(conexión en red común). Capacidad de conectar dos o más ordenadores, local o remotamente situados, con el fin de comunicarse o compartir sus recursos.
Principios básicos de las redes de comunicación en vehículos
La rápida evolución de la informática y de la electrónica ha incrementado considerablemente la cantidad de sistemas electrónicos instalados en los vehículos. Como consecuencia, también ha aumentado la complejidad del sistema general.
Las mejoras más importantes ya no se obtienen únicamente mediante el perfeccionamiento de sistemas individuales, sino mediante la interacción entre varios sistemas. Para que la información generada por una unidad pueda utilizarse en otras partes del vehículo, los distintos componentes deben conectarse mediante redes de comunicación.
La elección del sistema de comunicación depende de requisitos como la confiabilidad de la transmisión, la tolerancia a fallas y el costo de implementación.
Topología de red
Una red es un sistema en el que un grupo de elementos puede intercambiar información mediante un medio de transmisión. Los elementos conectados se representan como nodos, mientras que las conexiones entre ellos se representan como líneas.
Los nodos de una red también reciben el nombre de estaciones o participantes. En un vehículo, pueden actuar como nodos las unidades de control del motor, la transmisión, el sistema electrónico de estabilidad, los módulos de puerta y determinados sensores.
El medio por el cual se realiza la comunicación se denomina bus o bus de datos.
La topología de una red describe la forma en que están organizados sus nodos y conexiones. Esta representación indica qué elementos están enlazados, pero no necesariamente muestra la longitud real de los cables ni otros detalles físicos.
Para participar en la comunicación, cada nodo debe estar conectado al menos con otro nodo de la red.
Topologías básicas
- Topología de bus.
- Topología en estrella.
- Topología en anillo.
- Topología en malla.
También pueden construirse topologías híbridas combinando dos o más estructuras básicas.
Topología de bus
La topología de bus, también llamada bus lineal, utiliza un único cable principal al que se conectan todos los nodos mediante ramificaciones cortas.
La información se transmite en forma de mensajes y se distribuye a lo largo de toda la línea. Todos los nodos pueden recibir esos mensajes, aunque únicamente el destinatario correspondiente los procesa.
Una ventaja de esta topología es que permite añadir nuevos participantes con relativa facilidad.
Si falla un nodo individual, los demás pueden continuar comunicándose. Sin embargo, una interrupción del cable principal puede provocar la caída completa de la red.
Topología en estrella
La topología en estrella está formada por un nodo central, también llamado concentrador, repetidor o hub, al que se conectan individualmente los demás nodos.
En una estrella activa, el nodo central contiene una unidad de procesamiento que recibe, procesa y retransmite la información. El rendimiento de la red depende en gran medida de la capacidad de este nodo central.
En una estrella pasiva, el nodo central no procesa la información, sino que únicamente conecta entre sí las diferentes líneas.
Si falla un participante o una de sus líneas de conexión, el resto de la red puede continuar funcionando. No obstante, si falla el nodo central, toda la red queda fuera de servicio.
En sistemas de seguridad automotriz puede utilizarse redundancia física, incorporando varios nodos centrales conectados en paralelo.
Topología en anillo
En la topología en anillo, cada nodo está conectado con dos nodos vecinos, formando un circuito cerrado.
En un anillo simple, la información circula en una sola dirección. Cada estación recibe el mensaje, comprueba si está destinado a ella y, en caso contrario, lo repite y lo transmite a la siguiente estación.
Los datos continúan recorriendo el anillo hasta llegar a su destino o regresar al punto de origen.
Si falla una estación o una conexión en un anillo simple, se interrumpe la transmisión y puede quedar inutilizada toda la red.
En un anillo doble, la información puede circular en ambas direcciones. Esto permite mantener la comunicación cuando se produce una sola falla, aunque varias fallas simultáneas pueden impedir el funcionamiento correcto.
Topología en malla
En una topología en malla, cada nodo está conectado con uno o varios nodos adicionales.
En una red completamente mallada, todos los nodos disponen de una conexión directa con cada uno de los demás participantes.
Si falla una conexión o un nodo, los mensajes pueden transmitirse por rutas alternativas. Por este motivo, la topología en malla presenta una alta estabilidad y una elevada tolerancia a fallas.
Como desventaja, requiere una gran cantidad de conexiones y un mayor costo de instalación y gestión de las comunicaciones.
Las redes de radio constituyen un tipo particular de red mallada, ya que una transmisión puede ser recibida por todas las estaciones que se encuentren dentro del alcance.
Topologías híbridas
Las topologías híbridas se forman mediante la combinación de distintas topologías básicas.
Topología estrella-bus
En una topología estrella-bus, los concentradores de varias redes en estrella se conectan entre sí mediante un bus lineal.
Topología estrella-anillo
En una topología estrella-anillo, los concentradores de varias redes en estrella se conectan a un nodo central y forman un anillo lógico o físico.
Organización de la red
Direccionamiento
Para transmitir mensajes y evaluar correctamente los datos útiles, la información enviada debe acompañarse de datos adicionales de transferencia.
El direccionamiento identifica al destinatario de un mensaje y permite que la información llegue al nodo correcto. Esta identificación puede incluirse explícitamente en el mensaje o definirse mediante valores previamente establecidos.
Método orientado al participante
En el método orientado al participante, el intercambio de información se basa en las direcciones de los nodos.
El mensaje contiene los datos que deben transmitirse y la dirección del nodo destinatario. Todos los receptores comparan esa dirección con la propia, pero únicamente el participante cuya dirección coincide procesa el mensaje.
Este principio se emplea habitualmente en redes convencionales, como Ethernet.
Método orientado al mensaje
En este método no se direcciona directamente al nodo receptor, sino al contenido del mensaje.
Cada mensaje posee un identificador previamente definido. Los nodos receptores deciden, según ese identificador, si deben procesar o ignorar la información.
Un mismo mensaje puede ser recibido y evaluado por varios nodos simultáneamente.
Método orientado a la transmisión
En este método, el mensaje se identifica mediante las características de su transmisión.
Por ejemplo, si un mensaje siempre se transmite dentro de una ventana temporal determinada, puede reconocerse según su posición en el ciclo de comunicación.
Por seguridad, este procedimiento suele combinarse con un direccionamiento orientado al mensaje o al participante.
Métodos de acceso al bus
Para transmitir un mensaje, un nodo debe obtener acceso al bus. Los métodos de acceso se dividen principalmente en predecibles y aleatorios.
Método predecible
En un método predecible, el derecho de acceso se determina mediante características temporales establecidas previamente. Solo un nodo puede transmitir en cada momento.
Este procedimiento evita colisiones y garantiza una transmisión organizada.
Método aleatorio
En el método aleatorio, cualquier nodo puede intentar transmitir cuando detecta que el bus está libre.
Como varios nodos pueden iniciar una transmisión al mismo tiempo, existe el riesgo de colisiones. Estas pueden resolverse repitiendo los mensajes, utilizando sistemas de detección de colisiones, aplicando códigos diferentes o estableciendo prioridades.
Acceso múltiple por división de tiempo
El acceso múltiple por división de tiempo, conocido como TDMA, es un método determinista en el que cada nodo dispone de una ventana temporal asignada para transmitir.
La red requiere una programación temporal fija. Los relojes internos de todas las estaciones deben mantenerse estrictamente sincronizados para respetar con precisión los intervalos de transmisión.
Sistema maestro-esclavo
En una red maestro-esclavo, un nodo actúa como maestro y controla el funcionamiento de los nodos subordinados, denominados esclavos.
El maestro determina la secuencia de comunicación interrogando a cada esclavo. Normalmente, un esclavo solo responde cuando recibe una solicitud del maestro.
En algunos protocolos, un esclavo también puede solicitar comunicación para transmitir información específica.
La principal desventaja de esta arquitectura es que el fallo del nodo maestro puede interrumpir toda la comunicación.
Sistema multimaestro
En una red multimaestro, varios nodos pueden acceder al medio de transmisión de manera independiente, sin la intervención permanente de un nodo central.
Cada participante puede iniciar una transmisión cuando detecta que el bus está libre. Todos los nodos poseen, por lo tanto, una condición equivalente de maestro.
Este método requiere mecanismos de detección y resolución de colisiones. También puede emplearse un sistema de prioridades, en el cual los mensajes más importantes obtienen acceso preferente al bus.
La arquitectura multimaestro mejora la disponibilidad de la red, ya que la falla de un nodo individual no provoca necesariamente la interrupción total de las comunicaciones.
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