Sistemas de comunicación inalámbrica para robots

Sistemas de comunicación inalámbrica para robots

Características propias del medio inalámbrico.

Las redes inalámbricas locales en muchas ocasiones son planteadas como una red de computadores sin hilos sin más consideración y esto es sin duda un grave error puesto que las características del medio físico, al ser un medio no guiado, presenta unas notables diferencias con otros medios existentes. A pesar de que la teoría nos dice que las diferentes capas de la arquitectura TCP/IP son independientes, en realidad utilizar el aire como medio de transmisión afecta a muchos aspectos de las capas superiores haciendo obligatoria la reflexión sobre las ventajas e inconvenientes de este medio.

A continuación, mencionaremos las características que hay que tener presentes al trabajar con este medio:

• Es un medio no controlado en el sentido de que, al ser no guiado, el acceso al medio es mucho más difícil de controlar.
• El rango de cobertura real es muy difícil de conocer.
• No se puede limitar voluntariamente la cobertura. No es posible limitar la cobertura a la zona deseada puesto que las “zonas de sombra” o de “exceso de cobertura” no se pueden controlar al 100%
• No es estable. Cambios atmosféricos, del entorno, de aparejos electrónicos, etc. nos modifican dinámicamente la cobertura.
• Las WLAN son más lentas. En general se entiende una WLAN como una extensión de la LAN existente. La velocidad entre estas dos topologías puede ser muy diferente.
• Las WLAN requieren configuración. Debido a muchos de los puntos mencionados, y sobre todo por motivos de seguridad las redes inalámbricas requieren una configuración y gestión más cuidadosa que las LAN.

Alternativas de infraestructura

Una vez fijados los objetivos a cumplir, debemos conocer cuál será la mejor forma de alcanzar estos objetivos, en el mercado actual existen diferentes estándares de tecnologías inalámbricas que definen los primeros niveles de la arquitectura TCP/IP (nivel físico y de acceso a la red en la mayoría de los casos). A continuación, describiremos muy brevemente algunas de estas tecnologías para seleccionar la más adecuada.

Bluetooth es una tecnología diseñada para permitir conectividad inalámbrica entre terminales digitales a corta distancia. A diferencia de otros estándares, Bluetooth incluye dos capas; la capa de enlace y la de aplicación para los desarrolladores de productos que soporten datos, voz y aplicaciones de contenido centralizado. Los dispositivos que soportan esta tecnología no requieren licencia y trabajan en el espectro de 2,4GHz. Estos dispositivos usan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Destacamos entre sus características las siguientes:

• Es capaz de establecer y mantener más de 6 conexiones simultáneas.
• Cada dispositivo tiene una dirección única de 48 bits basada en el estándar 802.11.
• Las conexiones son uno a uno con un rango máximo de 10 metros, aunque mediante el uso de repetidores se puede lograr un alcance de aproximadamente 100 metros con algo de distorsión.
• El ancho de banda que se alcanza entre dispositivos es 1 Mbps

802.11a utilizando la banda de frecuencia de 5GHz se diseñó para la conexión de las distintas WLAN. Este estándar se basa en OFDM2 y utiliza 8 ó 4 canales. Esta norma es incompatible con el resto de las tecnologías. Podemos destacar las siguientes características:

• Velocidad de 55Mbps con caídas a 48Mbps, 36Mbps, 24Mbps, 18Mbps, 12Mbps, 8Mbps y 6Mbps dependientes de la distancia.
• Rango aproximado de 7,6 metros en interiores hasta 50 metros en exteriores dependiendo de las interferencias.
• Debido a la frecuencia de trabajo (5GHz), la atenuación es muy elevada, y por tanto se hace necesario transmitir a más potencia y además es necesario un mayor número de células para cubrir la misma distancia.
• El mercado actual dispone de un “reducido” número de productos que cumplen este estándar.

• 11b es el estándar más extendido y barato (entre 802.11a, 802.11b y 802.11g), funciona a una frecuencia de 2,4GHz y puesto que esta banda está más colapsada las interferencias son mayores y utiliza 3 canales. Utiliza una tecnología de DSSS3 y CSMA-CA (Collision Avoidance). Destacamos las siguientes características:
  • Velocidad de 11Mbps con caídas a 5,5Mbps, 2Mbps y 1Mbps.
  • Certificado Wi-Fi (Wireless Fidelity).
  • Es el estándar más conocido y soportado por los fabricantes por tanto es el más accesible.
  • Rango de cobertura:
    • En interiores: 30 metros a 11Mbps – 90 metros a 1Mbps
    • En exteriores: 120 metros a 11Mbps –460 metros a 1Mbps

• 802.11g nace por una necesidad de compatibilidad con 802.11b, por tanto, trabaja a la misma frecuencia (2,4GHz). Mejora el ancho de banda hasta un máximo de 54 Mbps, aunque el precio de los dispositivos sigue siendo mayor al de los dispositivos 802.11b y la compatibilidad con 802.11b limita esta velocidad máxima de 54Mbps ya que si trabajan bajo la misma red dispositivos de los dos estándares se reduce el ancho de banda para todos a 11Mbps. Podemos destacar lo siguiente: 
  • Ancho de banda de hasta 54Mbps.
  • Compatible con 802.11b.
  • Precio y accesibilidad peores que 802.11b
  • Rango de cobertura entre 30 metros y 56 metros aproximadamente.

Conclusiones

Por lo tanto, tenemos que tomar la decisión sobre la tecnología a utilizar teniendo en cuenta los objetivos y necesidades de nuestro proyecto. Dentro de algunas características podríamos destacar algunas características, como se muestra a continuación:

• El hecho de que 802.11b sea el estándar más extendido y barato es muy beneficioso, además de que la industria nos obliga a buscar las soluciones más comunes en el mercado.
• Si entre los objetivos a cumplir se encuentra la intención de cubrir la mayor superficie exterior posible, esta característica nos obliga a abandonar Bluetooth y optar por las conexiones WLAN.
• Una de las principales limitaciones de la robótica es el consumo, y por tanto quedará descartada la opción de 802.11a, entre otras cosas, por el consumo que supone.