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Redes PAN

Espinosa Guaita David Alejandro Pavón Vallejos Wilson David

Escuela Politécnica del Ejército, Sangolquí - Ecuador

Abstract.- This work has been written with the intention to give the reader a little idea about what a PAN Network is. Yet, a short background has been also included, so in the end every person could have a clear idea of this work issue. By the extensive answering of four simple questions, this reader will know definitions, standards existing today, technical data, and services provided by companies established in our environment.

Figura 1 Redes PAN

1. Antecedentes En la actualidad, nada es más importante que estar comunicado. La información determina el avance de las sociedades, y el desconocimiento de determinada información de índole económica, cultural o tecnológica dejará a la larga a esa hipotética sociedad rezagada en el constante flujo unidireccional del avance del mundo hacia el futuro. Sin embargo, ésa es una consecuencia final de una larga cadena de causa y efecto, de la cual no nos interesa más que sus conceptos más simples. Para empezar, la comunicación mediante medios informáticos no sería posible sin la existencia de un concepto básico: una red computacional.

Pero, ¿Qué es una red de computadoras? Una red de este tipo consiste en un conjunto de equipos informáticos conectados entre sí por medio de dispositivos físicos (conductores de algún tipo, o aire) que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier

otro medio para transportar datos, compartiendo información y recursos

[1,2].

Por supuesto, existen varias clases de redes de acuerdo a la tecnología que usan las mismas, al sentido del flujo de la información, al área de cobertura… La clasificación es bastante extensa, pero la que interesa en este punto, y como consecuencia obvia del p1719224311a sección, es la clasificación según el área de cobertura. Existen redes LAN (Large Área Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Área Network), Internet, etc. Cada una de estas clasificaciones cubre un area cada vez más extensiva, desde las decenas de metros y cubriéndose en el último de los casos, la totalidad de la superficie del globo terráqueo. No obstante, existen redes mucho más pequeñas, que sin necesidad de complejas estructuras, cumplen el cometido de transmitir datos entre varios usuarios. Éste es precisamente el caso de las redes PAN, y éste constituirá el punto de parttida para el desarrollo del presente trabajo.

2. Redes PAN

2.1. ¿Qué son Redes PAN?

La red PAN (siglas en inglés de Personal Area Network, Red de Área Personal) es una red computacional que se usa de forma general para la comunicación entre dispositivos inalámbricos del computador, haciéndose posible la comunicación de éstas últimas con otros dispositivos, a saber: celulares, PDAs, consolas de videojuegos, entre otros

[3] (Figura 1).

Al hacer mención de la palabra Personal, no se puede evitar pensar en un entorno muy reducido (Figura 2). Y de hecho, esto es así. El radio usual de cobertura de este tipo de rede se extiende de forma genérica a un radio de acción de unos pocos metros, 10 como máximo.

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Figura 2. Concepto básico de una red PAN

Figura 3. Área de cobertura de las redes PAN.

Tamaño comparativo con el resto de tecnologías inalámbricas

De manera genérica, la arquitectura PAN es una red para un persona, entre personas, y entre persona y el mundo exterior. Se convierte por tanto, en una arquitectura pura de capas para el usuario, adoptando una forma semejante a la mostrada en la Figura 3.

Figura 4. Arquitectura de las redes PAN

La conectividad es habilitada por la incorporación de diferentes funcionalidades de la red dentro de diferentes dispositivos. Para la

comunicación directa de dos personas (entre PANs) la funcionalidad de puenteo debería ser incorporado dentro de cada PAN. Para la comunicación a través de una red externa, la PAN debería implementar funcionalidades de enrutamiento. La estandarización de topologías y arquitecturas son todavía publicaciones abiertas (siguen desarrollándose) dentro de PAN. Desde el punto de vista del usuario PAN debería ofrecer una conectividad Plug and Play. Existe un concepto moderno, denominado “paradigma PAN”

[4], por el cual, la tendencia de

este tipo de redes será en el futuro, de reconocer automáticamente cualquier dispositivo que use alguna tecnología inalámbrica, y anexar su dirección, poner a disposición del resto de dispositivos pertenecientes a la red alguna funcionalidad interesante del “dispositivo recién llegado” verificando antes compatibilidades, y por supuesto, convertirlo en un elemento más de la red, conservando la privacidad de los documentos del dueño del mentado dispositivo, así como otorgándole enteros permisos para hacer similares acciones para con el resto de dispositivos pertenecientes a la red PAN (Figura 4).

Figura 5. Paradigma PAN

En la actualidad, las redes PAN usan básicamente como medio físico al aire, esto a través de tecnologías clásicas en comunicación a cortas distancias: Wireless y Bluetooth. El Wireless ha aventajado al Bluetooth por su versatilidad a la hora de implementar redes LAN en el momento que se lo desee, pero el Bluetooth no se ha quedados rezagado, puesto que la mayoría de dispositivos portátiles (celulares, PDAs), usan este medio todavía para la transmisión rápida, y de acuerdo a la operadora o institución que proporciona el servicio, gratuita,

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de información. Pero existen otros medios más, menos populares por supuesto, que se detallarán en las siguientes páginas.

Y en cuanto a implementación de redes LAN, en base a redes PAN, los conceptos son todavía algo difusos. En cuanto a implementaciones de tipo inalámbrico (lo más común) de las redes PAN y LAN (WPAN y WLAN), se podría incluso afirmar, que son tecnologías complementarias. La tecnología inalámbrica WPAN es de corto-alance, en relación a la tecnología WLAN. Sin embargo WLAN y WPAN tienen situaciones complementarias: WPAN enfatiza el bajo costo y el bajo consumo de potencia, usualmente permite una rápida transmisión y un máximo flujo de datos. WLAN enfatiza sobre una gran cantidad de datos y un amplio rango de cobertura que representa un gasto en los costos y el consumo de potencia. Este concepto es mostrado en la Figura 5.

Figura 6. Complemento redes LAN - PAN

Pero el concepto de redes PAN parece no terminar allí. Este concepto tarde o temprano también conecta a quien lo investigue a la historia del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). En 1995, Tom Zimmerman

[5] mencionaba que el concepto de

redes PAN no sólo se limitaba a la visualización de equipos que se reconozcan mutuamente. Esta visión también incluía al reconocimiento de seres humanos como tal, convirtiéndolos en parte activa de dicha red, no solo como operarios, sino como “dispositivos” constituyentes de la misma. Se preveía, por ejemplo, acciones tales como telemonitoreo, el cual podía ser usado con aplicaciones médicas, para evitar movimientos bruscos del paciente, o en entidades públicas, donde conocer la ubicación exacta de una

determinada persona se hace necesario (prisiones o dependencias federales).

Pero la pregunta surge por su propio peso: ¿Cómo conectar a un ser humano con un dispositivo electrónico? En un principio, la respuesta fue intuida por el propio Zimmerman: “[…] Para el efecto, se puede usar el campo capacitivo propio de la piel […]”. Y de hecho, ésta idea ha sido tomada como posta, por IDENT Technology

[6], una compañía norteamericana que

realiza I+D en cuanto a la creación de soluciones inalámbricas. Los primeros pasos en la investigación en el área ya han sido dados, tras la creación de un teclado que reconoce movimientos del los dedos (GestureKeypad), transformando la electricidad estática temporal en impulsos magnéticos, los cuales, son localizados en una matriz tridimensional, y dependiendo de su ubicación, emulan un teclado (Figura 4). O el control remoto (GestureRemote), que basándose en un mismo principio, localiza los movimientos del pulgar, para traducirlos en acciones para un televisor (Figura 5).

Y las ambiciones de este nuevo concepto en cuanto a redes PAN es más ambiciosa. En el futuro, se planea que existan prendas de vestir las cuales amplifiquen de alguna forma el campo estático del cuerpo, lo concentren para evitar interferencias con otros dispositivos electrónicos, y envíen la información de la presencia de alguien a una central, todo realizado a través de dispositivos análogos a los anteriores mencionados.

Figura 7. Gesture Remote (Cortesía de IDENT

Technology)

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Figura 8. Gesture Keypad (Cortesía de IDENT

Technology)

Las limitaciones de las redes PAN parecen no tener límite. En el mismo contexto de crear direcciones para cada nuevo dispositivo que accede a esta red, el número de direcciones a las que deberían crecer las existentes hoy en día en Internet, es astronómica. Esto, debido al concepto implícito de clasificación de las redes por el área de cobertura: varias redes pequeñas conforman una red más extensa. Pero la solución viene de la mano de otras tecnologías tales como TCP IPv6, la cual aumentará de manera exponencial el número de direcciones IP existentes en la red. El futuro por tanto, augura la interconexión total entre dispositivos inalámbricos, y el ser humano en sí, se transformará en otro dispositivo más.

Pero el número de dispositivos que se interconecten no es el único limitante entre ingenieros, técnicos y diseñadores alrededor del mundo. La velocidad también es un factor muy importante. La red PAN de banda ancha [B-PAN] es un futuro desarrollo de PAN hacia nuevas técnicas de ancho de banda con capacidad de banda ancha para comunicaciones inalámbricas. Esto soportará aplicaciones sobre los 400 Mbps y probablemente operará sobre las bandas de frecuencia de 5 o 60 GHz

[7]. B-PAN usará

nuevas tecnologías como UWB, voz sobre B-PAN, y modulación adaptable para soportar un QoS adaptable. La Investigación en nuevas interfaces de radio para B-PAN es una área de investigación abierta. UWB son las siglas en inglés de Ultra Wide Band, Banda Ultra Ancha, y a breves rasgos, hace referencia a cualquier tecnología con un ancho de banda de 500MHz. El espectro de frecuencias del UWB va desde los 3.1 GHz hasta

los 10.6 GHz. Estos datos los hacen especialmente útiles en la implementación de redes PAN

[8].

Como cierre de esta sección, cobra también cierta importancia el conocimiento de las aplicaciones que actualmente tienen las redes PAN. Algunas han sido ya citadas, pero una recapitulación de las mismas no está por demás.

Servicios personales.- Telemonitoreo médico, control de aplicaciones y servicios en hogares pequeños.

Servicios de negocios.- Impresión y transmisión de archivos, desde un dispositivo celular a una impresora o un computador.

Servicios de entretenimiento.- Tales como nuevos controles para consolas de videojuegos.

Como se puede ver, para resumir en una frase el futuro que le espera a las redes PAN, se podría decir que estas redes son la llave de la tecnología para futuros escenarios de comunicaciones heterogéneas.

2.2 Tecnología que usan las redes PAN

Las Redes Inalámbricas de Área Personal permiten comunicar e intercambiar información entre ordenadores, PDA, impresoras, teléfonos móviles y otros dispositivos dentro de un área limitada, normalmente unos pocos metros. Las tecnologías PAN más utilizadas son las conexiones por infrarrojos y los módulos de Bluetooth por radio frecuencia, que funcionan en frecuencias de 2,4 GHz sin licencia.

Figura 8 Red PAN implementada

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2.2.1 Tecnología Bluetooth

Una tecnología de red inalámbrica de corto alcance, que se utiliza para conectar dispositivos entre sí sin una conexión por cable, los dispositivos Bluetooth no necesitan una línea de visualización directa para comunicarse.

Figura 9 Símbolo Universal Bluetooth

El objetivo de Bluetooth es transmitir voz o datos entre equipos con circuitos de radio de bajo costo, a través de un rango aproximado de entre diez y cien metros, utilizando poca energía.

La tecnología Bluetooth originalmente fue desarrollada por Ericsson en 1994. En febrero de 1998, se formó un grupo llamado Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) con más de 200 compañías, dentro de las cuales se encontraban Agere, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba. Su objetivo era desarrollar las especificaciones para Bluetooth 1.0, que se publicaron en julio de 1999.

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Figura 10 Bluetooth

Bluetooth puede transmitir velocidades de aproximadamente 1 Mbps, que corresponde a 1600 saltos por segundo en modo full dúplex, con un alcance de aproximadamente diez metros.

2.2.1.1 Normas Bluetooth

El estándar Bluetooth se divide en múltiples normas:

o IEEE 802.15.1 define Bluetooth 1.x, que puede alcanzar velocidades de 1 Mbps;

o IEEE 802.15.2 recomienda prácticas para utilizar la banda de frecuencia de 2.4 GHz (la frecuencia también utilizada por WiFi). Sin embargo, este estándar todavía no se ha aprobado;

o IEEE 802.15.3 es un estándar que actualmente se está desarrollando, que ofrecerá velocidad de banda ancha (20 Mbps) con Bluetooth;

o IEEE 802.15.4 es un estándar que actualmente se está desarrollando para el uso con aplicaciones Bluetooth de baja velocidad.

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Figura 11 Gráfico moderno Bluetooth

2.2.2 Tecnología Infrarrojo

2.2.2.1 Estándar de comunicaciones por

infrarrojos IrDA

El conjunto de especificaciones que actualmente constituyen el estándar internacional para el desarrollo de sistemas de comunicaciones a través de rayos infrarrojos adopta el mismo nombre de la asociación que los produce: IrDA, del ingles "Infrared Data Association, IrDA", la cuál está patrocinada por más de 160 industrias y fue establecida en 1993 con el objetivo de crear las especificaciones y estándares para los equipos y protocolos empleados en este tipo de enlaces.

Los estándares de IrDA definen comunicaciones bidireccionales punto a punto empleando un haz de luz infrarroja que requiere línea de vista, un ángulo no mayor de 30 grados y una distancia que no excede un metro para obtener tasas de transmisión de datos entre 9.6Kbps y 16Mbps dependiendo del entorno. No obstante, es oportuno aclarar que estos estándares están divididos en dos segmentos diferentes para satisfacer las necesidades del mercado:

IrDA-Data: Empleado básicamente para transferencias bidireccionales de información en

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forma inalámbrica y con altas tasas de transmisión entre dispositivos portátiles.

IrDA-Control: fue establecido para cursar comunicaciones de control entre dispositivos periféricos como teclados, ratones, joysticks o controles remotos. La distancia máxima se amplía hasta garantizar un mínimo de 5 metros con tasas de transmisión alrededor de 75Kbps.

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2.2.3 Dispositivos de redes PAN

Puede conectarse a los siguientes tipos de dispositivos Bluetooth habilitados que funcionan con PAN: un dispositivo de usuario de red de área personal (PANU, Personal Area Network User), un dispositivo de red ad hoc de grupo (GN) o un dispositivo de punto de acceso de red (NAP, Network Access Point).

A continuación se proporciona más información

sobre cada uno de ellos:

o Dispositivos PANU. La conexión a un dispositivo PANU Bluetooth habilitado crea una red ad hoc que incluye su equipo y el dispositivo.

o Dispositivos GN. La conexión a un dispositivo GN Bluetooth habilitado crea una red ad hoc que incluye el equipo, el dispositivo GN y los dispositivos PANU conectados al mismo dispositivo GN.

o Dispositivos NAP. La conexión a un dispositivo NAP Bluetooth habilitado permite conectar el equipo con una red mayor, como una red local, una red corporativa o Internet.

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3. ¿Existen redes PAN implementadas en

nuestro país? ¿Qué proveedores, y cuáles son los servicios que ofertan éstas?

A pesar del desarrollo alcanzado por otros países en cuanto a las redes PAN, con la tendencia a la estandarización de estas redes para facilitar su implementación, y de hecho, como un futuro prometedor en cuanto a convertirse en un tipo recurrente de red a corto plazo, se pudo constatar que este tipo de redes, todavía son eclipsadas por las redes LAN en nuestro país. Y las causas no son muy difíciles de explicar:

Las redes LAN tienen rangos de cobertura que incluyen desde luego a las redes PAN.

Los equipos que clásicamente se importan desde el extranjero entonces son de tipo LAN (CNT por ejemplo, proporciona su servicio de Internet a través de este medio).

Los dispositivos Bluetooth todavía son destinados para servicios de transmisión – recepción unidireccional de datos.

Las operadoras celulares (en el caso de nuestro país, Movistar por ejemplo), pueden controlar el flujo de información mediante Bluetooth. Esto provoca que la compañía proveedora de servicios, al verse perjudicada económicamente con una red experimental, simplemente suspenda el seudo-servicio de Bluetooth. (Sí, en Ecuador de hecho es un servicio (!)). Esto lo harían no por la falta de interés en que sus clientes usen los recursos de un equipo para generar conectividad, sino más bien porque tendrían un bajo control de facturación con respecto a los mismos.

Las empresas grandes (operadoras celulares incluso) por tanto, por uno u otro motivo, parecen tener ojos solamente para las redes WLAN. No obstante, tras una búsqueda minuciosa entre pequeños proveedores de soluciones en redes informáticas, se puede encontrar centros que proporcionan los mencionados servicios. A pesar de ello, las soluciones que prestan son bastante simples, desde el punto de vista técnico, pero cumplen con el concepto de una red PAN. Y por ser simples, las soluciones que prestan son bastante parecidas unas con otras, por lo que se cita sólo una al azar.

Así por ejemplo, se consultó en la empresa “Soluciones Computacionales”

[13] (Figura 8),

específicamente al Ing. Roberto Mosquera, a quien se le plantearon varias preguntas puntuales, que como se constatará, son prácticamente la definición de una red PAN.

Figura 12. Logo de la empresa consultada para el

diseño de una red PAN “Soluciones computacionales” (Quito, Ecuador)

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¿Se puede establecer una red de área personal, que permita crear conectividad entre computadores, celulares, que permita tener acceso a internet a través de l@s mism@s, y que sea implementado en un edificio de 2 pisos? “En efecto, sí es posible realizarlo”

¿Entre cuántos equipos podríamos conectar nuestra red?

“Dependiendo el uso, me refiero a si van a navegar en internet, esto limita la red tanto de internet como la de PAN y, de cuantas personas entren a la red al mismo tiempo, puede abarcar varios equipos, como usted me menciona que solo es para transmitir datos, imprimir en equipos bluetooth, su proyecto es totalmente factible, va a trabajar sin problemas”.

¿Podemos intercambiar la información que

deseemos, en cualquier lugar del área propuesta? “Usted puede transmitir todo tipo de datos, esto también depende de los equipos móviles que posean en su área de trabajo (personal), ya que algunos datos necesitan office y pdf instalado en el celular o PDA. En cuanto al área, una vez estudiada, determinaremos que equipos necesitamos y cuantos, pero en definitiva es posible”.

¿En qué tiempo se podría concluir con el trabajo? “El tiempo de implementación seria de 5 horas máximo, nosotros primero estudiaremos el área de trabajo y determinaremos qué equipos necesitamos”.

¿A qué velocidad funcionaría la red? La velocidad va en un rango de 10 Kbps a 10 Mbps, esto depende de la estructura del edificio o área de trabajo.

En cuanto a precios, se indicó que es necesario conocer el área exacta del lugar en el que será implementada para emitir un criterio definitivo.

Todas las cuestiones realizadas indican que sí es factible realizar una red PAN, siempre y cuando las especificaciones hayan sido acordadas de antemano.

3.1. ¿Cuáles son las velocidades máximas que soportan estas redes?

Las velocidades dependen directamente de la tecnología utilizada. Sea ya de forma práctica, o de forma experimental, las redes PAN han sido contruidas merced al uso de alguna de las siguientes tecnologías:

IrDA Home RF (radio frecuencia en el hogar) Bluetooth Wireless

A continuación se muestra la Tabla 1 con las tecnologías existentes, así como los picos alcanzados para cada una, así como los promedios de velocidad

[14,15].

Tecnología Velocidad promedio

Velocidad Pico

IrDA 9,6Kbps – 115Kbps

4Mbps

Home RF 0.8Mbps –

5Mbps 10Mbps

Bluetooth (v1.1)

10Mbps – 100Mbps

460Mbps

Wireless 80-100Mbps 300Mbps

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4. Sobre los autores.

David Alejandro Espinosa Guaita nació en Quito, Ecuador, el 14 de enero de 1989. Realizó sus estudios secundarios en el Instituto Tecnológico Superior Central Técnico. Al momento se halla cursando el séptimo nivel de Ingeniería Electrónica

en Automatización y Control, en la Escuela Politécnica del Ejército. Wilson David Pavón Vallejos nació en

Quito, Ecuador, el 07 de Octubre del 1989. Obtuvo el bachillerato en el Colegio Militar Abdón Calderón de Bachiller Técnico en Informática. Estudia actualmente

Electrónica, Automatización y

Control séptimo nivel en la Escuela Politécnica del Ejército. Entre sus campos de interés están la inteligencia Artificial y la Automatización Industrial y su efecto en la sociedad de consumo.

5. Referencias Bibliográficas (En orden de cita en el presente trabajo)

1http://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_computa

doras

2http://redesdedatosinfo.galeon.com/enlaces2

128636.html

3http://enciclopedia.us.es/index.php/Red_de_

%C3%A1rea_personal

4http://es.wikipedia.org/wiki/WPAN#El_paradig

ma_PAN

5 Zimmerman, T. "Personal Area Networks

(PAN): Near-Field Intra Body Communication" M.S.thesis, MIT Media Laboratory, cambridge, Massachussets, 1995.

6 http://www.skinplex.net/

7 Karanguz, J. "High - rate Wireless Personal

Area Networks", IEEE Comm. Magazine, Dic. 2001, pp96-102.

8 http://es.wikipedia.org/wiki/Ultrawideband

9 Sin Autor. “Tecnología Bluetooth”. Página:

http://es.kioskea.net/contents/bluetooth/bluetooth-intro.php3 . Fecha de Consulta: 12 de abril del 2011. Hora: 16:08

10 Sin Autor. “Tecnología Bluetooth”.

Página: http://es.kioskea.net/contents/bluetooth/bluetooth-intro.php3 . Fecha de Consulta: 12 de abril del 2011. Hora: 16:08

11 TAPIA, Carlos. “Estándar de Comunicaciones

irda”.Página:http://www.monografias.com/trabajos24/estandar-comunicaciones-irda/estandarcom unicaciones-irda.shtml . Fecha de Consulta: 12 de abril del 2011. Hora: 15:30

12 Sin Autor. “Redes PAN MIcrosoft”.

Página: http://windows.microsoft.com/es-XL/windows-vista/What-is-a-Bluetooth-personal-area-network-PAN. Fecha de Consulta: 9 de abril del 2011. Hora: 15:30

13

“Soluciones Computacionales”. Gerente General: Ing. Roberto Mosquera. Sitio web: http://solucionescompu.es.tl. Quito – Ecuador.

14

http://es.wikipedia.org/wiki/Infrared_Data_Association

15

http://www.blogytecnologia.com/tecnologia/13201/bluetooth/protocolotransmision