12 mayo 2011

Diseño de redes de telecomunicaciones para aplicaciones críticas



El avance en las tecnologías de comunicaciones ha supuesto la irrupción de muchas opciones que permiten integrar en los procesos una gran variedad de sistemas de transmisión de datos. Pero la elección de la plataforma más conveniente en cada caso no es una cuestión sencilla. Vamos a hablar en este artículo del diseño de redes de telecomunicaciones integradas en aplicaciones especiales como las que se requieren en los ambientes industriales o en los sistemas de distribución de energía. Nos referimos en particular al diseño de redes de comunicaciones en ambientes o situaciones donde vamos a requerir prestaciones adicionales a las que necesitamos en las redes de comunicaciones comerciales convencionales.


En particular nos interesa el desarrollo de pequeñas redes de comunicaciones privadas para aplicaciones especiales algo totalmente factible dado el abaratamiento que excepcionales tecnologías inteligentes han experimentado en los últimos años. Hay que indicar también que aparte del bajo coste de las pequeñas redes hay ya un soporte bastante bueno de los desarrolladores de estas tecnologías y mucho código escrito que permite desplegar redes para aplicaciones comunes. Desde que comenzamos con TODOPRODUCTIVIDAD hemos asistido al despliegue y simplificación de muchos desarrollos tecnológicos y ahora es posible trabajar fácilmente con muchas e interesantes tecnologías.

Un repaso a las tecnologías de comunicaciones y sus aplicaciones


Las tecnologías de comunicaciones se clasifican en dos grandes familias, las tecnologías cableadas y las más recientes tecnologías inalámbricas que tanto se han desarrollado en los últimos años.

Tecnologías cableadas

·         Fibra

·         DSL/ADSL

·         Dial-up

·         BPL

·         Ripple/DLC

Tecnologías inalámbricas

·         Satélite

·         Microondas

·         Radio de espectro licenciado

·         Celular 2G y 3G

·         Celular 4G

·         Mesh (Wi-Fi) (Multiradio)

Los debates actuales


Uno de los debates planteados en las nuevas aplicaciones de comunicaciones es la arquitectura a implementar. Saber si un nuevo desarrollo elige las plataformas de Microsoft, Apple, Google, Cisco…todas ellas pugnando entre sí. Algunos sistemas como Apple, tienen sistemas muy cerrados, aplicaciones de propietario a las que el mercado es reticente ante el desarrollo del software libre. El sistema de Microsoft es mucho más abierto, pero los achaques del revolucionario sistema de los noventa es más propenso a problemas. El debate sobre los sistemas de propietarios, cerrados pero efectivos; frente a los sistemas abiertos, mucho más flexibles pero menos controlables, está en pleno apogeo.

Los organismos de normalización, tales como IEEE (Institute of Electronics and Electrical Engineers), son ya poco efectivos en un mundo ultracompetitivo como el de las comunicaciones. ¡No podemos esperar diez años para el desarrollo e implemntación de una norma unificada!

La seguridad de las comunicaciones


El nivel de seguridad que cada una de las aplicaciones requiere es también un tema candente actualmente. En la industria en particular más que la seguridad nos interesa la fiabilidad, pues nos enfrentamos a condiciones ambientales físico-químicas que pueden ser bastante nocivas. No obstante, sí que hay que mencionar iniciativas como los módulos criptográficos FIPS 140-2.

Las nuevas tecnologías


Las tecnologías continúan desarrollándose y cambiando. Google´s Power Meter technology y radio-frequency mesh networks son un ejemplo. Google está promoviendo un acceso a un medidor en tiempo real, pero si la información se envía en tiempo real no hay suficiente ancho de banda en las actuales mesh networks para soportar esta actividad.

Mesh networks, son en gran medida tecnologías de propietario proporcionadas por nuevas compañías.

Multiple Networks


Las plataformas de comunicaciones presentan también grandes opciones para soportar tecnologías inteligentes o smart. En los proyectos de distribución de energía se usan múltiples tecnologías para prestar servicio en amplios territorios: Banda ancha, mesh wireless, fibra, microondas, banda estrecha, alta potencia o tecnologías de alta penetración. El último desafío son las redes subterráneas para el centro de las ciudades. En estas áreas, tecnologías tales como ZigBee o power line carrier son opciones.

Aspectos clave de la tecnología wireless


Múltiples tecnologías inalámbricas han irrumpido con fuerza en la pasada década, aprender a dominarlas es una cuestión importante en múltiples campos de la técnica actual. Examinemos algunos de sus aspectos clave:

·         Disponibilidad: Las redes públicas pueden tener un alto grado de disponibilidad de red, pero los servicios que proporcionan son compartidos con el mercado de clientes por lo que el rendimiento de la re puede degradarse dramáticamente en congestión de redes.

·         Supervivencia: Las redes públicas son más sensibles a fallos y a tener problemas mientras que el uso de redes inalámbricas privadas son más fáciles de restaurar.

·         Cobertura: Las redes públicas son optimizadas para dar cobertura al mayor número de consumidores posibles. En áreas donde no son económicamente viables hay problemas de cobertura.

·         Latencia: Algunas aplicaciones de las comunicaciones son misiones críticas, y requieren muy baja latencia (tiempo que los datos tardan en transmitirse a través de la red). Comparadas con las tecnologías wireless privadas que alcanzan latencias en el rango 10-100 mseg, las tecnologías celulares actuales ampliamente desplegadas hoy en día ofrecen latencias en el rango de 100-1000 mseg.

·         Seguridad: En las redes tanto públicas como privadas existen buenas capacidades de seguridad y protección. Pero en aplicaciones más especializadas se requieren aspectos adicionales de seguridad que aseguren la integridad del sistema y la disponibilidad en condiciones adversas tales como ataques externos, disrupción y cargas pico.

·         Control: Un beneficio de una red privada es la capacidad para diseñar e implementar una red que cumpla las necesidades de fiabilidad y seguridad necesarias en misiones críticas. Las redes públicas están diseñadas para objetivos comerciales y no están pensadas para satisfacer objetivos exigentes.

Las aplicaciones más exigentes pueden requerir una arquitectura flexible que es un híbrido de tecnologías que soporten aplicaciones inteligentes. El desarrollo de las redes celulares ha recibido cientos de miles de millones de dólares en inversiones, y ello permite aprovechar sus capacidades de banda ancha para soportar muchas aplicaciones inteligentes. Pero para las aplicaciones especializadas el concepto de arquitectura híbrida de sistemas de telecomunicaciones es probablemente la clave.  Por analogía con los sistemas híbridos de generación distribuida de los que tanto hablamos en este blog, encontramos que para las redes de comunicaciones para aplicaciones especializadas con las que trabajamos en el segmento industrial y energético las arquitecturas híbridas pueden ser la solución.

Las redes privadas de comunicaciones

El despliegue de plataformas privadas de comunicaciones que complementen a las redes comerciales es algo que está al alcance de muchos clientes que necesitan prestaciones adicionales a las que pueden obtenerse de las redes convencionales, y especialmente en el campo inalámbrico podremos resolver muchas aplicaciones en el ámbito de la mejora de la productividad empresarial. No hay una solución única para resolver todos los problemas pero si pueden resolverse mediante las capacidades de integración ente las distintas plataformas de comunicaciones.

Para el espectro de comunicaciones con las que trabajamos en las redes privadas para aplicaciones especializadas una de las preocupaciones principales que debemos valorar en el diseño son las derivadas del ruido y las interferencias. No existen tecnologías que puedan desplegarse universalmente sino que la más conveniente depende de la planificación del uso que vayamos a dar a la red.

Tecnologías cableadas e inalámbricas

Otra de las dudas que se plantean en el diseño de redes de comunicaciones es la decisión de usar una red cableada o inalámbrica. Las aplicaciones en fibra son populares ya que proporcionan banda ancha de forma fiable. En Norteamérica están actualmente centrados en synchronous optical networking (SONET) e internacionalmente se usa synchronous digital hierarchy (SDH). Otras aproximaciones comunes incluyen entre las más comunes digital subscriber line (DSL), broadband over power line (BPL), power line carrier/distribution line carrier (PLC/DLC) y dial-up telephone services.

Respecto a las comunicaciones inalámbricas indicar que realmente es una tecnología que realmente tiene más de 60 años. Sus comienzos podemos encontrarlos con las aplicaciones de telemetría de radio desarrolladas en los años 40. Pero las opciones inalámbricas de hoy incluyen microwave, licensed radio y satellite entre las convencionales. Más recientemente, y fuera del espectro sometido a licencias encontramos celular and mesh networks.

Protocolos de comunicaciones

Algunos de los métodos disponibles en comunicaciones son los siguientes:

·         PLC/DLC. Se trata de un método de banda estrecha destinado a la comunicación con dispositivos remotos tales como medidores y útiles para otras aplicaciones como el control de carga.

·         Cellular. Cellular-based technology. Estas tecnologías se basan en mesh o point-to-multipoint. Es popular por ejemplo para el uso en infraestructuras de medición avanzadas.

·         Satellite. La adquisición de datos vía satélite juega un enorme papel en la industria del gas o del petróleo, así como en el transporte marítimo. Puede usarse GPS u otros segmentos para adquirir información de sitios remotos.

·         Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX). Éste es uno de los protocolos de comunicación más recientes y proporciona acceso a internet desde dispositivos fijos o móviles. Los desarrolladores actuales de WiMAX permiten velocidades que se aproximan a 40 MB/seg. La nueva IEEE 802.16 proporciona 1 Gb/seg.

·         900-MHz Multiple Address System (MAS), licensed radio. La mayoría de los fabricantes de unidades terminales remotas de SCADA (supervisory control and data acquisition) y otros dispositivos electrónicos inteligentes proporcionan compatibilidad para 900.MHz MAS.

Bibliografía:

·         Communications system design. Transmission & Distribution. April 2011

·         Smart Grid Communications. Transmission & Distribution. April 2011

Palabras clave: Underground networks
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