suministran el correspondiente valor digital por uno o varios pines de salida. En el mercado podemos adquirir conversores A/D de varios canales es decir, admiten varias señales analógicas y por medio de otros pines se selecciona a cual de los canales es que se va a hacer la conversión A/D. Así mismo, también podemos encontrar conversores A/D seriales o paralelos. Los primeros, reciben la señal análoga y devuelven su valor digital por uno de sus pines en forma serial, o sea, los bits equivalentes al valor digital salen uno tras otro en diferentes tiempos por el mismo pin. Por su parte los conversores A/D paralelos devuelven el valor digital por varios de sus pines en forma simultanea, por ejemplo, si el conversor es de ocho bits, este tendrá los ocho pines para cada uno de ellos.

Convertidor ADC0808
Adquisición propiamente dicha de los datos que, en forma digital, podrán ser almacenados en la memoria del PC y llevados luego a pantalla o a otro periférico del computador.
La adquisición se realizará por medio del puerto paralelo, aprovechando la estandarización que ha sufrido el mismo en los últimos años, además de estar presente en todos los equipos. Se hará mediante una interfase generada con un lenguaje de programación de alto nivel (C++ o Basic), aprovechando las librerías que estos mismos traen incluidas dentro de sus parámetros para manejo de puertos.

Etapa 3
Los puertos pueden clasificarse fácilmente de acuerdo al tipo de acceso físico que permiten. Podemos clasificarlos como puertos externos o internos, entre los externos están el puerto paralelo, el serial y el puerto para juegos. Para nuestro proyecto se eligió trabajar con el puerto paralelo debido a su reconocida trayectoria en cuanto a la comunicación con periféricos se refiere Actualmente hay disponibles dos nuevos tipos de puertos paralelos con características mejoradas: el EPP (Enhaced Parallel Port) y el ECP (Extended Capabilities Port). Ambos puertos pueden ser operados tanto en el modo SPP como en el modo PS/2 bidireccional, conservando así la compatibilidad. El EPP es usado principalmente para conectar dispositivos tales como unidades de CD-ROM y discos duros. El ECP se usa principalmente para conectar impresoras de alta velocidad. El principal logro de los puertos EPP y ECP es el aumento de velocidad en cada una de sus aplicaciones particulares, pasando de 150 KBps (kilo bytes por segundo) máximo del puerto SPP a un máximo de 2 MBps para el EPP y 5 MBps para el ECP.

Modo SPP

Los circuitos y el conector para el puerto paralelo generalmente se encuentran en una tarjeta de expansión, aunque algunas veces, especialmente en los computadores portátiles, los circuitos se encuentran en el tablero principal. Debido a que los circuitos de este puerto no son complejos, las tarjetas de expansión casi siempre incluyen funciones adicionales. Algunos puertos paralelos se encuentran en tarjetas multifuncionales que incluyen puertos sede y de juegos, mientras que otros se añaden a controladores de discos o adaptadores de display.

Diagrama de pines del Puerto Paralelo
El conector de salida del puerto paralelo es un DB-25 hembra, que tiene 17 líneas de señal y 8 líneas de tierra.

Un computador es mucho más rápido que la mayoría de periféricos y, por lo tanto, le puede transmitir más datos de los que puede recibir. Por esta razón, los circuitos periféricos, como la impresora, usan señales especiales para decirle al computador que detenga momentáneamente el envío de datos hasta que el periférico se encuentre listo para recibirlos. De esta manera el computador tiene la oportunidad de ejecutar otras tareas hasta que el periférico indique, por intermedio de una señal de protocolo, que se encuentra listo para recibir datos.
Las señales más importantes involucradas en la transmisión: STROBE, BUSY y ACKNOWLEDGE (ACK) se pueden traducir como inicio, ocupado y reconocimiento.

1. Cuando el computador tiene datos para enviar por el puerto paralelo, comprueba en primer lugar el estado de la señal BUSY; si está a nivel bajo esto indica que el periférico está listo para recibirlos.
2. El computador envía los 8 bits de datos, acompañados de una señal de confirmación de los mismos llamada STROBE.
3. El periférico responde con una señal de BUSY hasta que termina de aceptar o procesar los datos; así evita que el computador le envíe nuevos datos.
4. Una vez que el periférico ha guardado el byte de datos, envía la señal ACK y desactiva la señal BUSY indicando que está listo para recibir más datos.
5. La Señal ACK es un pulso con funciones similares a BUSY, pero se utiliza para manejar las interrupciones del computador y no debe usarse como señal de BUSY.

Cada grupo de señales debe ser manejado por un registro, entonces el puerto SPP posee 3 registros que corresponden a los 3 grupos de señales:
- Registro de datos.
- Registro de control.
- Registra de estado.

Por lo tanto a cada puerto paralelo SPP se le asignan 3 direcciones de base posibles (una para cada registro): 3BCh, 378h o 278h.

El bit 4 del registro de control permite las interrupciones de hardware del puerto paralelo. Cuando el bit 4 está alto, un flanco de bajada en la entrada de estado ACK (pin 10) genera una interrupción. (Algunos puertos interrumpen con los flancos de subida de ACK). Para usar la interrupción, se debe instalar una rutina de interrupción que responda a las interrupciones asignadas al puerto.
Dos interrupciones de hardware, 5 y 7, generalmente se asocian con los puertos paralelos. Algunas tarjetas permiten seleccionar una interrupción con un puente o una utilidad de setup, mientras que otras vienen programadas para determinada interrupción. Convencionalmente, el LPT1 utiliza la interrupción 7 y el LPT2 la 5; sin embargo, ya que en los computadores tipo XT el disco duro emplea la interrupción 5, esta no la puede utilizar el puerto paralelo.
A pesar de que el software manejado por interrupciones es rápido, la mayoría de los manejadores de puertos paralelos de impresoras no utilizan interrupciones. Esto se debe en parte a un problema en el puerto paralelo original. En estos puertos, la línea que requiere la interrupción no tiene latch. Así que si el pulso es corto, es posible que el computador no lo vea.

Manejo De Los Puertos
VISUAL BASIC:Para trabajar con puertos bajo este lenguaje es necesario el uso de una librería que contenga funciones de
acceso a las direcciones de los puertos. Esta librería es diferente dependiendo del tipo de puerto a trabajar. La librería INPOUT32.DLL contiene las instrucciones necesarias para el manejo de los Puertos Paralelos.

General.Declarations
Declare Function Inp Lib "inpout32.dll" Alias "imp32"
Declare Sub Out Lib "inpout32.dll" Alias "out32"
Las propiedades de la herramienta de comunicaciones son:
Objeto de MS Comm
Name: serial
settings: "9600,n,8,1"
handshaking: 0
commport: 2

Estas son las subrutinas del programa:
Private Sub Form Load()
Serial.inputLen = 5 "Cantidad de bytes a leer"
Serial.PortOpen = true "Abrir Puerto"
EndSub

Private Sub COM1_Clic() "Selección de COM1"
If Serial.PortOpen = true then "Si el COM2 está abierto"
Serial.PortOpen = False "Cerrar COM2"
EndIf
Serial.CommPort= 1 "Seleccionar COM1"
Serial.PortOpen = true "Abrir COM1"
EndSub

Private Sub COM2_CLICK() "Selección de COM2"
If serial.PortOpen=True Then "Si el COM1 está abierto"
Serial.PortOpen = False "Cerrar COM"
EndIf
Serial.CommPort=2 "Seleccionar COM2"
Serial.PortOpen = True "Abrir COM2"
EndSub

Private Sub Enviar_Click() "Enviar datos seriales"
Serial.OutPort = TextoEnviar.Text "Envía el contenido de la caja de texto
TextoaEnviar.Text = <<>> "Limpia la caja de texto"
EndSu

C++: Para el acceso a puertos en C++ se utiliza:
#include <dos.h>
inport(#puerto) para recibir datos
outport(#puerto, dato) para envío de datos

Donde #puerto es la dirección del registro del puerto y dato es el Dato a enviar.
Las redes inalámbricas pueden tener mucho auge en nuestro país debido a la necesidad de movimiento que se requiere en la industria, como ya se dijo es relativamente fácil el crear una red híbrida, porque seguiríamos teniendo las ventajas de la velocidad que nos brinda la parte cableada y expandiríamos las posibilidades con la parte inalámbrica. Además el recurso de las ondas electromagnéticas es ampliamente usado debido a su facilidad de operación y costos, por lo que sin mucho equipo y con un manejo adecuado de conceptos electrónicos es posible llegar a desarrollar completamente este proyecto.

DOCUMENTO IEEE "Redes Híbridas"
Pag 21-26 1992 universidad de Aveiro, Portugal
Rui T. Valadas, Adriano C. Moreira, A.M. de Oliveira Duarte.
DOCUMENTO IEEE "Características de una Radio LAN" pag 14-19
1992 LACE Inc.
Chandos A. Rypinski.
REVISTA PC/TIPS BYTE pag 94-98
articulo: "Redes Inalámbricas"
Abril 1992 Nicolas Baran.
REVISTA PC/MAGAZINE pag 86-97
articulo: "Sin Conexión"
Marzo 1995 Padriac Boyle.
REVISTA ELECTRÓNICA & COMPUTADORES
Nº 26, 41, 43, 47, 54, 58.
Cekit.
Tesis PUERTOS PARALELOS
UPB.
Alejandra Restrepo
Microsoft^® VISUAL C++ 6
PROGRAMACIÓN AVANZADA EN WIN 32
Alfaomega Ra-ma
Fco. Javier Ceballos
INFORMÁTICA BÁSICA Págs. 23-48.
1988, Editorial McGraw-Hill.
Alcalde E.; García M.; Peñuelas S.