1.Prototipo de interfaz
Contents
1. FCs Campo de 32 bits de comprobaci n de redundancia c clica calculada teniendo en cuenta todos los campos excepto el de pre mbulo el sFD y el FCs 4 7 OCTETOS PREAMBLE 1 OCTETO SFD 6 OCTETOS DESTINATION ADDRESS Octetos transmitidos de arriba a abajo 6 OCTETOS SOURCE ADDRESS 2 OCTETOS LENGTH TYPE 46 1500 OCTETOS MACCLIENTDATA A PAD 4 OCTETOS FCS EXTENSION bO o Bits transmitidos de izquierda a derecha bit menos significativo primero Figura 8 Formato de la trama 802 3 Tomado de 4 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 13 A continuaci n se presentan los bloques de vHpL construidos para esta secci n de la Interfaz 3 3 2 Mac 802 3 Transmisor El bloque transmisor cuenta con los siguientes componentes TransmitFrame encargado de transmitir una trama por medio de los otros bloques presentes en el bloque transmisor manejar las primitivas corres pondientes a la transmisi n de una trama con la entidad cliente MAC y finalmente manejar la temporizaci n y las esperas para saber en qu momento se puede empezar a transmitir para lo cual se comunica con otro bloque llamado Defer TransmitDataEncap se encarga de conformar la trama mac que se debe transmitir teniendo la mspu dada por la entidad cliente Mac Por ello debe generar todos los campos de la trama incluyendo el crc Defer aqu se hace la temporizaci n2. Para la comunicaci n de la entidad mac 802 3 s lo se requiere quese cumpla un espacio entre tramas m nimo de 9 6 microsegundos No es necesario realizar todas las funciones de csma cp porque la Interfaz Ethernet WIP s lo se comunica con un transmisor Ethernet a la vez de manera full duplex el computador o el switch porlo tanto no se comparte el medio y no se presentan colisiones De manera similar a la capa mac 802 11 se pueden presentar dos eventos que se reciba una trama proveniente de la entidad Cliente o que se reciba una trama proveniente del medio f sico 12 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 3 3 1 Formato de las tramas La figura 8 muestra el formato de la tramas 802 3 seg n seindica enel est ndar IEEE los campos de la trama son los siguientes PREAMBLE se usa para efectos de sincronizaci n 4 SFD consiste en la secuencia de bits 10101011 e indica el comienzo real de una trama 4 DA especifica la direcci n de la estaci n o estaciones a las que va dirigida la trama 4 sa especifica la direcci n de la estaci n que env o la trama 4 LENGTH TYPE campo de dos bytes que contienen la longitud del campo de datos de cliente mac expresado en bytes o el tipo del cliente mac 4 MAC CLIENT DATA unidad de datos proporcionada por el cliente Mac desde 46 hasta 1 500 bytes 4 PAD bytes a adidos para asegurar que la trama tenga la m nima longitud 4
3. 2000 Comunicaciones y Redes de Computadores 6 ed Madrid Prentice Hall 3 Est ndar rre 802 Standard for Local and Metropolitan Area Networks Overview and Architecture IEEE 2002 4 Est ndar re 802 3 Carrier sense multiple access with collision detection csma cD access method and physical layer specifications IEEE 2000 5 Est ndar IEEE 802 11 Wireless Lan Medium Access Control mac and Physical Layer PHY Specifications IEEE 1999 6 PARDO F BoLUDA J 2000 Vaor Lenguaje para s ntesis y modelado de circuitos Madrid Ra MA 7 Teres Ll et al 1998 Vunt Lenguaje Est ndar de dise o electr nico Madrid McGraw Hill p 35 133 8 Mentor Graphics Co Manual de usuario de Renoir Design Series 9 Xilinx Inc rse Quick Start Tutorial Tutorial b sico sobre ISE 10 Xilinx Inc ise Constraint Guide Manual de usuario para las constantes de s ntesis soportadas en ISE 11 Xilinx Inc Xilinx Synthesis Technology xst User Guide Manual de usuario para la herramienta de s ntesis de presente en ISE 12 Caldera International Inc Framing Type http docsrv sco com 507 en NetConfigG configparamsC framing type html 13 Internet Society RFC1010 Asigned Numbers http www faqs org rfes rfc1010 html 18 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 14 Grass E et al 2001 diciembre IHP cmBH Petri Mahonen University of Oulu On theSingle Chi
4. la red cableada que se comunican con la red inal mbrica para poder redirigir las tramas que se reciben en el medio inal mbrico hacia la red cableada De esta manera se requiere capacidad de almacenamiento temporal adicional para almacenar las direcciones MAC de dichas estaciones de la red cableada Se defini un n mero de 32 estaciones de la red cableada que pretenden acceder a la red inal mbrica en un mismo momento Debido a esto se requiere capacidad en memoria para almacenar 32 direcciones MAC como asociadas en el punto de acceso a la red cableada y tambi n se debe poder almacenar 64 tramas 32 que vienen desde la red cableada hacia la red inal mbrica y 32 en sentido contrario Por todo esto la capacidad de almacenamiento temporal requerida es como m nimo 32 1500 32 1500 32 6 96384 bytes Para que una trama que viene del medio inal mbrico se transmita por el medio cableado o viceversa dicha trama debe llegar completa y ser verificada en la Interfaz para luego comenzar a transmitirla Esto aumenta el tiempo de tr nsito de la trama Por ello se debe tener un modo de procesamiento que no agregue m s retardo al que ya se tiene Y que trabaje de modo concurrente para los diferentes procesos Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 5 Por otro lado se requiere una unidad de procesamiento que desarrolle funciones de temporizaci n que es una las partes m s importantes en las entidades de co
5. lugares del mundo Colombia no es ajenaa dicha tendencia y sinembargo la tradici n del pa ses deimportar tecnolog a y muy poco se hace por desarrollar dispositivos electr nicos de alto nivel En este proyecto se dise y construy un sistema de comunicaci n entre computadores en redes de rea local trabajando en el nivel de enlace de datos dentro del modelo de referencia osr Open Systems Interconnection Iso EC 7498 Se permiti la conexi n entre las redes definidas por los est ndares IEEE 802 3 e IEEE 802 11b En estos est ndares se dan gu as sobre las funciones que debe realizar cada entidad dentro del modelo de comunicaciones y se informa sobre los tipos de trama temporizaciones y algoritmos de comunicaciones que deben soportar los equipos que cumplan con dicho est ndar La manera en que se deben llevar a la pr ctica dichas funciones queda abierta para que cada fabricante las implemente como quiera siempre que cumpla con lo m nimo mostrado en el est ndar En dispositivos de comunicaciones comerciales normalmente los fabrican tes no ponen a disposici n del p blico la manera en que dichos equipos funcionan Tampoco se encuentra mucha informaci n publicada al respecto y en el caso espec fico del funcionamiento de dispositivos que utilizaran la norma 802 11b no hab a informaci n en el momento de iniciar este proyecto Hoy en d a se pueden encontrar referencias a dispositivos on chip para la norma 802 11a como e
6. nimo de recursos externos lo cual permite la viabilidad definitiva de la construcci n de un dispositivo de red inal mbrico para ser usado en redes de rea local Otras opciones para continuar con esta l nea de investigaci n y desarrollo se encuentran en la mejora de la Interfaz de tal manera que se permita la transici n de un Bss a otro y la construcci n de opciones de seguridad Este ltimo punto es muy importante hoy en d a en las redes inal mbricas GLOSARIO ACK acuse Acknowledgment CsMA CAa acceso m ltiple por detecci n de portadora con prevenci n de colisiones Carrier Sense Multiple Access with Colission Avoidance CSMA CD acceso m ltiple por detecci n de portadora con detecci n de colisiones Carrier Sense Multiple Access with Colission Detection crs libre para enviar Clear to Send DA direcci n de destino Destination Address DCF funci n de coordinaci n distribuida Distributed Coordination Function DIFS espacio entre tramas para la funci n de coordinaci n distribuida Distributed Coordination Function Interframe Space FC campo de control de la trama Frame Control FCS campo de secuencia de comprobaci n de la trama Frame Check Sequence FPGA arreglo de compuertas programables por campo Field Programable Gate Array IEEE Instituto de Ingenieros El ctricos y Electr nicos The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc IFS espacio entre
7. paraindicarle al bloque TransmitFrame en qu momento puede ordenar el inicio de la transmisi n de la trama en el medio f sico BitTransmiter es el encargado de enviar los datos de los bytes de la trama en forma serial bit a bit y se los entrega a la entidad f sica por medio de las primitivas 3 3 3 Mac 802 3 Receptor El bloque receptor tiene los siguientes componentes 14 Receiveframe es el encargado de generar las primitivas de indicaci n para informar a la entidad cliente mac sobre el estado de la recepci n una vez que los otros bloques presentes en el receptor indiquen que ha llegado una trama ReceiveDataDecap encargado de extraer la MSDU de la trama recibida luego de haber comprobado que el campo de redundancia c clica est correcto BitReceiver es el encargado de detectar la secuencia de una trama en recepci n proveniente del transceiver Dentro del bloque BitReceiver adicionalmente se toman los bits recibidos y se arman bytes los cuales se van almacenando para finalmente poder entregar la mspu a la entidad Cliente mac en este bloque se indica al bloque ReceiveFrame si la trama es lo suficientemente larga si es demasiado larga o si el n mero de bits recibidos no es m ltiplo de ocho Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 4 PRUEBAS Y RESULTADOS La herramienta de descripci n permite la realizaci n de pruebas de escritorio sobre el dise o que se haya realizado Estas pruebas cons
8. trama RTS y tiene el formato presentado en la figura 5 5 En este caso el Fc indica que se trata de una trama CTS Duration es la duraci n recibida en el RTs menos el tiempo necesario para transmitir el cts Ra es la direcci n que se recibi en el campo TA de la trama RTs 5 Encabezado MAC gt FC Duration RA FCS 2 2 6 4 Octetos Figura 5 Formato de la trama cts Adaptado de 5 e DATOS Con esta trama se transmiten los datos que se quiere enviar hacia la red inal mbrica 5 Para este proyecto dichos datos pueden venir de una estaci n que est en la red cableada o que est en la red inal mbrica El formato de la trama se muestra en la figura 6 Es posible que la trama de datos enviada tenga que pasar a trav s de varias estaciones intermedias antes de alcanzar el destino final Estas estaciones intermedias se direccionan por medio de los campos Address1 y Address2 Address3 corresponde a la direcci n de destino del receptor definitivo de la trama y Address4 corresponde a la direcci n de origen de la primera estaci n que transmiti la trama 5 Para este proyecto Address 1 es igual que Address 3 DA y Address 2 es igual que Address 4 sa El campo Sequence especifica el n mero de secuencia de la trama que se transmite con el fin de evitar el procesado de tramas duplicadas 5 El campo Frame Body contiene los datos que se quiere transmitir 5 Las tramas de datos pueden ser de do
9. tramas Interframe Space ISE software de dise o y construcci n integrado de Xilinx Integrated Software Enviroment 150 Organizaci n Internacional de Est ndares International Standard Organization MAC control de acceso al medio Medium Access Control Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 17 MPDU unidad de datos de protocolo mac mac Protocol Data Unit MSDU unidad de datos de servicio MAC MAC Service Data Unit PDU unidad de datos de protocolo Protocol Data Unit PING comando que env a paquete de datos de nivel 3 utilizado para verificar si una estacion est respondiendo en la red o no PRNG generador de n meros seudo aleatorios Pseudo Random Number Generator RA direcci n de recepci n Receiver Address RF radio frecuencia RTS petici n para enviar datos Request To Send TRAMA BROADCAST trama que va dirigida hacia todas las estaciones presentes en una LAN TRAMA MULTICAST trama que va dirigida hacia m ltiples receptores TRAMA UNICAST trama que va dirigida hacia un nico receptor SA direcci n origen Source Address sirs espacio entre tramas corto Short Interframe Space SFD Delimitador de inicio de trama Start of Frame Delimiter TA direcci n del transmisor Transmitter Address Referencias 1 TANENBAUM A S 1997 Redes de Computadores 3 ed M xico Prentice Hall 2 Srartincs W
10. Prototipo de interfaz de enlace de datos Ethernet Wip Juan Carlos Merlano Duncan Luis Ricardo Orozco Ebratt Mar a Gabriela Calle Torres Resumen El grupo de Investigaci n en Telecomunicaciones y Se ales de la Facultad de Ingenier a Electr nica de la Universidad del Norte comenz la elaboraci n de un proyecto conocido como Wireless IP por medio del cual un computador port til pudiera tener acceso a la red cableada de la Universidad utilizando una comunicaci n inal mbrica teniendo como base el est ndar IEEE 802 11b La parte de hardware del proyecto Wireless IP se dividi en tres m dulos desarrollados por tres grupos de manera independiente Interfaz de Enlace de Datos Ethernet WIP Modem Banda Base y RF y Potencia En este art culo se describe el dise o construcci n y funcionamiento de la Interfaz de Enlace de Datos Ethernet WIP y su interconexi n con los dem s m dulos as como los resultados obtenidos al conectar un computador a una red cableada usando la Interfaz Todas las pruebas se realizaron utilizando cables emulando las funciones de los dem s grupos Palabras claves CSMA CD CSMA CA MPDU MSDU Ethernet Interfaz Ethernet WIP Abstract The Telecommunications and Signals Research Group of the Electronics Engineering Program at Universidad del Norte started a project known as Wireless IP in which a laptop could have access to the wired computer network of the University using a wirel
11. a tabla no realiza ninguna labor adicional pues se entiende que no forma parte de la red cableada y por esto no se requiere enviar la mPDU hacia el puerto 802 3 e Determinaci n del tipo de trama con que se responder si es necesario 3 2 1 Formato de las tramas Las tramas que se muestran a continuaci n junto con las funciones que generan a partir de ellas son creadas y ejecutadas por la entidad mac 802 11 dentro de su funci n de entramado en la de desentramado en la capa MAC 802 11 de destino se realizan los procesos inversos e RTS Trama de control usada para reservar el canal durante el tiempo necesario para transmitir una MSDU tipo unicast La env a la capa mac 802 11 que quiere empezar a transmitir en el medio inal mbrico 5 El formato para esta trama se muestra en la figura 4 Fc indica el tipo de trama que se transmite en este caso un RTS 5 Duration indica el tiempo en microsegundos que se pretende reservar el canal 5 Ra identifica a la estaci n para la cual va dirigido el r ts 5 TA identifica a la estaci n que origina el r ts 5 FCs informaci n para la detecci n de errores Es igual para todas las tramas que se utilizan 5 lt Encabezado MAC gt FC Duration RA TA FCS 2 2 6 6 4 Octetos Figura 4 Formato de la trama RTS Adaptado de 5 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 9 e crs Trama de control que se utiliza para responder a una
12. alquiera de las dos entidades mac presentes en la Interfaz dicho bloque genera la primitiva de solicitud en la otra entidad mac para transmitir la MSDU 3 2 Mac 802 11 Cada vez que la entidad cliente mac le solicite la transmisi n de una msDU el bloque mac 802 11 realizar las siguientes funciones e Entramado 802 11 correspondiente por medio del cual se crea una MPDU 802 11 a partir de la mspu El formato de las tramas utilizadas en este proyecto se muestra en el numeral 3 2 1 e Acceso al medio de transmisi n determinando el momento en que se empezar a transmitir las tramas creadas en el paso anterior usando el m todo csma Ca descrito en el numeral 3 2 2 e Asociaci n esta funci n seencarga de guardar en una tabla la direcci n MAC de origen de la estaci n que inicia la transmisi n 8 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 El otro evento que puede ocurrir es que llegue una trama a trav s del medio inal mbrico En este caso la capa f sica informa a la capa MAC y sta activar la ejecuci n de las siguientes funciones e Los datos recibidos se guardan en memoria En caso de que la MPDU no sea de datos no se realiza desentramado S lo se analizan los campos de la trama para que la unidad de control decida el paso que se debe seguir e Comprobaci n de que la direcci n mac de destino corresponde con alguna de las direcciones MAC asociadas en la tabla Si la direcci n MAC no est ya en l
13. ce de datos Gracias a esto se logr abrir una de las cajas negras con las cuales los ingenieros electr nicos deben trabajar cotidianamente como es el caso de las interfaces de comunicaci n Esto permiti un alto nivel de asimilaci n y de puesta en pr ctica de los conceptos que se obtienen de una manera m s bien abstracta en diferentes asignaturas y en los est ndares de organismos interna cionales En particular el dise o de la Interfaz se hizo de manera tal que el hardware es id ntico bien sea si se va a conectar con un computador osise va a conectar con la red cableada Debido al uso del pcr cada Interfaz es entonces un AP potencial sin necesidad de hacer ning n cambio en el funcionamiento o en el 16 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 hardware lo cual es algo poco usual en las redes inal mbricas de hoy donde el punto de acceso tiene caracter sticas y precio diferentes a las tarjetas de red Se espera con este proyecto sentar las bases para continuar con el desarrollo de dispositivos de comunicaciones de alto nivel tecnol gico en el pa s Esto puede ser posible utilizando dispositivos de l gica programable cuyo costo y herramientas de desarrollo son bastante accesibles hoy en d a o explorando otras tecnolog as Se recomienda para continuar con este proyecto unir la Interfaz con las funciones de la capa f sica inal mbrica en un solo circuito integrado el cual dependa en un m
14. e la red cableada En dicha red se pueden tener en un mismo momento dos se ales comple tamente independientes la se al de transmisi n y la se al de recepci n Por esto es necesario manejar simult neamente dos se ales banda base as ncronas de 10 megabits por segundo 4 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 Adicionalmente la sincronizaci n y la temporizaci n requeridas para el control de acceso y el intercambio de tramas en el medio inal mbrico es completamente independiente de los procesos que se van dando en el resto de la entidad Por ejemplo la Interfaz Ethernet WIP puede recibir una trama de la red inal mbrica en cualquier momento sin importar que en ese mismo momento se est n recibiendo tramas de la red cableada Por esto se tienen que soportar varios procesos de manera simult nea y con capacidad para ir recibiendo los datos en las dos entidades receptoras y guard ndolos en una memoria temporal para luego transmitirlos a una tasa tal que no sature al receptor Como m nimo para hacer posible la comunicaci n entre dos estaciones se requiere poder almacenar dos mSDU que pueden ser de m ximo 1 500 bytes para un total de 3 000 bytes La capacidad de almacenamiento necesaria aumenta si se incrementa el n mero de estaciones ya que se requiere almace nar las tramas que van llegando al tiempo provenientes de todas ellas Por otro lado es necesario tener un registro de las estaciones de
15. ess communication link based in IEEE standard 802 11b The hardware part of the Wireless IP project was divided in three modules developed by three groups in an independent way Ethernet WIP Data Link Interfa ce Baseband Modem and RE and Power Fecha de recepci n 13 de abril de 2004 Fecha de aceptaci n 30 de noviembre de 2004 Estudiante de Ingenier a Electr nica Universidad del Norte Barranquilla Colombia juankOservi web com Estudiante de Ingenier a Electr nica Universidad del Norte Barranquilla Colombia luisorozcoO servi web com Ingeniera Electr nica Universidad Pontificia Bolivariana Medell n Colombia Especialista en Redes de Computadores Universidad del Norte Barranquilla Colombia Docente y Directora del Programa de Ingenier a Electr nica Universidad del Norte mcalleWuninorte edu co Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 1 This article describes the design operation and implementation of the Ethernet WIP Interface and its interconnection with the other modules The results of connecting a computer to a wired network through the Interface are also given All tests were done using wired connections emulating functions performed by the rest of the groups Key words CSMA CD CSMA CA MPDU MSDU Ethernet Ethernet wr Interface 1 INTRODUCCI N Con el avance de las comunicaciones las redes inal mbricas de computadores son cosa cotidiana en muchos
16. faz y el computador 6 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 La Interfaz Ethernet WIP se comporta como dos tipos de entidades al mismo tiempo hacia el pc se comporta como una entidad 802 3 y hacia el otro lado como una entidad 802 11 Las dos interfaces de la figura 2 se comunican v a inal mbrica como dos entidades pares 802 11 y usan un medio f sico especificado por el est ndar como se muestra con el valo formado por l neas punteadas correspondiente a los proyectos complementarios En la figura 3 se muestran los componentes de la Interfaz Ethernet WIP La Interfaz Ethernet WIP contiene las dos entidades de control de acceso al medio las cuales se comunican por medio de una entidad cliente MAC a trav s de la cual se intercambian las mspu usando las primitivas de servicio correspondientes CLIENTE MAC Y CONTROL DE FLUJO 802 3 802 11 Primitivas de servicio Primitivas de servicio MAC 802 3 MAC 802 11 MAC 802 3 MAC 802 11 PHY 802 3 Figura 3 Diagrama de Bloques Interfaz Ethernet WIP Primitivas MAC PHY 802 11 Ambas entidades mac se comunican con su respectiva entidad f sica usando las primitivas de servicio dadas por los respectivos est ndares intercambiando MPDU Los bloques mostrados en la figura 3 fueron implementados utilizando VHDL sobre una FPGA Spartan IE XC25100E de Xilinx de cien mil compuertas l gicas Para cargar la configuraci n de dicho dispositivo cada vez
17. istieron en la generaci n de una trama de 64 bytes la cual fue recibida inicialmente por la entidad 802 3 y almacenada en una memoria que tambi n se describi en la prueba de escritorio Seguidamente la trama fue transmitida por la entidad 802 11 en el formato correspondiente De esta manera se verificaron el env o de las tramas de control el intercam bio de datos y la ejecuci n del algoritmo csma ca Adicionalmente la generaci n de la redundancia para la detecci n de errores fue simulada inicialmente en MATLAB con el fin de comparar estos resultados con los obtenidos en la simulaci n y de corroborar el desempe o del hardware Luego se comenz a enviar tramas de prueba entre dos computadores y se conect una Interfaz Ethernet wir ala tarjeta de red de cada computador Las conexiones Ethernet se hicieron con cables cruzados La conexi n de la parte inal mbrica se realiz por medio de cables emulando el comportamiento de los otros dos proyectos Utilizando un analizador de estados l gicos se pudo verificar el comporta miento de las se ales que se transmit an incluyendo el proceso de retroceso exponencial binario de la entidad mac 802 11 Por ltimo se realizaron pruebas reales de funcionamiento las cuales se resumen en las tablas 1 y 2 La velocidad de conexi n corresponde a la entidad MAC 802 3 Tabla 1 Pruebas para conexi n de dos computadores Aplicaci n Conexi n Errores Transmisi n y rece
18. l a pirs Si es as la estaci n puede transmitir inmediatamente El receptor despu s derecibirla trama sila trama es del tipo de DATOS unicast debe enviar una trama de acuse ack independientemente del estado del medio despu s de esperar sirs 5 Siel medio est ocupado la estaci n aplaza la transmisi n toma un n mero entero positivo aleatorio dentro de un rango inicial dado por un esquema de retroceso exponencial binario PRNG lo carga en el contador de retroceso y contin a supervisando el medio hasta que finalice la transmisi n en curso 5 Una vez que esto ha ocurrido la estaci n espera otro DIFs luego espera otro tiempo conocido como un tiempo de ranura aSlotTime y disminuye en uno el contador de retroceso y as en cada tiempo de ranura si el medio permane ci libre hasta que dicho contador llega a cero y el medio a n sigue libre la estaci n empieza a transmitir la trama 5 Si el medio se ocup durante la espera la estaci n detiene el contador de retroceso y mantiene su valor para que luego de que el medio se desocupe nuevamente espere DIFs y siga disminuyendo el contador hasta el momento en que llegue a cero y pueda transmitir la trama 5 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 1 Todas estas funciones se llevan a cabo por medio de bloques de vHpL los cuales est n comunicados por diferentes se ales Con base en los estados de dichas se ales se decide la siguiente ta
19. l presentado en 14 o descripciones muy generales para el nivel mac de dispositivos basados en la norma 802 11b como el Prism3 de Conexant mostrado en 15 pero el detalle de un dispositivo de este tipo no est documentado en fuentes f cilmente accesibles para el p blico 2 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 Este proyecto permiti materializar en un prototipo hardware las principa les partes de los est ndares mencionados utilizando dispositivos y tecnolo g as accesibles para estudiantes de pregrado de Ingenier a Electr nica Con esto se dio un paso hacia adelante enla comprensi n y utilizaci n de est ndares mundiales para la construcci n de dispositivos de comunicaciones en Colom bia 2 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA En la figura 1 se muestra el esquema general del proyecto Wireless IP La interfaz Ethernet WIP es igual para los dos extremos de la comunicaci n por un lado se conecta con un puerto 802 3 bien sea en el computador port til o en un switch y por el otro con la capa f sica de la red inal mbrica mostrada en la figura como el bloque Comunicaci n RE y que comprende el trabajo realizado por otros dos grupos dentro del proyecto Wireless IP Interfaz a ET Interfaz Switch E Ethernet Comuriracign luli ql Ethernet hacia red e WIP WIP cableada Figura 1 Esquema general de la red Wireless IP Es necesario en
20. ntes reas de cobertura Sin embargo se mantuvieron totalmente los formatos de trama dados por el est ndar Una vez que se inicie la transmisi n inal mbrica de las tramas la Interfaz debe verificar la validez de las mismas procesar las v lidas y descartar las no v lidas y las duplicadas distinguir entre diferentes tipos de tramas y por ltimo informar a la entidad correspondiente el estado de las tramas que se reciban que sean de su inter s La Interfaz debe garantizar el intercambio de informaci n de manera inal mbrica a una tasa de 1 Mbps la cual est limitada por la entidad de transmisi n f sica El dispositivo debe estar en la capacidad de tolerar y controlar el flujo de datos a diferentes tasas por parte de las dos entidades MAC presentes en el dispositivo 802 11 y 802 3 y almacenar las msbu en una memoria temporal para su posterior transmisi n 2 1 REQUERIMIENTOS DE DISE O PARA EL HARDWARE Es importante resaltar que los requerimientos de tama o y potencia no eran objetivos directos dentro del proyecto Sin embargo se tuvo en cuenta que la Interfaz debe ser dise ada para que en un futuro sea utilizada en equipos port tiles y finalmente m viles Por esto los dise os se orientaron hacia un bajo consumo de potencia y con el menor volumen y peso posibles La m s alta frecuencia de reloj del sistema debe permitir la mayor velocidad de comunicaci n que se debe soportar es decir los 10 megabits por segundo d
21. ntrol de acceso al medio Se debe generar diferentes temporizadores entre ellos los siguientes Tiempos del espacio entre tramas del controlador de acceso al medio IEEE 802 3 InterFrameGap Tiempos de los espacios entre tramas IEEE 802 11 El tiempo de espera aleatorio dado por el procedimiento de retroceso exponencial 3 DESCRIPCI N DEL DISE O El diagrama de la figura 2 presenta un esquema m s detallado de la red del proyecto macro Wireless IP PE 3 Interfaz Ethernet Interfaz Ethernet 2 WIP WIP A O AA O TTATaRTR EAS FFE i i PHY 802 3 Moud m BB Moden BR i PHY 802 3 o A 802 11 PHY Se cenana RF y RF y J potencia O potencia Sees a dl Red o alambrada Figura 2 Esquema detallado de la red Wireless IP En la figura se muestra el computador que pretende obtener los recursos de la red Lan de la Universidad dentro de este computador se observa una caja compuesta por tres segmentos uno encima del otro numerados del 1 hasta el 3 los cuales corresponden respectivamente a los niveles f sico de enlace de datos y de red de acuerdo con el modelo osI La capa 2 dibujada en el computador se comunica con la Interfaz desarro llada en este proyecto usando el protocolo IEEE 802 3 como entidades pares En la figura 2 el rect ngulo de l neas punteadas simboliza el medio f sico entre la Inter
22. p Implementation of a Hiperlan 2 and Irre 802 11 a Capable Modem Teee Personal Communnications 15 ConexantSystemsInc Cat logo del producto Prism3 http www conexant com products entry jsp id 884 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 19
23. pci n de tramas espec ficas 10 Mbps 0 generadas por software Ping 10 Mbps 0 Transferencia de archivos 10 Mbps N A Correr aplicaci n en el otro PC 10 Mbps N A Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 15 Tabla 2 Pruebas para conexi n de un computador con la Red de la Universidad del Norte Aplicaci n Conexi n ala Errores Red de Uninorte Visualizaci n de grupos de trabajo 10 Mbps 0 Ping 10 Mbps 0 Navegaci n en Internet 10 Mbps 0 Transferencia de archivos desde Internet lt 20 Mbytes 10 Mbps N A Transferencia de archivos desde Internet gt 100 Mbytes 10 Mbps N A La Interfaz permiti realizar todas las pruebas Para las dos ltimas pruebas de cada tabla no se cuenta con datos espec ficos de la cantidad de errores Sin embargo los archivos fueron transferidos y consultados desde el computador que los solicit sin ning n problema y sin importar su tama o Es importante resaltar que lo que se pretend a con el dise o y construcci n de la Interfaz era simplemente la comunicaci n en la red No se buscaba optimizar velocidades de transferencia ni disminuir retardos Por esto los resultados obtenidos se consideran altamente satisfactorios CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Con este proyecto se demostr que en Colombia es posible construir un dispositivo que permita la comunicaci n entre una red inal mbrica y una red cableada a nivel de enla
24. que se enciende se utiliza un circuito integrado configurador PrROMxc18V01 de Xilinx Se utiliz tambi n una memoria Ram est tica as ncrona Cypress CY7C1019CV con capacidad de 131072 bytes para almacenar las mspu recibidas Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 7 La herramienta de s ntesis y descripci n utilizada en este proyecto fue ISE y la herramienta de simulaci n fue ModelSim XE El bloque PHY 802 3 permite la comunicaci n f sica y se realiz por medio del integrado Intel LxT905 el cual es un transceptor Ethernet 10BAsE T Dicho integrado genera la se al Manchester pasando por un transformador magn tico spara colocarse en el par diferencial de transmisi n por medio de un conector RJ45 A continuaci n se explicar cada uno de los bloques mostrados en la figura 3 3 1 CLIENTE MAC Esta entidad realiza el control necesario sobre los recursos de almacenamiento de datos en la Interfaz y da a ambas entidades mac los par metros requeridos para la construcci n de las primitivas de servicio El cliente Mac no examina los datos s lo los conmuta entre los bloques mac El control de flujo sobre estos datos se hace habilitando las recepciones en las entidades MAC si la memoria est llena se deshabilita la correspondiente recepci n Cuando el bloque cliente mac recibe la indicaci n correspondiente a la correcta recepci n de una MSDU por medio de las primitivas de servicio MAC de cu
25. rea que se va a ejecutar Los bloques construidos para la parte 802 11 son los siguientes DCF encargado de la ejecuci n del algoritmo csmA ca para determinar cu ndo es posible realizar una transmisi n UNIDAD DE CONTROL se encarga de controlar la transmisi n y recepci n de tramas es decir controlar el env o y recepci n de RTS CTS DATOS O ACK TRANSMISOR se encarga de manejar las primitivas de transmisi n con la capa f sica y de realizar el entramado 802 11 RECEPTOR examina las primitivas de recepci n provenientes de la capa f sica y se encarga del desentramado CRC se encarga de crear el FCs para las tramas transmitidas y de revisar el FCs de las tramas recibidas TABLA es una memoria interna en la cual se almacenan las direcciones MAC de las estaciones que inician una transmisi n MUX se encarga de permitir el acceso de los bloques TRANSMISOR O RECEPTOR al CRC y a la TABLA NAV seencarga guardaren un contador la duraci n delas tramas queno van dirigidas hacia la entidad mac 802 11 DIVISOR se encarga de generar un reloj de 500 Kilohertz para el intercambio de primitivas con la capa f sica TIME OUT INTERVAL genera una espera para determinar si se recibieron las tramas de respuesta adecuadas 3 3 Mac 802 3 Esta entidad se divide en dos bloques los cuales trabajan independientemente el bloque transmisor y el bloque receptor De esta manera se permite la comunicaci n full duplex
26. s tipos multicast o unicast Si la trama que se transmite es una trama multicast el campo Duration contendr s lo ceros y no se espera acuse para la misma En el caso contrario el campo Duration contendr la duraci n que garantice que la estaci n receptora de la trama responder con el respectivo acuse 5 4 Encabezado MAC FC Duration Address Address Address Sequence Address Frame Body FCS 1 2 3 4 2 6 6 6 2 6 0 2312 4 Octetos Figura 6 Formato de la trama datos Adaptado de 5 10 Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 e ack Trama de control que se utiliza para confirmar la correcta recepci n de una trama de DATOS El formato de la trama de acx se presenta en la figura 7 5 Para este proyecto las tramas de acuse siempre tienen duraci n cero Encabezado MAC gt FC Duration RA FCS 2 2 6 4 Octetos Figura 7 Formato de la trama ACK Adaptado de 5 3 2 2 CSMA CA El m todo de acceso al medio fundamental Dcr dado por el est ndar 802 11 es conocido como csMa CA En esta t cnica se incluye un conjunto de retardos que equivale a un esquema de prioridades Estos retardos se denominan IFs espacio entre tramas 5 El proceso es el siguiente Una estaci n que quiere transmitir una trama verifica el medio Si ste est libre la estaci n espera a ver si el medio permanece libre durante un tiempo igua
27. tonces tener acceso al medio f sico de ambas redes por lo cual se deben realizar las funciones de control de acceso a estos dos medios e intercambiar las unidades de datos de cliente mac entre las entidades respec tivas La comunicaci n f sica que se debe usar en la parte cableada de la Interfaz debe ser compatible con la red cableada existente la cual es de tipo IEEE 802 3 en tasas de 10 o 100 megabits por segundo Se utiliza el esquema 10BASE T en el cual se realiza una comunicaci n serial banda base con codificaci n Manchester a 10 megabits por segundo sobre dos pares de cobre trenzados de m ximo 100 metros de longitud La capa Mac en la red cableada utiliza un sistema conocido com nmente como Ethernet II el cual no restringe su nivel de Control de Enlace L gico al est ndar IEEE 802 2 En el caso de que este est ndar no sea implementado la capa de enlace de datos deja las funciones de control de flujo a las capas de Ingenier a amp Desarrollo Universidad del Norte 16 1 19 2004 3 transporte y red De todas maneras se deben respetar los formatos de trama dados por el est ndar 802 3 Como base para realizar el protocolo de acceso al medio de transmisi n inal mbrico se tiene el est ndar IEEE 802 11 Debido a la complejidad del est ndar s lo se implementaron aquellos servicios que garantizaran el inter cambio de los datos que se quieren enviar No se desarrollaron funciones como encripci n ni movilidad entre difere
Download Pdf Manuals
Related Search