Tema 8. El desenvolupament del transport, les comunicacions, el tractament i la transmissió d'informació

1. Índex

  1. Introducció
  2. Transport, comunicació i informació com a xarxes
  3. Evolució del transport terrestre
  4. Transport marítim i aeri
  5. Logística, intermodalitat i impactes
  6. De l'escriptura al telègraf
  7. Telèfon, ràdio, televisió i satèl·lits
  8. Codificació i tractament de la informació
  9. Computadors i microelectrònica
  10. Xarxes de dades, Internet i Web
  11. Transmissió: senyals, canals i protocols
  12. Convergència digital i sistemes actuals
  13. Seguretat, drets i sostenibilitat
  14. Aplicació didàctica
  15. Conclusió
  16. Esquema de repàs
  17. Autoavaluació i errors habituals
  18. Bibliografia

2. Introducció

Transportar persones i mercaderies i transmetre informació redueix la fricció de la distància. Carreteres, vaixells, ferrocarrils, cables, ràdio, satèl·lits i xarxes digitals han ampliat mercats, administració, ciència i relacions socials. També han reorganitzat territori, consum d'energia, poder i vulnerabilitats.

Transport i comunicació evolucionen com a sistemes. Una locomotora sense via, senyalització i horari no forma un ferrocarril; un telèfon sense xarxa i numeració és un objecte poc conversador. La utilitat depèn d'infraestructures, estàndards, nodes, manteniment i operadors.

El tema recorre els desenvolupaments principals i explica els principis de tractament i transmissió d'informació. La cronologia serveix per entendre canvis de velocitat, capacitat, cost, abast i control.

3. Transport, comunicació i informació com a xarxes

Una xarxa conté:

Indicadors de transport:

En mercaderies s'utilitzen tona-km; en passatgers, passatger-km. Aquests indicadors combinen quantitat i distància, però no descriuen per si sols qualitat ni necessitat del viatge.

En comunicació importen amplada de banda, latència, taxa d'error, disponibilitat, cobertura, interoperabilitat, privacitat i cost.

4. Evolució del transport terrestre

4.1. Tracció humana i animal

Camins, trineus, rodes, carros i animals de tir van ampliar càrrega i distància. La roda funciona dins d'un sistema que inclou eix, coixinet, camí i manteniment. Canals i vies pavimentades van reduir resistència i connectar territoris.

4.2. Carreteres i diligències

Enginyers dels segles XVIII i XIX van millorar drenatge, ferm i geometria. Les xarxes postals van combinar vies, relleus, horaris i estacions. L'estat va tenir un paper central en estàndards i finançament.

4.3. Ferrocarril

La màquina de vapor, la siderúrgia i els rails van permetre transportar grans masses amb baixa resistència de rodolament. El ferrocarril va exigir:

Va integrar mercats, accelerar urbanització i estandarditzar el temps. Diferents amples de via mostren dependència de trajectòria: una decisió d'infraestructura pot durar generacions.

L'electrificació aporta motors eficients, frenada regenerativa i absència d'emissions locals, però necessita xarxa de subministrament. El dièsel ofereix autonomia, amb emissions i dependència de combustible.

4.4. Automòbil i carretera

El motor de combustió, el petroli refinat, la producció massiva i la carretera moderna van estendre automòbils i camions. Van aportar flexibilitat porta a porta i van transformar indústria i mobilitat. També van generar congestió, accidents, contaminació, soroll, ocupació de sòl i dispersió urbana.

La seguretat va millorar amb cinturons, estructures, frens, pneumàtics, control electrònic, normativa i disseny viari. El vehicle no és l'únic responsable: velocitat, via, conducta, manteniment i resposta d'emergència formen el sistema.

4.5. Mobilitat elèctrica i automatitzada

Els motors elèctrics tenen alt rendiment i permeten regeneració. Bateries, infraestructura de càrrega, xarxa, programari i reciclatge condicionen el desplegament. L'automatització pot assistir o executar tasques, però necessita percepció, decisió, actuació, mapes, validació i responsabilitat clara.

Electrificar un embús redueix emissions locals, però continua sent un embús. La mobilitat sostenible combina proximitat, caminar, bicicleta, transport col·lectiu, ferrocarril i vehicles adequats.

5. Transport marítim i aeri

5.1. Navegació marítima

Vela, rem, brúixola, cartografia i cronòmetre van ampliar navegació. El vapor va reduir dependència del vent. Casc d'acer, hèlix, motor dièsel, radar i posicionament van augmentar capacitat i regularitat.

La contenidorització va normalitzar la unitat de càrrega. Grua, port, vaixell, tren i camió poden manipular el mateix contenidor, reduint temps, danys i cost. L'èxit prové de l'estàndard i la xarxa, no només de la caixa metàl·lica.

Impactes: emissions, vessaments, soroll submarí, espècies invasores en aigües de llast i infraestructures portuàries.

5.2. Aviació

La sustentació aerodinàmica, motors lleugers, estructures i control van fer possible el vol motoritzat. El desenvolupament va passar de fusta i tela a alumini, turbines de gas, materials compostos i control digital.

El motor de reacció accelera un flux cap enrere i genera empenta. L'aviació connecta grans distàncies amb velocitat, però té consum i emissions elevats per passatger en molts trajectes i efectes climàtics no limitats al CO₂.

La seguretat depèn de disseny redundant, manteniment, formació, control de trànsit, meteorologia, investigació d'accidents i cultura organitzativa.

6. Logística, intermodalitat i impactes

La logística planifica fluxos de materials i informació des de proveïdor fins a usuari i retorn. Inclou inventari, magatzem, ruta, terminal, embalatge i traçabilitat.

6.1. Intermodalitat

Combina modes aprofitant-ne avantatges. El ferrocarril o vaixell cobreix el tram llarg i el camió l'última milla. Requereix terminals eficients, unitats compatibles, horaris i informació compartida.

6.2. Cost generalitzat

La decisió no depèn només del preu. Inclou temps, fiabilitat, risc, comoditat i transbordaments. Una línia ràpida però poc freqüent pot oferir pitjor servei que una de més lenta i regular.

6.3. Externalitats

Mesures: planificació compacta, preus i normes, eficiència, canvi modal, electrificació, combustibles sostenibles en usos difícils, logística urbana i reducció de demanda evitable.

7. De l'escriptura al telègraf

7.1. Registre material

Escriptura, numeració i suports van separar informació de memòria i presència. Paper i impremta van reduir cost de còpia. Correus i xarxes de missatgers van organitzar transmissió física.

7.2. Senyals òptics

Focs, banderes i telegrafia òptica transmetien missatges codificats a distància visual. La velocitat superava el missatger, però depenia de línia de visió, clima i estacions.

7.3. Telègraf elèctric

Electricitat i electromagnetisme van permetre enviar senyals per cable. El missatge es codificava en una seqüència discreta. El 1844, Samuel Morse va transmetre «What hath God wrought» entre Washington i Baltimore, fita documentada pel Smithsonian.

Els cables submarins van connectar continents. La necessitat d'interoperabilitat va portar vint estats europeus a reunir-se a París el 1865 i crear la Unió Telegràfica Internacional, antecedent de la ITU.

El telègraf va separar transport d'informació i transport de persones. Va transformar premsa, ferrocarril, mercats i diplomàcia.

8. Telèfon, ràdio, televisió i satèl·lits

8.1. Telèfon

Converteix so en senyal elèctric i el reconstrueix al receptor. Les primeres xarxes usaven commutació manual; després aparegueren centrals automàtiques, numeració i senyalització. La digitalització va integrar veu amb dades.

8.2. Ràdio

Les ones electromagnètiques permeten transmissió sense conductor. Un sistema conté font, modulador, transmissor, antena, canal, antena receptora, receptor i destinació.

Modular és variar una portadora segons la informació. En analògic, AM modifica amplitud i FM freqüència. En digital es modifiquen paràmetres de la portadora segons símbols.

La ràdio va permetre comunicació marítima, radiodifusió i serveis mòbils. L'espectre és limitat i es coordina internacionalment per evitar interferències.

8.3. Televisió

Explora imatge, la converteix en senyal, la transmet i la reconstrueix. Va passar de sistemes analògics a digitals, amb compressió i multiplexació. La transmissió digital millora ús de l'espectre, però pot fallar bruscament sota un llindar de recepció.

8.4. Satèl·lits

Un satèl·lit rep, processa o retransmet senyals. Òrbites geoestacionàries ofereixen cobertura fixa extensa amb latència elevada; constel·lacions baixes redueixen latència, però necessiten molts satèl·lits i seguiment.

Aplicacions: telecomunicació, navegació, meteorologia, observació i emergències. Riscos: brossa espacial, congestió orbital, dependència i ús dual.

9. Codificació i tractament de la informació

9.1. Dada, informació i senyal

La dada és una representació; la informació redueix incertesa per a un receptor; el senyal és la variació física que transporta la representació.

Un sistema general és:

font → codificador → transmissor → canal + soroll → receptor → descodificador → destinació.

9.2. Analògic i digital

Un senyal analògic varia de manera contínua. Un senyal digital utilitza valors discrets. Digitalitzar implica:

  1. mostreig;
  2. quantificació;
  3. codificació binària.

El teorema de mostreig estableix que, per reconstruir una banda limitada sense aliasing, la freqüència de mostreig ha de ser superior al doble de la freqüència màxima present:

[ f_s>2f_{max} ]

Abans de mostrejar s'utilitza un filtre antiàlies. La quantificació introdueix error; més bits ofereixen més nivells i augmenten dades.

9.3. Codis

El bit és la unitat binària. Els codis representen text, nombres, so, imatge i instruccions. La codificació de font elimina redundància; la codificació de canal afegeix redundància controlada per detectar o corregir errors.

Exemples de control:

9.4. Compressió

La qualitat depèn de taxa, contingut i algoritme. Un format comprimit no implica sempre pèrdua.

10. Computadors i microelectrònica

10.1. De dispositius mecànics a electrònics

Àbacs i calculadores mecàniques automatitzaven operacions. Targetes perforades codificaven instruccions o dades. Les primeres computadores electròniques utilitzaven vàlvules i ocupaven grans espais.

El transistor va reduir mida, consum i fallades. El circuit integrat va reunir components en un xip; el microprocessador va integrar la unitat de processament. La fabricació semiconductor va permetre densitat creixent, però exigeix instal·lacions, materials i cadenes globals complexes.

10.2. Arquitectura funcional

Un computador conté:

La CPU executa instruccions: cerca, descodifica i executa. La memòria jeràrquica combina registres i memòria cau ràpids, memòria principal i emmagatzematge persistent.

10.3. Programari

Els llenguatges permeten expressar algoritmes. Compiladors o intèrprets els tradueixen o executen. El sistema operatiu gestiona processos, memòria, fitxers, dispositius i permisos.

El programari és infraestructura social: pot ser auditable o opac, interoperable o tancat, mantingut o abandonat.

11. Xarxes de dades, Internet i Web

11.1. Commutació

La commutació de circuits reserva un camí durant la comunicació. La commutació de paquets divideix dades en unitats que poden compartir enllaços i seguir rutes. Això aprofita capacitat estadísticament, però introdueix cues, retard i possible pèrdua.

11.2. Protocols i capes

Un protocol defineix formats, ordres i accions. Les capes separen funcions:

Internet utilitza IP per interconnectar xarxes. TCP ofereix flux fiable i ordenat; UDP ofereix datagrames amb menys control. DNS associa noms amb informació d'adreçament. Els protocols d'aplicació permeten Web, correu, fitxers o temps real.

11.3. Web

El 1989, Tim Berners-Lee va proposar al CERN una xarxa d'hipertext per compartir informació. A finals de 1990 havia desenvolupat servidor, navegador/editor i elements bàsics: URL, HTTP i HTML.

Internet és la xarxa de xarxes; la Web és un servei que utilitza Internet. Un correu electrònic pot viatjar per Internet sense ser una pàgina web.

11.4. Xarxes d'accés

La fibra guia llum amb baixa atenuació i gran capacitat. Les xarxes mòbils reutilitzen freqüències en cel·les i gestionen mobilitat. La capacitat compartida depèn d'espectre, senyal, interferència i nombre d'usuaris.

12. Transmissió: senyals, canals i protocols

12.1. Amplada de banda i taxa

L'amplada de banda física i la relació senyal-soroll limiten la informació transmissible. La taxa útil és menor que la taxa bruta perquè hi ha capçaleres, codificació i retransmissions.

12.2. Atenuació, soroll i distorsió

Repetidors, amplificadors, regeneradors, equalització i codis combaten aquests efectes.

12.3. Multiplexació

Comparteix un medi:

12.4. Latència

Components:

[ T=T_{propagació}+T_{transmissió}+T_{cua}+T_{processament} ]

Augmentar amplada de banda redueix temps de transmissió, però no la velocitat de propagació. Un enllaç molt ràpid a un satèl·lit llunyà pot mantenir latència apreciable.

13. Convergència digital i sistemes actuals

Veu, text, imatge, vídeo i control es representen digitalment i circulen per infraestructures comunes. Telèfon, càmera, navegador, receptor de navegació i ordinador convergeixen en dispositius mòbils.

13.1. Internet de les coses

Sensors i actuadors connectats observen i modifiquen entorns. Aplicacions: indústria, energia, salut, agricultura i ciutat. Requisits:

Un sensor barat sense actualitzacions pot acabar sent un residu connectat i vulnerable.

13.2. Núvol i vora

El núvol concentra computació en centres de dades. La computació de vora processa prop de la font per reduir latència, trànsit o dependència. Els sistemes combinen ambdós nivells.

13.3. Intel·ligència artificial

Models processen grans volums de dades per classificació, predicció o generació. Necessiten dades, computació, criteris de validació i supervisió. El tractament automatitzat no converteix una predicció en veritat.

14. Seguretat, drets i sostenibilitat

14.1. Ciberseguretat

Objectius:

Mesures: actualització, mínim privilegi, segmentació, còpies, xifratge, autenticació, monitoratge i resposta. En transport i indústria, una fallada digital pot tenir efectes físics.

14.2. Privacitat i control

Ubicació, comunicacions i comportament generen dades. Cal minimitzar recollida, definir finalitat, limitar conservació, garantir seguretat i oferir drets. La comoditat no és consentiment il·limitat.

14.3. Bretxa digital i accessibilitat

Cobertura, preu, dispositiu, competències, idioma i disseny condicionen accés. Digitalitzar un bitllet o tràmit sense alternativa pot excloure persones.

14.4. Sostenibilitat

Transport consumeix energia i territori; telecomunicacions necessiten dispositius, xarxes i centres de dades. L'eficiència per unitat pot conviure amb més consum total. Cal considerar durabilitat, reparació, renovació, materials, energia i residus.

15. Aplicació didàctica

Les pràctiques han de vincular història i principi. Reproduir un telègraf és útil si s'analitzen codi, canal, soroll i xarxa.

16. Conclusió

El transport ha evolucionat mitjançant millores de vehicle, via, energia, terminal i control. Ferrocarril, automòbil, contenidor, aviació i mobilitat elèctrica mostren que l'èxit depèn del sistema complet. La velocitat i flexibilitat han ampliat oportunitats i també externalitats.

Les comunicacions han separat progressivament informació i suport físic: escriptura, impremta, telègraf, telèfon, ràdio, satèl·lit i xarxes digitals. La codificació, la microelectrònica i els protocols permeten tractar tota mena de continguts en infraestructura comuna.

La convergència augmenta capacitat i dependència. Mobilitat i informació actuals necessiten energia, materials, estàndards, seguretat i drets. La qüestió no és només transmetre més de pressa, sinó assegurar que la xarxa sigui accessible, fiable, sostenible i governada amb criteris públics.

17. Esquema de repàs

  1. Xarxes: nodes, enllaços, terminals, control, energia i informació.
  2. Terrestre: roda, camí, ferrocarril, automòbil i electrificació.
  3. Marítim i aeri: motor, contenidor, turbina i control.
  4. Logística: intermodalitat, cost generalitzat i externalitats.
  5. Comunicacions: escriptura, impremta, telègraf, telèfon, ràdio, TV, satèl·lit.
  6. Digitalització: mostreig, quantificació, codi, error i compressió.
  7. Computació: vàlvula, transistor, integrat, processador i programari.
  8. Internet: paquets, capes, IP, TCP/UDP i DNS.
  9. Web: CERN, URL, HTTP i HTML.
  10. Transmissió: amplada, soroll, multiplexació i latència.
  11. Actualitat: IoT, núvol, vora, IA, ciberseguretat i sostenibilitat.

18. Autoavaluació i errors habituals

Preguntes

  1. Per què transport i comunicació s'han d'estudiar com a xarxes?
  2. Què va canviar la contenidorització?
  3. Quins elements formen la seguretat aèria?
  4. Com va transformar el telègraf la relació entre missatge i viatge?
  5. Què és modular una portadora?
  6. Quines etapes té la digitalització?
  7. Per què cal un filtre antiàlies?
  8. Quina diferència hi ha entre commutació de circuits i paquets?
  9. Quina diferència hi ha entre Internet i Web?
  10. Quins components formen la latència?

Errors que cal evitar

19. Bibliografia