VIII Jornada de Ingeniería en Telecomunicaciones UCAB. WSN: Redes Inalámbricas con Sensores

En la VIII Jornada de Ingeniería en Telecomunicaciones la cual fue realizada en la Universidad Católica Andrés Bello (UCAB), se plantearon diversos temas sobre nuevas tendencias tecnológicas y avances en el área de las telecomunicaciones; este evento es realizado en dicha universidad anualmente para contraatacar el constante cambio de las tecnologías de información.

Este año las ponencias realizadas abarcaron una gama de temas muy interesantes, entre estos la WSN: Redes Inalámbricas con Sensores, expuesta por el ingeniero Wilfrido Torres, el cual nos hablo de cómo se encuentran formadas dichas redes, como es su funcionamiento y lo fácil que son de utilizar.

Estas redes están formadas por un grupo de sensores con ciertas capacidades sensitivas y de comunicación inalámbrica.

La comunicación mencionada anteriormente es realizada mediante un conjunto de protocolos de alto nivel para comunicaciones inalámbricas llamado ZigBee, esta tecnología se centra en la sencillez, el bajo consumo y el costo del mercado muy por debajo de otras redes inalámbricas semejantes de la familia WPAN (redes inalámbricas de área personal), como por ejemplo Bluetooth.

Como lo menciono el ingeniero Torres, la miniaturización de ordenadores dio a luz la idea de desarrollar computadoras extremadamente pequeñas y baratas que se comunican de forma inalámbrica. La función principal de estas redes es repartir aleatoriamente los nodos usados, tomando cada sensor a utilizar como un nodo de la red, los nodos observan el territorio elegido hasta que sus recursos energéticos se agoten.

Cabe resaltar que con estos nuevos equipos poseemos la ventaja de su tamaño, su costo, su autonomía y su fácil manejo; para demostrar esto al concluir la ponencia se mostro una red inalámbrica instalada dentro del aula magna, lugar de la exposición, mientras el sensor fue pasado por cada persona del público para observarlo detenidamente.

RFID: Identificación por Radio Frecuencia

A partir de 1945 nace esta tecnología, creada por Leon Theremin como una herramienta de espionaje en la unión soviética, la cual se utilizaba insertándola dentro de un objeto, su función era emitir ondas de radio a un dispositivo central para conocer la ruta de movimiento de dicho objeto.

En el año 2004 esta tecnología evoluciona y empieza a desplazar la etiqueta de los códigos de barra en parte de Europa y EEUU. Ya que se empieza a implementar como un chip la cual se coloca en toda la mercancía de un local. Facilitando así el momento en que el usuario compra y se dirige hacia la caja a pagar.

La etiqueta RFID funciona como un chip la cual identifica el producto y emite constantemente ondas de radio frecuencia para indicar la ubicación del producto dentro del local, eso es gracias a la pequeña antena que posee con un alcance de hasta 100metros. La finalidad de esta tecnología es que el consumidor se olvide de las colas para pagar ya que no necesita que el producto pase directo por el escáner de la caja; si no, que al salir del local esta etiqueta RFID manda una señal al servidor para indicar que ya puede ser cargada a la cuenta del usuario. Para que lograr esto el consumidor debe afiliarse primero al local para así tener un control en la compra.

Esta tecnología se está estudiando para implementarla en la correa de las mascotas, en los vehículos y en otras cosas de uso cotidiano para así saber la ubicación y tener en ella toda la información de la proveniencia.

Aunque es una idea nueva en nuestro país está siendo estudiada por el grupo de Investigación de Telecomunicaciones de la UCAB, esta idea fue expuesta en las Jornadas de Telecomunicaciones UCAB 2010, y se destina unos 5años para implementarlo en Venezuela.

Telemedicina

La telemedicina es un término que ha existido desde años anteriores, sin embargo es ahora cuando se están realizando trabajos e investigaciones con respecto a la misma. No es más que medicina a distancia. A través de la implementación de los recursos informáticos y de las comunicaciones se ha hecho posible acortar distancias y de la misma manera proporcionarle a las personas un servicio inmediato y de menores costos (ya que no es necesario el traslado), al mismo tiempo la educación también se ha visto beneficiada, ya que a través de las redes también se presta este servicio remoto para los estudiantes de la materia.

Esto se ha hecho posible gracias a todos aquellos servicios que nos proporcionan hoy en día las telecomunicaciones como son la transmisión de voz, datos, imágenes y videos de alta resolución.

Los centros que prestan servicios de telemedicina la mayoría de las veces, son centros que presentan carencias de médicos especialistas y se ven en la necesidad de ser asistidos por otros que cuenten con el tiempo que requiere la atención diagnostica y remota de los pacientes. Con la finalidad de que el funcionamiento de los centros de salud más lejanos sea mejor y al mismo tiempo ahorrarle tiempo y dinero al paciente.

En Venezuela se ha puesto en práctica este servicio en las zonas de Maniapure, la cual es una localidad con población indígena y se encuentra a una distancia considerable de la ciudad donde se cuenta con los equipos médicos necesarios para cubrir las necesidades existentes. Es así como fue expuesto en las VIII Jornadas de Telecomunicaciones UCAB 2010.

IPTV

Uno de los temas más nombrados en las VIII jornadas de telecomunicaciones realizadas en la UCAB fue la tecnología IP. Este protocolo de internet está basado en la transmisión de datos a través de una red de paquetes conmutados. Estos datos son enviados en bloques llamados datagramas o paquetes. Uno de los problemas que presenta este protocolo es que no es posible saber a ciencia cierta si el paquete que se está enviando es recibido satisfactoriamente o si llega completo.

Cuando hablamos de esto, es importante mencionar que al no saber de los datos que se transmiten, el paquete no solo puede llegar dañado sino que también pueda llegar doble o en un orden que no le pertenece. Este protocolo no solo se utiliza en envíos de voz sino también en la transmisión de televisión on-line.

La televisión on-line utiliza una transmisión de datos mediante TCP/IP. Por lo cual podemos ver los canales de televisión a través del internet; es decir, para poder ver la programación es necesario estar conectados a la red. Con este servicio de televisión se podrá interactuar con ella, ya que no solo te ofrece ver tus programas, grabarlos, pararlos y retrocederlos sino también la posibilidad de con solo usar el control poder comprar en línea ropa o entradas para algún evento. En la actualidad la empresa ZTE está trabajando para lograr implementar este servicio en Venezuela y ofrecer dicha comodidad al usuario.

HSDPA

La tecnología HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), conocida también como 3.5G, es una evolución de la tecnología de tercera generación (3G), y está destinada a ofrecer un mayor ancho de banda para las comunicaciones de redes móviles o celulares, con el fin de facilitar el uso de contenidos multimedia a través de esta red y dar soporte al sistema de videoconferencias en estos dispositivos, con la mayor privacidad, cobertura y movilidad, así mismo no necesita de la implantación de redes basadas en transmisión física como cables, líneas telefónicas o fibra óptica. Además esta nueva tecnología la ha convertido en una conexión ideal para ordenadores portátiles y sobre todo para la nueva generación NetBooks, la cuales son los ordenadores portátiles de reducido tamaño.

Por otra parte esta nueva tecnología viene soportada por HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request), la cual permite la corrección de errores en la transmisión de los paquetes entre las estaciones bases y los dispositivos móviles. Es decir, que la información se trasmite varias veces en diferentes paquetes, cuando uno de estos paquetes viene con errores el dispositivo los guarda y viene siendo remplansado con el paquete siguiente de la transmisión.

HSDPA se basa en la implementación de un nuevo canal dentro de W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), llamado HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel). Este canal se comparte entre todos los usuarios, ofreciendo altas velocidades de bajada y mejorando el espectro.
Además supone un importante incremento en la velocidad de transmisión de datos, pudiendo llegar hasta los 20 Mbps si se utilizan antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output) la cual es cuatro veces la velocidad superior a las 3G.

En cuanto al soporte en dispositivos, todos los de última generación de gama alta la soportan, siendo pioneras en este sentido marcas como Apple, Blackberry, HTC, LG, Motorola, Nokia, Sony-Ericsson y Samsung.

Caracterización del Canal

Uno de los aspectos importantes que se deben tomar en cuenta además de la asignación de las bandas de frecuencias es la caracterización del canal. Esta área se encarga de determinar la perdida de propagación que existe entre el transmisor y los multipuntos que existen en la zona de cobertura.

Las empresas de comunicaciones mantienen una lucha entre ellas para ofrecer mejor cobertura, pero la idea no es solo cubrir gran parte de las zonas sino que la potencia sea suficiente para que el servicio sea de buena calidad y la llamada no se vea interrumpida o se corte en el transcurso de la misma.

Para los canales de banda ancha se utilizan simuladores que determinan la taza de error que produce el efecto de multitrayecto, esto con el fin de crear una serie de rutas que simulen los diferentes trayectos. Todo esto con la finalidad de no tener dudas sobre la calidad que se le ofrece al usuario y el radio de potencia.

Handover

En la actualidad es incuestionable que más de la mitad de la humanidad posee un teléfono móvil, es decir, más de la mitad del mundo es consumidor de alguna empresa de telecomunicaciones; aunque la cifra de usuarios es tan grande son muy pocos los que conocen el funcionamiento de estos sistemas móviles.

Existen diversos elementos que componen un sistema de telecomunicación y en este caso es necesario señalar la importancia que tienen las estaciones bases, las cuales son instalaciones fijas de radio usadas para establecer la comunicación entre radios móviles o portátiles, como también son usadas para las redes de internet y telefonía fija.

La función principal de estas estaciones es efectuar un enlace con la central de conmutación de telefonía móvil automática la cual encamina las llamadas hacia su destino.

A cada estación base se le asigna una zona o región llamada célula o celda en la cual debe realizar su trabajo; en las ciudades se pueden observar un gran número de estaciones ya que la población es densamente alta, en este caso, las frecuencias son reutilizadas esto debido a que son muy escasas por lo que la transmisión debe ser realizada con poca potencia, esto con el fin de no producir interferencias entre células que utilicen la misma frecuencia.

Por otro lado, en las zonas donde la población habitante es muy baja se encuentran menos estaciones bases colocadas a grandes distancias transmitiendo a una elevada potencia para asegurar la cobertura en una célula extensa, todo lo contrario a las ciudades donde las células son de menor tamaño.
Estas celdas nos proporcionan la cobertura necesaria para poder realizar las llamadas telefónicas.

En relación con lo ya expresado es preciso hacer énfasis en un sistema muy utilizado en las comunicaciones móviles celulares, el cual es llamado Handover, y su objetivo es transferir el servicio de una estación base a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente o por algún motivo en el transcurso de una llamada el usuario se traslada de una zona de cobertura a otra.

Existen dos tipos de handover desde el punto de vista de un usuario, los cuales son el Hard-Handover y el Soft-Handover; en el hard-handover antes del momento del cambio de celda, el móvil se encuentra conectado sólo con la estación base de origen de la cual se desconecta cuando se va a realizar el traspaso de celda, este periodo de tiempo donde el móvil no se encuentra conectado a ninguna estación base se encuentra en el orden de los milisegundos, por lo cual no afecta a la llamada, después de este paso el móvil se conecta a la estación base de destino, en otras palabras, la conexión con la estación base original se corta antes de realizar la conexión con la estación base de destino para este proceso se utiliza un solo canal, lo cual lo difiere del soft-handover en el que el móvil estará conectado en un canal de la estación base de origen y en otro de la estación base de destino, durante el proceso de traspaso de celda, la transmisión se realiza en paralelo por los dos canales, en este caso el sistema se asegura de que exista una conexión con la segunda estación de destino antes de cortar la conexión con la anterior.

Por último es importante mencionar que en GSM utilizan el método Hard-Handover y en los estándares CDMA y WCDMA el Soft-Handover.

Espectro Radioelectrico

El espectro radioeléctrico se refiere al conjunto de bandas de frecuencias que comparten o utilizan los sistemas de comunicaciones (estaciones terrenas, espaciales) para su funcionamiento. Es importante conocer que existen organizaciones encargadas de realizar esta asignación (UIT) y al mismo tiempo mecanismos que regulan la distribución de frecuencias del espectro radioeléctrico, ya sea entre servicios, zonas o estaciones específicas.

La atribución, se refiere a la inclusión de una banda de frecuencia que será utilizado por un sistema de comunicaciones en el cuadro de atribución de bandas de frecuencias, en el cual se señala la aplicación o uso que se le dará a la misma, según lo señala el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT. Las atribuciones pueden ser exclusivas de un solo servicio o compartidas para así aprovechar al máximo el canal si los servicios no se ven afectados unos a otros.

La adjudicación es la inscripción de un canal de frecuencias en un determinado plan por las Conferencias de la UIT, bajo condiciones específicas, en estaciones terrenas o espaciales localizadas en uno o varios países o en un área determinada. Va a depender de las leyes y reglamentos de cada zona geográfica.

Y por ultimo mecanismo se tiene la asignación, la cual es el permiso dado por una administración para la utilización de una banda de frecuencia a operar en una localidad.

Luego de la atribución y adjudicación de las bandas de frecuencias, las autoridades de cada país asignan un rango de frecuencia determinado a cada estación según su ubicación y al mismo tiempo los niveles de potencia para así adquirir la licencia de operación deseada.

Servicios de Radio

En su afán de unir al mundo y de evolucionar cada día un poco más, el hombre se ha encontrado con descomunales descubrimientos, tales como todo lo referente a las telecomunicaciones, desde aquella persona que utilizo por primera vez un telégrafo hasta nuestros días donde no necesitamos estar conectados a un cable para poder comunicarnos con una persona a gran distancia, los avances tecnológicos han sido sorprendentes.

En el caso de las comunicaciones con medios no guiados, es decir, medios que no restringen la transmisión por medio de ningún tipo de cable, sino que propagan libremente las señales a través de ellos, tanto la transmisión como la recepción se llevan a cabo a través de antenas.

Una antena es un dispositivo o sistema conductor capaz de radiar y capturar ondas electromagnéticas. Por lo cual en el momento de transmitir la antena irradia energía electromagnética en el medio, y a la hora de recibir capta las ondas electromagnéticas del medio que la rodea.

En este punto cabe resaltar como la radiocomunicación aportó un increíble adelanto en este tema, está se realiza a través de ondas de radios las cuales no son más que señales moduladas de ondas electromagnéticas que se propagan tanto a través del aire como del espacio; su comportamiento depende de la frecuencia en que se trabaje.

En relación con lo descrito anteriormente, cuando no existe otra alternativa ya que la distancia entre los puntos a comunicarse es muy grande o el terreno impide realizar la comunicación a través de cables o por fibra óptica se recurre a los servicios de radio.

Entre los diferentes servicios de radios existentes tienen prioridad en el uso del espectro los servicios móviles, aeronáuticos, marítimos, terrestres, de radiodifusión y los sistemas punto a punto.

Cabe mencionar que estos servicios utilizan ciertas frecuencias de las bandas HF, VHF, UHF para comunicaciones vía satélite, y con respecto a las comunicaciones.

VoIP sobre móvil

Desde hace 8 años ha venido creciendo una nueva tecnología para ser aplicada en teléfonos móviles, llamada VoIP la cual es una tecnología que se basa en la transmisión de voz sobre protocolo IP, de ahí nace su nombre. En donde la señal de voz que se transmite entre dos terminales móviles, viaja fácilmente a través de internet empleando un protocolo IP.

Gracias a los nuevos avances en teléfonos móviles se ha permitido la evolución de los terminales forjándolos para ser más potentes y así facilitar una conexión a internet a través de redes inalámbricas. Para poder hablar mediante VoIP a través de un móvil, éste debe poseer un procesador que resista suficientemente una conexión inalámbrica a internet. Ya sea por Wi-Fi, HSDPA, WiMAX o EV-DO. La VoIP móvil también utiliza el sistema de telecomunicaciones |GAN que permite al teléfono móvil operar mediante Wifi bajo cobertura y cuando se pasa en un dominio de cobertura de teléfono móvil operar mediante GSM.

Esta tecnología todavía necesita algunos retoques en su funcionamiento, ya que al establecer una conexión en movimiento en una zona en donde el área de cobertura varia, la conexión VoIP móvil puede ocasionar retardos graves en la trasmisión y hasta finalizar la conexión por el efecto Handover. A pesar de esto sigue siendo una tecnología de última generación que presta facilidad económica al hacer llamadas a nivel mundial, ya que para utilizarlo solo se debe disponer de internet la cual es un servicio que tiene un costo fijo.

Radiocomunicaciones Móviles

El ser humano se ha encargado de ir evolucionando día a día las comunicaciones digitales o telecomunicaciones tratando de romper las barreras de comunicaciones a larga distancia, uno de sus aportes más importantes es el servicio de radiocomunicaciones móviles. Esté brinda comunicación instantánea desde cualquier punto en el cual se encuentre el usuario. Para que el papel de las comunicaciones sea posible no solo se cuenta con las estaciones bases y la de control, uno de los equipos más importantes que utiliza este sistema son las repetidoras, ya sean terrestres o satelitales. El objetivo principal de las repetidoras es mantener la comunicación en los celulares y equipos, repitiendo la información que viene desde la base para que llegue al destino final con un nivel de perdida mínimo y en el tiempo deseado.

Cuando se trata de telefonía móvil se deben colocar repetidoras en puntos estratégicos para así cubrir toda el área y encargarse de regenerar la señal para que la pérdida de potencia sea mínima. La comunicación móvil satelital simplifica las conexiones terrestres pero se ve afectada por las pérdidas de potencia. Las repetidoras satelitales se encargan de cubrir una determinada área, por lo cual cuando el usuario no se encuentra a su alcance debido a los movimientos tanto de este como del satélite las ondas transmitidas varían su frecuencia, la llamada recibe distorsión, se cae, o simplemente la transmisión pasa hacia otra fuente que se encargue de continuar la llamada.

En este caso nos referimos al conocido efecto doppler, Christian Doppler propuso este efecto en 1842 el cual explica que cuando existe movimiento entre la distancia de la fuente que produce la información a transmitir y el receptor la frecuencia varía.

Este efecto se manifiesta en distintos casos, tales como: cuando el receptor permanece inmóvil y la distancia constante, la frecuencia de la fuente es la misma recibida por el receptor. Si la distancia entre la fuente y el receptor aumenta, la frecuencia de la onda recibida es menor a la transmitida. En el caso contrario cuando se acercan la forma de onda recibida es mayor, es decir que la frecuencia aumenta.