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III.1 CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS. RTC, RDSI. Conmutación Conmutación por división en espacio (etapas S). Conmutación monoetapa. Conmutación multietapa. Condición de Clos. Conmutación por división en tiempo (etapas T). Análisis Probabilidad de Bloqueo. Método Aproximado de Lee. Conceptos Básicos. Bucle de abonado analógico y digital. Señalización. Técnicas de multiplexación. Jerarquías Digitales PDH/SDH. RTC. Estructura y topología. Ejemplos. RDSI. Estructura y topología. Ejemplos.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 1

Arquitectura de Redes


Proyecto docente: Antenas y Propagación

III.1 CONMUTACIÓN Ejemplo de red de conmutación de circuitos: RED DE TELEFONÍA PÚBLICA Aunque originalmente se diseñó y realizó para dar un servicio de telefonía analógica a los abonados, progresivamente se va convirtiendo en una red digital

Componentes : Abonados: dispositivos que se conectan a la red. Ej: Teléfono o modem. Bucle local o de abonado: enlace entre el abonado y la red. Ej: cable de par trenzado (varias decenas de km) Centrales: Centros de conmutación de la red. Si los abonados se conectan directamente a ellos se llaman centrales finales. Un misma central final puede servir a miles de abonados. Líneas principales o troncales: son las líneas entre centrales. Pueden transportar muchos circuitos de voz usando tanto FDM como TDM. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 2

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III.1 CONMUTACIÓN Conceptos sobre Conmutación Supongamos que se tiene una red diseñada en torno a un único nodo de conmutación. Habrá un conjunto de estaciones conectadas al nodo, que establecerá un camino dedicado entre cualesquiera dos dispositivos que quieran comunicarse. Un nodo de conmutación de circuitos consta fundamentalmente de 3 partes: - Conmutador digital. Proporciona un camino para la señal de una forma transparente entre cualesquiera dos dispositivos que estén conectados. - Interfaz de red. Incluye las funciones y el hardware necesario para conectar los dispositivos a la red. - Unidad de control. Realiza las siguientes tareas: - Establece las conexiones: gestiona y confirma la petición, determina si el destino está libre y construye el camino a través del conmutador. - Mantiene la conexión. - Libera la conexión en respuesta a una solicitud de las estaciones o por causas propias. Concepto de bloqueo. Se produce cuando la red es incapaz de conectar dos estaciones debido a que todos los posibles caminos están siendo utilizados. En una red bloqueante se puede producir el bloqueo, lo que puede ser aceptable en tráfico de voz (suponiendo llamadas cortas y que no todos los usuarios llaman al mismo tiempo) pero menos eficaz o aceptable en tráfico de datos. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 3

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III.1 CONMUTACIÓN

CONMUTADORES MONOETAPA

Conmutación por División en el Espacio Fue originalmente desarrollada por los entornos analógicos y posteriormente se ha desplazado al contexto digital. Un conmutador por división en el espacio es aquel en el que las rutas que se establezcan serán físicamente independientes unos de otros (división en el espacio).

Los circuitos o rutas establecidos son físicamente independientes unos de otros.

cross-bar

M = N2

Cada conexión requerirá el establecimiento de un camino físico a través el conmutador que se dedique exclusivamente a la transferencia entre los dos puntos finales. El bloque básico de un conmutador de este tipo consiste en una matriz de conexiones ( o puntos de cruce) o puertas semiconductoras que se pueden habilitar o deshabilitar por una unidad de control. La interconexión entre dos líneas es posible estableciendo el correspondiente punto de cruce. El número de puntos de cruce necesarios para N estaciones es de M = N2 Esto es lo que se conoce como red de conmutador único o cross-bar. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 4

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III.1 CONMUTACIÓN

CONMUTADORES MULTI-ETAPA

Los conmutadores cross-bar tienen las siguientes limitaciones: - El nº de puntos de cruce crece con el cuadrado (N 2). Muy costoso para conmutadores grandes. - La pérdida de un punto de cruce impide el establecimiento de la conexión entre los dispositivos cuyas líneas se cruzan en ese punto. - Los puntos de cruce se utilizan ineficientemente incluso cuando todos los dispositivos estén activos. Sólo una fracción de los puntos de cruce estarán habilitados.

Para evitar estas limitaciones se emplean conmutadores de múltiples etapas tal que: - El nº de puntos de cruce se reduce (N=10 líneas  M1=100, M2=48). - Hay más de un camino posible a través de la red para conectar dos estaciones, aumentando así la seguridad. Evidentemente, el sistema de control de una red multietapa es más complejo. Para establecer un camino en una red de una etapa, se necesita habilitar un punto. En una red multietapa se han de habilitar las puertas que permiten obtener un camino libre: por tanto, son bloqueantes (los cross-bar no lo son).

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 5

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III.1 CONMUTACIÓN

EJEMPLOS DE REDES MULTI-ETAPA

N = 103 estaciones (1000 líneas de acceso): A) CROSS-BAR. M = N2 = 106 puntos de cruce. PBint = 0. Si la entrada y la salida están libres, siempre existe un camino que las une. Accesibilidad completa. Desde cualquier entrada podemos conectarnos a cualquier sentido. B) ETAPAS 1000x100. M = 2·(1000 x 100) = 2·105 puntos de cruce. PBint ≠ 0. Accesibilidad completa. C) ETAPAS 100x10. M = 2·(100 x 10) = 2·104 puntos de cruce. PBint ≠ 0. NO Accesibilidad completa (cualquier salida no puede conectarse con cualquier entrada). D) ETAPAS 100x10 multicruce. M = [2·(100 x 10) + (10 x 10)]·10= 2·10 4 + 103. PBint = ¿?. Accesibilidad completa. Bloqueo

interno

nulo ⇒ ⇐ Accesibilidad total

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 6

. . .

1000 x 100

. . .

. . .

100 x 1000

. . .

. . .

100 x 10

. . .

. . .

10 x 100

. . .

. . .

100 x 10

. . .

. . .

10 x 100

. . .

. . .

100 x 10

. . .

. . .

10 x 100

. . .

. . .

100 x 10

10 x 10

10 x 100

. . .

. . .

100 x 10

10 x 10

10 x 100

. . .

. . .

100 x 10

100 x 10

100 x 100

. . .

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III.1 CONMUTACIÓN

CONDICIÓN DE CLOS

Parece lógico pensar que aumentando el nº de salidas en cada distribuidor de la primera etapa y el nº de entradas en cada distribuidor de la segunda etapa, la probabilidad de bloqueo disminuye. ¿Cómo podemos calcular en un caso general si la probabilidad de bloqueo es o no nula? En cross-bar,

hay accesibilidad completa si existe una salida para cualquier entrada. hay PBint = 0 si existe un camino para cualquier par entrada/salida. La condición de bloqueo interno es más restrictiva que la accesibilidad total.

En multietapa, hay que comprobar la Condición de Clos (k = 2n – 1) y entonces: - Si se cumple, PBint = 0 no bloqueante). - Si NO se cumple, PBint ≠ 0 bloqueo en sentido estricto, y además: - Si hay reordenación (k ≥n) NO bloqueo en sentido amplio. - Si NO hay reordenación (k <n) Sí bloqueo en sentido amplio. En estos casos, hay que buscar los caminos posibles entre entrada y salida

Condición de Clos k = 2n - 1 2 N N   M = 2(n·k) + k  ÷ n n ≈ 4N

(

)

2N -1

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 7

. . .

. . .

n x k

N/n x N/n

k x n

. . .

. . .

. . .

N/n

k

N/n

n x k

N/n x N/n

k x n

. . .

. . .

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III.1 CONMUTACIÓN

Puntos de cruce

CONDICIÓN DE CLOS

Configuración NO bloqueante

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 8

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III.1 CONMUTACIÓN

MÓDULOS TDM

La conmutación por división en el tiempo implica la participación de la cadena de bits de menor velocidad en fragmentos que compartirán una cadena de mayor velocidad con otras líneas de entrada. Los fragmentos se manipulan por la lógica de control para encaminar los datos desde la entrada a la salida formando una trama. La conmutación de circuitos por división en el tiempo está basada, por tanto, en la transmisión de varias señales en un único camino de transmisión mezclando en el tiempo distintas porciones de las señales originales. Los datos se organizan en tramas, cada una de las cuales contienen un ciclo de ranuras temporales pre-asignadas a los distintos canales. Este es el fundamento de la multiplexación por división en el tiempo síncrona. Hay tres conceptos relacionados con la conmutación de circuitos por división en el tiempo: A. TDM. Time-Data Multiplexation. CONMUTACIÓN MEDIANTE BUS B. TSI. Time-Slot Interchange. INTERCAMBIO DE SLOTS EN EL TIEMPO C. TMS. Time-Multiplex Switching. CONMUTACIÓN MULTIPLEXADA EN EL TIEMPO

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 9

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III.1 CONMUTACIÓN

MÓDULOS TDM

La multiplexación por división en tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) permite que varias señales compartan una única línea de transmisión separándolas en el tiempo en diferentes intervalos temporales (slots). Las muestras se organizan secuencialmente para formar una trama de n slots. Un slot puede corresponder a un bit/byte/bloque de datos. El origen y el destino de los datos son conocidos en cada slot por lo que se NO requiere direccionamiento. El mecanismo TDM síncrono consiste en que cada línea pasa sus datos a través de una memoria o buffer y se forma una trama con los datos de todas las líneas que se envía hasta el destino, donde se efectúa la operación inversa de extracción de los datos. El conmutador de bus TDM presenta una ventaja sobre el conmutador por división en espacio en términos de uso eficiente de las puertas o puntos de cruce. Para N líneas, el bus TDM requiere 2N puertas (en cross-bar, N2, y en una red multietapa eficiente, N√N). EJ1. Un sistema de 100 líneas full-duplex a 19200bps, puede implementarse como bus TDM a 1.92Mbps, o red multietapa con 200 líneas a 19.2Kbps conectadas a un bus de 2Mbps en el que aprox. la mitad de las líneas pueden conectarse simultáneamente. EJ2. Trama MIC30+2 (bus TDM) Unidad III. Conmutación de Circuitos - 10

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III.1 CONMUTACIÓN

MÓDULOS TSI

Intercambio de Slots en el Tiempo El bloque básico para construir muchos de los conmutadores por división en el tiempo es el mecanismo TSI (Time-Slot Interchange). Una unidad TSI opera en un bus TDM síncrono intercambiando parejas de slots o ranuras para asegurar el funcionamiento full-duplex. Se muestra cómo la línea de entrada roja se conecta con la línea de salida azul y viceversa. Las N líneas de entrada se pasan a través de un multiplexor síncrono para formar la trama TDM con N slots. Para asegurar la interconexión, los slots correspondientes a 2 entradas se intercambian y así se consigue la conexión full-duplex entre las dos líneas. El mecanismo TSI de intercambio está basado en el almacenamiento de los datos que llegan al TSI sobre una memoria (buffer) que reorganizan los slots en la trama de salida atendiendo a las conexiones existentes. Sin embargo, el tamaño de tales conmutadores (el nº de conexiones que permiten) está limitado por la velocidad de acceso a memoria (por ej., para un sistema de 24 fuentes a 64Kbps con 8 bits por slot, la tasa de llegada es de 192000slots por segundo, y el tiempo de acceso a memoria será 1/(2·192000) ≈ 2.6µs)

TSI

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 11

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III.1 CONMUTACIÓN

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 12

MÓDULOS TSI

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÓDULOS TMS

Conexión de Slots TSI – Concatenación T&S Para poder disponer de mayor nº de conexiones y además disminuir los retardos, se utilizan varias unidades TSI. Para conectar 2 canales que entran en una unidad TSI se intercambian sus slots temporales. Para conectar un canal de una trama TDM que entra en una unidad TSI con un canal de otra trama TDM que entra en otra TSI diferente, será preciso emplear algún tipo de multiplexación por división en el espacio. Naturalmente, no queremos conmutar todos los slots de una trama con los de la otra, lo que se desea es establecer la conmutación de un slot con otro en cada instante. Esta técnica se conoce como TMS (Time-Multiplex Switching) y consiste en la conexión de slots correspondientes a diferentes unidades TSI.

TMS Mediante la concatenación de unidades TMS y TSI se pueden construir estructuras multi-etapa, designadas por la secuencia de las mismas y denotadas con las letras S y T, respectivamente. Un ejemplo es la red de 2 etapas, que es de tipo bloqueante. Para evitar el bloqueo se emplean 3 o más etapas en estructuras del tipo: TST – TSSST – STS – SSTSS - TSTST

T&S Unidad III. Conmutación de Circuitos - 13

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III.1 CONMUTACIÓN

ANÁLISIS DE PB. APROXIMACIÓN DE LEE

El análisis de sistemas de conmutación multietapa de naturaleza híbrida (es decir, formados por unidades S y T) y el cálculo de la probabilidad de bloqueo, es en general una tarea compleja. Dada una red de conmutación, con un determinado número de entradas y salidas además de la probabilidad de ocupación de línea especificada, el problema es calcular la probabilidad de no encontrar un camino libre a través del conmutador entre una pareja dada de entrada-salida. Existen muchos caminos a considerar en un conmutador llevando a problemas de combinatoria. De forma más significativa aún, las dependencias entre las probabilidades de bloqueo de distintos enlaces a lo largo del camino o ruta, hacen el problema prácticamente intratable. Por tanto, resulta necesario hacer aproximaciones para obtener una estimación a la solución del problema.

Método Aproximado de Lee La aproximación más simple para el cálculo de la probabilidad de bloqueo (PB) en un conmutador o red de conmutación de circuitos multietapa en la que NO se cumple la condición de Clos, es posible calcular la PB interno (Pb int ≠ 0) mediante el Método Aproximado de Lee, que siempre se aplica sobre el equivalente analógico y está basado en una serie de hipótesis: - Todas las fuentes o líneas de entrada generan el mismo tipo de tráfico (tráfico balanceado). - Los caminos que establecen las conexiones se seleccionan aleatoriamente; es decir, las salidas se alcanzan con igual probabilidad de salida. - Las llamadas rechazadas no se reintentan, simplemente se pierden. - Las probabilidades de ocupación entre las etapas sucesivas son independientes (horizontal). - Las probabilidades de ocupación de los enlaces en una misma etapa son independientes. Esta metodología resulta muy útil para redes compuestas por etapas S y T, siguiendo los pasos:. - A partir de una red de conmutación digital se construye su equivalente analógico. - Sobre este equivalente se puede comprobar si se cumple la condición de Clos. - En el caso de que no se verifique, se explica el método de Lee para el cálculo de la PB. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 14

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III.1 CONMUTACIÓN

ANÁLISIS DE PB. APROXIMACIÓN DE LEE

Método Aproximado de Lee (continuación) A partir del equivalente analógico de la red, se obtiene el grafo de red sustituyendo: - Las matrices de conexión por vértices. - Las conexiones entre etapas por aristas. Se define el grafo canal es CUALQUIER CAMINO QUE UNE UN PAR ENTRADA/SALIDA dentro del grafo de red. De esta forma, se pretende buscar todos los caminos posibles. La PB de una arista es la probabilidad de que dicha arista esté ocupada. Si la probabilidad de ocupación de un canal a la entrada del sistema es a, y suponemos que el tráfico está distribuido uniformemente sobre los enlaces, la probabilidad de ocupación en un canal de salida será a. En una etapa intermedia la probabilidad de que un enlace esté ocupado será:

n a n ×a = k ×p → p = a × = k β

ya que β =

1

a k En gral, ∑ an = ∑ pk → βi n

Finalmente, se describe el cálculo de la PB para grafos simples y compuestos: - SERIE

PB1 = 1 − PB NB = 1 − ( 1 − p ) ( 1 − p )  → PBserie = PB1 + (1 − PB1 )PB 2 = p + (1 − p ) p

En general, PBserie = 1 − ∏ ( 1 − pi ) - PARALELO

PB1 = p → PB paralelo = p 2

N

- TELARAÑA

L

En gral, PB paralelo = 1 − ∏ pi

PB telaraña = ∑ P(mL)PB(mL) con m=0

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 15

() n

k

=

n! k ! (n − k )!

1

p

p

p

p1

p2

n

k

pL p1 … pL

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III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO APROXIMADO DE LEE

Paso 1a. Encontrar los equivalente analógicos de cada etapa T y S. 1 … C

1 … k

1 … L

T

1 … k 1

1 … k

N/n 1

CxL

MIC2

T

1

N/n

1 … k

N/n

… N/n

1

1

2

… N/n

… L

T

1

N/n

1

En el equivalente analógico se sustituye un módulo de comunicación para cada slot temporal.

Ejemplo. Dimensionar el tamaño de los MIC en la etapa S de la red TST para garantizar PBint = 0. (suponer entrada/salida 2 MICs de 4 canales).

1 2 3 4

Cada enlace de entrada representa un slot de la trama original de entrada, y cada enlace de salida representa un slot de la trama original de salida

1 2 3 4

S

1

C

MIC1

1

1

1 … k

1 … k

T

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 16

k

N/n

… N/n

2x2

4xk

2x2

kx4

kx4

MIC1

S T

1

MIC2

4xk

… 2x2

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III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO APROXIMADO DE LEE

Paso 1b. Establecer el equivalente completo de la estructura multietapa1(ej: TST). 1

1 … n

T

N

1 … k

1

N/n

1 … n

1 … n

T

1 … k

1

S

N/n

… N/n

1

nxk

n

T

1

1

1

N/n

… N/n

k

1

1

nxk

n

n

… k

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 17

N N/n

1

nxk

… k

N/n 1

1 … k

1

N

N N/n

1 … n

1 1

1 … k

T

1 1

… N/n

k

1

N/n

n

1

nxk

… k

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III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO APROXIMADO DE LEE

Paso 2. Establecer cada grafo canal GCi asociado encontrando, para ello, todos los caminos posibles entre cada entrada y salida. 2x2

2x2

2x2

2x2

2x2

2x2

Equivalente analógico de red digital

Grafo de Red

Grafos Canal

PBRED = ∑ αNi PBGCi siendo α i el nº caminos asociados a GCi de los N totales i

Paso 3. Expresar correctamente las probabilidades pi de cada enlace: Cálculo del factor de expansión (β )

n a n ×a = k ×p → p = a × = k β

ya que β =

k En general, ∑ an = ∑ pk → βi n

Paso 4. Resolver matemáticamente las probabilidades aplicando las expresiones:

PBserie = 1 − ∏ ( 1 − pi )

PB paralelo = 1 − ∏ pi

N

PB telaraña = ∑ P(mL)PB(mL) con m=0

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 18

() n k

=

para los casos elementales

n! para los casos complejos k ! (n − k )! Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 1

EJEMPLO 1: Construir una red de conmutación de 8x8 a partir de 4 unidades 4x4 y 8 unidades 2x2, de forma que proporcione la menor probabilidad de bloqueo posible. Considerar la probabilidad de ocupación de las líneas de entrada del sistema de valor a=0.1. OPCIÓN A.

a4 a

a

GRAFO DE RED

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 19

a

a

a

a

a

a

a

a

a a

4

a

GRAFO CANAL

PBA = { 1- [(1- a)2(1- a4)] }2 = 0.0361

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 1

OPCIÓN B.

a

a a

a2 a

a

a PBB = { 1- [(1- a)2(1- a2)] }4 = 0.0015

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 20

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 1

OPCIÓN C y D. Son simétricas y, por tanto, presentan la misma PB.

OPCIÓN C

a a

a

a

a

a

a2 a

a

a4

PBC = 1- [(1- a)(1- a2 )(1- a4)] = 0.1091

OPCIÓN D

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 21

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 1

OPCIÓN E y F. Son simétricas

OPCIÓN E

OPCIÓN F

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 22

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 1 N

PBGC2 = ∑ P(mL)PB(mL)

OPCIÓN E y F. Son simétricas

m =0

siendo N=4 enlaces siendo

PBE = P(0)· PB(0) + P(1)· PB(1) + P(2)· PB(2) =

() n

k

=

n! k ! (n − k )!

4 4 = 1· a 2  +  2a(1- a)·1 − (1 − a ) 2   + (1- a) 2 ·1 − (1 − a)(1 − a) 2   = 0.0103    

PBF = P(0)· PB(0) + P(1)· PB(1) + P(2)· PB(2) + P(3)· PB(3) + P(4)· PB(4) = m=0 → P(0) = a 4 , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados m=1 → P(1) =

( ) a (1 − a) = 4a (1 − a)

PB(1)= PB

m=2 → P(2) =

()

PB(2)= PB

4

3

3

1

4 2

a 2 (1 − a) 2 = 6a 2 (1 − a) 2

( ) a(1 − a) = 4a(1 − a) m=4 → P(4) = ( ) (1 − a) = (1 − a) m=3 → P(3) =

3

4 3

4

4

4

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 23

4

3

( ( ( (

PB(3)= PB PB(4)= PB

) ) = 1 − (1 − a)(1 − a ) ) = 1 − (1 − a)(1 − a ) ) = 1 − (1 − a)(1 − a ) = 1 − (1 − a 2 ) 

2

2

2

3

2

4

2

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III.1 CONMUTACIÓN

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 2

EJEMPLO 2: Input A

Input B

1 2

1

A

2

3

1 2

1 2

1

1 2

1

2

1 2

1

1

1

2

2 3

2

1 2

1

1 2

1

1 2

1

Output #1

2

3

1

1

B

3

1

2

2 2

3

2

Output #2

2

1 2

3

1

2

Output #3

2

A

B

Cálculo del factor de expansión (β )

n a n ×a = k ×p → p = a × = k β

β A = β B = β d = 1 (n = k )

β d = 3 2 (2 p = 3 p1 )

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 24

ya que β =

k n

β ∆ = 6 5 ( p + p1 = 2 p2 )

p p1

p2 p3

βW = 3 4 (2 p + p1 = 2 p3 )

Arquitectura de Redes


III.1 CONMUTACIÓN α1

A

MÉTODO DE LEE. EJEMPLO 2

α2

A

B

B

Grafos Canal: GC1=A1(6) + B1(6) = 12

GC2=A2(6) + B2(6) = 12 = GC3=A3(6) + B3(6) = 12

12 12 1 2 PBRED = 12 36 PBGC1 + 36 PBGC2 + 36 PBGC3 = 3 PBGC1 + 3 PBGC2

{

p

PBGC1 = 1 − (1 − α 2 )(1 − α1 ) = 1 − (1 − p22 ) 1 − 1 − (1 − p 2  [ 1 − (1 − p)(1 − p1 ) ] N

PBGC2 = ∑ P(mL)PB(mL) siendo N=3 enlaces que pueden estar libres m =0

}

p1

() n

k

p2

=

p3

n! k !(n − k )!

m=0 → P(0) = p 3 , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados m=1 → P(1) = 13 p 2 (1 − p) = 3 p 2 (1 − p), PB(1)=PB(1a)+PB(1b)+PB(1c)

()

→ PB(1a) = [ 1 − (1 − p1 )(1 − p3 ) ] [ 1 − (1 − p1 )(1 − p2 ) ] → PB(1b) = [ 1 − (1 − p )(1 − p3 ) ]

→ PB(1c) = [ 1 − (1 − p )(1 − p3 ) ] [ 1 − (1 − p )(1 − p2 ) ] etc. m=2, m=3 Unidad III. Conmutación de Circuitos - 25

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

BUCLE DE ABONADO ANALÓGICO

Las señales vocales son moduladas y multiplexadas en la central local y enviadas por la línea utilizando un sistema de multiplexación en frecuencia (FDM). En cada sentido de transmisión, el canal vocal se modula en BLU utilizando una subportadora separada 4Khz de las adyacentes y que se suma con los restantes para construir la SEÑAL MULTIPLEX FDM. La señal pasa a través de uno o más centros de conmutación hasta alcanzar la central local destino. Cada centro de conmutación la señal debe: - Demultiplexarse y demodularse. Acumulación de ruido y coste elevado

- Encaminarse hacia el puerto adecuado haciendo uso de un multiplexor espacial. - Modularse y multiplexarse.

CONMUTADOR ANALÓGICO

F D M

Interesa que haya conectividad total y bloqueo nulo o acotado

F D M

CONMUTADOR ANALÓGICO

F D M

F D M

CONMUTADOR ANALÓGICO

Centro de conmutación

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 26

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

BUCLE DE ABONADO ANALÓGICO

Hay varias jerarquías de multiplexado (jerarquías de canalización) CANAL VOCAL

GRUPO PRIMARIO

1

12

3.1 KHz

48

12

11

10

9

8

0.3

3.4

7

5

f KHz

4

3

60

GRUPO SECUNDARIO 60

GRUPO TERCIARIO

300

GRUPO CUATERNARIO 900

GRUPO PRINCIPAL

900

2

1 f 108 KHz

KHz

240 KHz

312

552

f KHz

812

2044

f KHz

1232 KHz

3872 KHz

8516

12388

f KHz

3716 KHz

312

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 27

f 4028 KHz

Arquitectura de Redes


III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

BUCLE DE ABONADO DIGITAL

Sistemas de transmisión y conmutación digitales T D M P C M

CONMUTADOR

CONMUTADOR

CONMUTADOR

DIGITAL

DIGITAL

DIGITAL

T D M P C M

La tecnología digital maneja señales sencillas y uniformes, impulsos binarios, con independencia del origen de la información. Proporcionan mayor flexibilidad en el control de la red e incorporación de distintos tipos de servicio. Como contrapartida requieren mayor ancho de banda y se hace necesaria la sincronización en el tiempo. Características a tener en cuenta en los sistemas digitales. •Parámetros de la modulación utilizada: frecuencia de muestreo, ley de cuantificación y código. •Parámetros de la transmisión digital en banda base: medio de transmisión, tasa de error, código de línea. •Organización secuencial de las señales elementales que llevan la información digital correspondiente a los diferentes canales telefónicos y de las señales auxiliares para señalización y sincronismo (estructura de TRAMA). Modulación por impulso codificados (PCM): Velocidad de muestreo 8000 muestras/seg. Cada muestra codificada con 8 bits. (64 Kbps cada canal). Multiplexado por división en el tiempo (TDM) para formar la trama o sistema MIC 30+2 Unidad III. Conmutación de Circuitos - 28

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

SEÑALIZACIÓN

Necesaria en dos contextos: Señalización entre usuario y red. Señalización dentro de la red (entre centrales) Señalización por CANAL ASOCIADO La señalización está directamente asociada al canal que transporta la información. La voz viaja por los mismos circuitos y conjuntamente con las señales de control.

Dentro de banda: Transmite las señales de control en la misma frecuencia utilizada por las señales vocales. Fuera de banda: Transmite las señales de control utilizando el mismo recurso que las señales vocales pero a una frecuencia diferente (aprovecha que las señales de voz no utilizan completamente los 4KHz de ancho de banda reservado a ellas y utiliza una banda estrecha independiente dentro de los 4KHz). Proporciona supervisión continua durante la duración de toda la conexión. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 29

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

SEÑALIZACIÓN

Señalización por CANAL COMÚN Transmite las señales de control sobre canales de señalización que están dedicados en exclusiva a esta función y que son compartidos por un número determinado de usuarios. Ventajas: * Se puede compartir un dispositivo de señalización común, con capacidad de atender miles de llamadas, por lo que se ahorra en equipo, se transmite mucha más información y más rápidamente. Reduce el tiempo de establecimiento con respecto a los métodos de canal asociado. * Permite la señalización durante todo el tiempo que dura la comunicación. * Es más adaptable a las necesidades cambiantes futuras.

Equipo de señalización por canal común

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 30

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

SEÑALIZACIÓN

Señalización por CANAL COMÚN Asociada: El haz de circuitos de voz entre dos centrales es señalizado por uno o más enlaces de señalización con recorridos paralelos a la voz, que también están conectados directamente a las centrales. No asociada: Se incorporan nodos adicionales denominados puntos de transferencia de señalización. La señalización no viaja necesariamente en paralelo con los circuitos a los que señaliza.

No asociada Asociada

Puntos de transferencia de señalización Punto de conmutación de voz Red de señalización Red de voz

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 31

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

Trama 0 1 2 ... ... 15

0 FAS SW FAS . . SW

1 CH1 CH1 CH1 . . CH1

2 CH2 CH2 CH2 . . CH2

... 16 ... MFAS ... S1 S16 ... S2 S17 . . . . . . ... S15 S30

JERARQUÍAS DIGITALES PDH

17 CH16 CH16 CH16 . . CH16

... ... ... ... . . ...

Intervalo 31 CH30 CH30 CH30 . . CH30

ESTRUCTURA DE LA SEÑAL DIGITAL A 2Mbps (con señalización por canal asociado)

Cada trama consta de 32 intervalos(slots). Cada intervalo contiene una palabra de 8 bits con lo que se obtiene un total de 32*8 =256 bits por trama. Al transmitirse 8000 tramas por segundo, se obtiene la velocidad binaria de 2048 Kbps. El intervalo 0 de la trama se utiliza para la sincronización de la trama. En este intervalo se alterna la señal de alineamiento de trama (FAS, Frame Alignment Signal) y la señal de supervisión de trama (SW, Supervision Word). El intervalo 16 transporta habitualmente la señalización correspondiente a los 30 canales.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 32

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES PDH

Distiguimos dos tipos de señalización Señalización por Canal Asociado (CAS) En el intervalo 16 se dispone de un slot que transporta la señal de alineamiento de multitrama (MFAS:MultiFrame Alignment Signal) seguido 15 slots en los que se envia la señalización de cada canal CHX, mediante la asociación de 4 bits (SX) a cada uno de ellos. Señalización por Canal Común (CCS) El intervalo 16 transporta señalización por canal común Nº 7. Desaparecen los 4 bits asociados a cada canal, así como la palabra de alineamiento de multitrama (MFAS). El intervalo 16 se convierte en un flujo continuo de datos a 64 Kbps con protocolo HDLC. Dada la gran capacidad de envío de información que ofrece este sistema, es habitual aprovechar un único flujo de 64Kbps contenido en una señal a 2 Mbps para enviar la señalización de un gran número de enlaces de 2 Mbps. De esta manera se dispone de los intervalos 16 no utilizados para transportar señales de voz o de datos como en cualquiera de los 30 canales restantes de cada trama.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 33

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES PDH

Es posible tener jerarquías de multiplexación de orden superior (Jerarquías Digitales Plesiócronas-PDH). Las señales multiplexadas (tributarias), procedentes de fuentes con temporizaciones independientes, se entrelazan a nivel de bit. Aunque sus velocidades nominales son iguales sus velocidades reales pueden desviarse según un cierta tolerancia (Señales Plesiócronas). Para no tener pérdida de información se asigna a cada señal de entrada una capacidad de transmisión algo mayor que la nominal (0.1 a 0.2%) y se efectúa un relleno de bits (positivo o negativo). Designación DS1 DS_1C DS-2 DS_3 DS_4

Norte América Número de Tasa (Mbps) canales vocales 24 1.544 48 3.152 96 6.312 672 44.736 4032 273.176

2048 kHz +/- 50 ppm

64 kHz

G.703

Nivel 1 2 3 4 5

8448 kHz +/- 30 ppm

G.736

34368 kHz +/- 20 ppm

G.742 G.703

synchr.

Internacional (ITU-T) Número de Tasa (Mbps) canales vocales 30 2.048 120 8.448 480 34.368 1920 139.264 7680 565.148

G.751

G.703

plesiochr.

139264 kHz +/- 15 ppm 565148 kHz

G.751 G.703

plesiochr. plesiochr.

Jerarquía digital plesiócrona Europea Unidad III. Conmutación de Circuitos - 34

plesiochr.

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES PDH

No es posible identificar con precisión el punto donde empieza un flujo de bits multiplexado de nivel más bajo dentro de un flujo de nivel más alto. Es necesario demultiplexar hasta el nivel 2 Mbps antes de poder identificar un canal o asignarlo a un cliente. Conmutación realizada con ranuras de 64Kbps

MUX DEMUX

Matriz de conmutadore s

A

MUX DEMUX

CENTRAL DE CONMUTACIÓN A

B

C

Circuitos dúplex PDH de 140Mbps

B

Multiplexor para derivar o insertar

C

CLIENTE 34 Mbps

140 Mbps Equipo terminal de línea

140

140 8 Mbps

34

34

34

140 Mbps Equipo terminal de línea

34 2 Mbps

8

8

8

8

2

2

Multiplexor para derivar o insertar

CLIENTE

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 35

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES SDH

JERARQUÍA DIGITAL SINCRONA (SDH) Todos los equipos están sincronizados con un único reloj maestro. En Estados Unidos se denomina SONET (Synchronous Optical Network). La tasa de transmisión básica en SDH es de 155,52Mbps (Módulo de transporte síncrono de nivel 1-STM-1). También se definen tasa más altas de 622Mbps (STM-4) y 2.4Gbps(STM-16). En SONET la tasa más baja es 51,84Mbps (STS-1/OS-1). Aunque existen ligeras diferencias entre SDH y SONET son interconectables. La transmisión a alta velocidad requiere el uso de medios capaces de soportarla, la fibra óptica es la más apropiada.

SONET STS_1/OS_1 STS_3/OS_3 STS_9/OS_9 STS_12/OS_12 STS_18/OS_18 STS_24/OS_24 STS_36/OS_36 STS_48/OS_48

SDH STM-1 STM-4

STM-16

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 36

Tasa de bits (Mbps) 51.84 155.52 466.56 622.08 933.12 1244.16 1866.24 2488.32

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES SDH

STM-1 se compone de múltiples tramas que se repiten con un periodo de 125µseg. Cada trama está compuesta de 9 segmentos (filas) de 270 octetos (2430 octetos- 155.52Mbps). Cada segmento se compone de 9 bytes de cabecera y 261 bytes de carga útil. 125µs 2

1

3

4

5

9

A1 B1 D1

A1

A1

B2 D4 D7 D10 Z1 A1 B1

B2

B2

Z1 A1

Z1

9

8

261

Overhead de sección

1 2 3 4 5 6 7 8 9

7

6

A2 A2 A2 E1 D2 Apuntador AU-4 K1 D5 D8 D11 Z2 Z2 Z2

Carga útil

C1 F1 D3 K2 D6 D9 D12 E2

J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5

Gasto extra de camino

Contenedor Virtual (VC)

Unidad Administrativa (AU)

El campo de información de cada trama puede servir para transportar múltiples flujos PDH de 1.5/2/6/34 o 140 Mbps. Cada uno de estos flujos se transporta en un contenedor distinto (C_x) que también contiene bits de relleno adicionales que permiten variaciones en la tasa real. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 37

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES SDH

Al contenedor se añade una cabecera (gasto extra de camino) para vigilar y administrar extremo a extremo el contenedor asociado. El contenedor más el gasto extra de camino constituyen un contenedor virtual (VC-x). El contenedor virtual no tiene por que estar sincronizado con el inicio de la trama STM-1 por lo que hace falta un puntero. El puntero más el contenedor virtual constituye una Unidad Tributaria. Si la unidad tributaria contiene más de una tributaria se llama Grupo de Unidades Tributarias (TUG). El VC más grande se llama Unidad Administrativa (AU). M-1

X1 AUG

AU_4

VC_4 X3

X3

X1

TUG_3

TU_3

C_4

140Mbps

C_3

45Mbps 34 Mbps

VC_3

X7 AU_3

VC_3 X7

TUG_2

X1

TU_2

VC_2

C_2

6 Mbps

TU_12

VC_12

C_12

2 Mbps

TU_11

VC_11

C_11

1.5 Mbps

Tributarias

X3

PDH

X4

Específico para SONET

C = Contenedor

VC

Específico para Europa

TU = Unidad tributaria

TUG = Grupo de unidades tributarias

Universal

AU = Unidad administrativa

AUG = Grupo de unidades administrativas

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 38

= Contenedor virtual

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III.1 CONCEPTOS BÁSICOS

JERARQUÍAS DIGITALES SDH

Método de multiplexado. CONTENEDOR-1

Camino: trayecto de transmisión extremo a extremo. Sección: trozo de cable de transmisión entre dos equipos terminales de sección (ej: repetidores) POH Cabecera de camino. TU-1 Puntero SOH Cabecera de sección TU-1 Puntero

VC-1 POH

TU-1 Puntero

VC-1

AU-4 Puntero AU-4 Puntero

Ventajas de SDH:

VC-1

AUG

TUG-3

TUG-2 TUG-3

TUG-2

VC-4 POH

VC-1 TU-1

VC-1

TUG-2

SOH

CONTENEDOR-1

TUG-3

VC-4

VC-4

AU-4

VC-4

AUG AUG

STM-N

*Estándar único a nivel mundial. *Alta velocidad de transmisión *Facilidad de inserción y extracción de tramas. *Cada trama está identificada por un puntero para su localización. *Gestión eficaz

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 39

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III.1 RED TELEFÓNICA

ELEMENTOS BÁSICOS

RED TELEFÓNICA CONMUTADA: Red de conmutación de circuitos especializada en el transporte de tráfico de voz. Ofrece un servicio full duplex, de bajo retardo extremo a extremo. Elementos básicos de su arquitectura: - Abonado: Terminal de usuario (teléfono, modem, faxes, etc). - Bucle de abonado: enlace entre el abonado y el centro de conmutación más próximo al abonado (central local). Normalmente está constituido por un par trenzado.

Red de acceso

- Central local: central de conmutación encargada de enlazar usuarios pertenecientes a la misma zona o habilitar enlaces en el backbone para llamadas a larga distancia.

- Red de conmutación (backbone): conjunto de centrales de conmutación unidas entre si que ofrecen cobertura nacional e internacional. - Red de Transporte: son las líneas que unen los conmutadores del backbone. Pueden transportar múltiples circuitos de voz usando multiplexación en frecuencia (FDM) o en tiempo (TDM).

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 40

Red troncal

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III.1 RED TELEFÓNICA

TOPOLOGÍA

CIRCUITO TELEFÓNICO INTERNACIONAL CL

CS

CP

CTe r

CT

CT

ABONADO A

CTe r

CS

CP

CL

ABONADO RED LOCAL

B

RED TRONCAL RED INTERNACIONAL

CL

Centro local

CP

Centro primario

Circuito a 2 hilos

CS

Centro secundario

Circuito a 4 hilos

CTer Centro terciario

Teléfono

CT Centro de tránsito internacional

Bobina híbrida

Nota: En el caso de centrales locales digitales el paso de dos a cuatro hilos se hace en ellas.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 41

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III.1 RED TELEFÓNICA

TOPOLOGÍA

TOPOLOGÍA JERÁRQUICA El acceso a la red se efectúa conectando el terminal telefónico al Centro de Conmutación Local (CL). La CL se conecta a la denominada Central Primaria (CP) mediante circuitos de baja frecuencia o sistemas de transmisión múltiplex. Las centrales primarias se conectan a las Centrales Secundarias y estas a la Terciarias, etc. Ventajas : • Disminuye el número de enlaces con respecto a un red totalmente mallada. • Facilita la tarificación, el crecimiento de la red y el encaminamiento. Desventajas: • No hay redundancia. • Cuanto más se sube de nivel más recursos intervienen y por tanto el control del establecimiento de llamada es más complejo. Soluciones: Establecimiento de rutas directas entre centrales del mismo nivel jerárquico y a través de centrales tandem.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 42

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III.1 RED TELEFÓNICA

ELEMENTOS DE RED

El objetivo básico de la central telefónica es establecer el enlace entre dos abonados que desean establecer una comunicación. Para ello dispone de un conjunto de órganos de transmisión de tráfico, etapas de conmutación y medios de control y señalización, que permiten la interconexión de líneas de abonado y/u otros circuitos de telecomunicación, conforme lo requieren los diferentes abonados que llaman. Sus funciones básicas son: -Concentrar el tráfico que proviene de fuentes con baja actividad sobre medios de transmisión comunes. - Encaminar la información de una fuente hacia el destino, según un itinerario fijo o variable a través de la red. Red de conexión: Proporciona un camino físico para la señal entre dos dispositivos cualesquiera conectados a ella. Unidad de control: Parte inteligente del sistema. Permite a partir de la información LÍNEAS DE ABONADO y peticiones enviadas por los aparatos RED DE CONEXIÓN SEÑALIZACIÓN de abonado y/o centrales precedentes ENTRE efectuar las operaciones necesarias para ENLACES CENTRALES establecer las conexiones (gestionar y confirmar las peticiones, determinar si el destino está desocupado y construir el camino a través de la red de conexión) y ACTUACIÓN ACTUACIÓN RECOGIDA DE SOBRE LA SOBRE LA RED supervisarlas de forma que cuando los INFORMACIÓN SEÑALIZACIÓN DE CONEXIÓN abonados cuelguen, todos los elementos de la red que ha intervenido en dicha llamada sean devueltos a su posición de reposo. UNIDAD DE CONTROL

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 43

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III.1 RED TELEFÓNICA

ELEMENTOS DE RED

Funciones básicas realizadas por la centrales de conmutación Función de espera: Debe reconocer cuando un usuario quiere comunicar con otro, es decir cuando el abonado procede a descolgar su aparato. Función de aviso: Debe indicar al abonado, mediante diversos tonos , el proceso que sigue su llamada (si tiene éxito, se completa o es rechazada). Tonos más comunes: “invitación a marcar” (el abonado sabe que dispone de línea) “llamada” (se ha completado la llamada y el abonado llamado está libre) “ocupado” el abonado llamada tiene establecido otra comunicación. “línea muerta” el número marcado no tiene asignado ningún abonado. Función de recepción de información numérica: Necesaria para el intercambio de información (marcación) entre el abonado y la central Función de control: Encargada de establecer la comunicación interpretando la información recibida y elaborando las órdenes necesarias para gobernar las selecciones que son consecuencia de la numeración recibida, al mismo tiempo que efectúa la prueba de ocupación de los diversos órganos de la central. Función de selección: Encargada de elegir la ruta que ponga en comunicación a dos abonados pertenecientes a la misma central o a distintas centrales. Función de transmisión: Encargada del intercambio de información y señalización. Función de supervisión: Una vez establecida la comunicación, detecta y corrige cualquier incidencia en los diferentes elementos que intervienen en ella. Funciones auxiliares: Tarificación, identificación de abonadas, transferencia de llamadas , prioridades, rutas alternativas, etc Unidad III. Conmutación de Circuitos - 44

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III.1 RED TELEFÓNICA ABONADO LLAMANTE

PROCEDIMIENTO DE LLAMADA

CENTRALES INTERMEDIAS

CENTRAL

ABONADO LLAMANTE

CENTRAL

Descuelgue. Identificación del abonado llamante Tono de invitación a marcar Marcación del número abonado llamado

Información de dirección, etc (encaminamiento) Dirección completada Tono de llamada Notificación del abonado llamante

Timbre de llamada Respuesta (Descolgar)

Conexión

Cuelgue

Liberación de la conexión Cuelgue

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 45

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III.1 RED TELEFÓNICA

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 46

EJEMPLO RED RACI

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III.1 RED TELEFÓNICA

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 47

EJEMPLO RED RACI

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III.1 RED TELEFÓNICA

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 48

EJEMPLO RED RACI

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III.1 RDSI. RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS Introducción de la RDSI Estructura de la RDSI Canales RDSI Puntos de Referencia y Grupos Funcionales Protocolos de la RDSI Nivel físico. Nivel de enlace de datos (LAPD). Nivel de red. Aplicaciones de RDSI La Red Digital de Servicios Integrados apareció como resultado del esfuerzo de las compañías telefónicas por crear un estándar que permitiese la comunicación digital extremo a extremo. La necesidad de este estándar se fue haciendo manifiesta a principios de los años ochenta, cuando la tecnología permitía la creación de nuevos servicios de telecomunicaciones, pero el diseño de la red telefónica (pensada para la transmisión analógica de voz) hacía difícil su integración. Este vacío empezaba a provocar la aparición de redes especializadas en cierto tipo de tráfico, con accesos independientes. La integración de servicios en una sola red pedía que la nueva red fuese digital, de forma que el acceso y el transporte de señales seria uniforme, independientemente del servicio. Además, la digitalización permitiría un mejor aprovechamiento del ancho de banda, así como diferenciar fácilmente los servicios de la señalización.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 49

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III.1 RDSI.

INTRODUCCIÓN

EVOLUCIÓN HACIA RDSI

RTC (ANALÓGICA)

Instalación Abonado

Bucle abonado

Terminal no RDSI

A

A

A

A

Terminal no RDSI

D

A

Terminal no RDSI

D

A

Terminal no RDSI

RTC ( Mixta ANALÓGICO/DIGITAL) Terminal no RDSI

A

D

RDI Terminal no RDSI Terminal RDSI Terminal no RDSI

A

D

D

D

TR

TR

Terminal RDSI AT

AT

RDSI

Terminal no RDSI

Central analógica Central digital

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 50

Arquitectura de Redes


III.1 RDSI.

INTRODUCCIÓN

El objetivo de digitalización de la red era demasiado ambicioso como para hacerlo en una sola etapa, por lo que se definieron tres etapas relacionadas con la implantación de las siguientes redes: RED DIGITAL INTEGRADA (RDI). Incluye la digitalización de los medios de transmisión, de las centrales de conmutación y de los sistemas de señalización. La digitalización comienza por los medios de transmisión de larga distancia y las centrales de jerarquía superior hasta llegar a las centrales locales y medios de transmisión de corta distancia. La señalización entre centrales utiliza el estándar CCITT nº7. Características de RDI: *Red económica: al integrar los sistemas de conmutación digital con sistemas de transmisión digital multiplexado no son necesarios los equipos de interfuncionamiento entre sistemas analógico y digitales con lo que la red total es más económica. *Calidad de transmisión elevada: Mejoran aspectos como ruido y distorsión. *Sistema de señalización por canal común: Disminuye el tiempo asociado al establecimiento de la llamada. *No ofrece conectividad digital entre terminales de abonado, pues aunque algunos terminales puedan ser digitales, los bucles de abonado son todavía analógicos.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 51

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III.1 RDSI.

INTRODUCCIÓN

RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS DE BANDA ESTRECHA (RDSI-BE). Sobre la base de la RDI, provee de acceso digital a los usuarios soportando un amplio abanico de servicios (voz, imagen, datos), utilizando un número limitado de funcionalidades estandarizadas. Soporta aplicaciones tanto de conmutación de circuitos como de conmutación de paquetes y además soporta servicios no conmutados (líneas dedicadas). Las conexiones son de 64Kbps (Se escogió esta tasa porque era la tasa estandar de digitalización de voz, aunque en desarrollos futuros se permitirá mayor flexibilidad).. Dispone de múltiples canales dúplex de información (llamados canales B) y un canal común de señalización (llamado canal D). La arquitectura de protocolos RDSI se ajusta al modelo OSI. Esto permite que: el reduce

*Otros estándares desarrollados por OSI puedan ser utilizados en RDSI. Por el ejemplo nivel 3 de X.25 para acceder a servicios de conmutación de paquetes. *Los nuevos estándares de RDSI se basen en estándares ya existentes con lo cual se el coste de las nuevas implementaciones. Ej LAPD basado en LAPB.

RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS DE BANDA ANCHA (RDSI-BA) Soporta altas velocidades de transmisión que permiten la inclusión de servicios que consumen gran ancho de banda, como vídeo de alta calidad. Está basada en la tecnología ATM (Modo de Transferencia Asíncrono) de conmutación rápida de paquetes. El ancho de banda ofrecido al usuario es uno de los factores que marcan la diferencia entre RDSIBE y RDSI-BA. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 52

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III.1 RDSI.

INTRODUCCIÓN RED

ARQUITECTURA LOCALIZACIÓN USUARIO

Conmutación Circuitos 64Kbps

Interface Usuario-RDSI

Linea dedicada a 64Kbps Bucle abonado Conmutación de Paquetes

Equipo Terminal

Terminación de Red

Central RDSI

Central RDSI

Suscriptor o proveedor de servicio

Frame Relay Señalización Usuario- Red Conmutación y dedicado >64Kbps

Señalización Canal Común Señalización Usuario- Usuario

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 53

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III.1 RDSI.

INTRODUCCIÓN

ARQUITECTURA RDSI •Acceso digital de usuario. Permite la conexión de diferentes tipos de terminales de usuario a la red, mediante una configuración de acceso normalizada. •Red de tránsito. Interconecta las centrales locales entre sí o las centrales locales con los nodos especializados de la red. Está formada por: sistemas digitales de transmisión, centrales digitales de conmutación de circuitos, con elementos adicionales de conmutación de paquetes, y sistemas de señalización por canal común. •Nodos especializados de diversos tipos: - Nodos para servicios centralizados o de valor añadido (bases de datos, mensajería electrónica) - Nodos de acceso a otras redes. La red de tránsito RDSI puede conectarse con la red telefónica convencional, con redes de datos o con otras RDSI. - Centros de operadoras. - Centros de gestión de red. SERVICIOS Portadores: servicios de telecomunicación para la transmisión de información (voz, datos, vídeo) entre usuarios, en tiempo real y sin alteración del contenido del mensaje.Corresponde a las tres capas más bajas de la arquitectura OSI. Suplementarios: Servicios que proporcionan facilidades adicionales a los usuarios. Ofrecidos en conjunción con los servicios portadores. Teleservicios:Proporcionan la completa capacidad de comunicación entre los usuarios. Combinan la función de transporte (utilizando los servicios portadores) con la de procesado de la información. Intentan cubrir una amplia variedad de aplicaciones de usuarios (telefonía, teletex,videotex, facsimile, etc). Unidad III. Conmutación de Circuitos - 54

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

CANALES RDSI La información digitalizada que maneja la RDSI es una cadena de bits que se estructura en canales multiplexados por división en el tiempo (TDM). Canales estandarizados para la conexión digital entre abonado y central (las velocidades indicadas son de comunicación duplex) : Canal B: Canal digital PCM de 64 kbps para voz o datos, Canal D: Canal digital de 16 o 64 kbps para señalización fuera de banda. Canal H: Canal digital de 384 (H0, 6 canales de 64Kbps), 1536 (H11, 24 canales a 64Kbps-solo en países con jerarquía digital a 1533kbps – EEUU y Japon) o 1920 kbps (H12, 30canales a 64Kbps). CANAL B Canal de usuario, en el que se pueden enviar datos, voz digitalizada o una mezcla de ellos. Puede submultiplexar a 32Kbps, 16Kbps o a velocidades más bajas. En el caso de mezclar varios tipos de tráfico en un solo canal B, el destino debe ser el mismo para todos ellos. Permite conexiones: - conmutación de circuitos, - conmutación de paquetes (el usuario se conecta a un nodo de conmutación de paquetes) - y semipermanentes (canal arrendado =canal dedicado)

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 55

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

CANAL D Transmite la señalización de los canales B asociados, También puede utilizarse para conmutación de paquetes o transmisión de datos de telemetría durante los periodos en los que no hay señalización a enviar. CANAL H Transmite información de usuario a altas velocidades. El usuario puede acceder directamente a toda la capacidad o organizarla en subcanales para diversos tipos de datos, con multiplexación temporal. COMBINACIONES DE CANALES ESTANDARIZADAS *ACCESO BÁSICO ( BRI = Basic Rate Interface): 2B + 1D (el canal D es de 16 kbps). A tasa total es de 144Kbps. La velocidad básica se diseñó como substituto al servicio telefónico convencional, a utilizar en hogares y pequeños negocios. Permite mantener dos comunicaciones independientes. *ACCESO PRIMARIO (PRI = Primary Rate Interface): 30B + 1D en Europa o 23B + 1D en Estados Unidos y Japón (el canal D es de 64 kbps). También soporta otras combinaciones de canales (5H0+D, H12+D,etc), siempre que se respete la velocidad global. Este acceso se soporta en un sistema de transmisión MIC de jerarquía primaria (2Mbps). Pretende ser el estándar utilizado por empresas con centralitas privadas. Permite mantener hasta 30 comunicaciones simultáneas de 64 kbps. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 56

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

MODELO DE REFERENCIA DE LA RDSI (ACCESO DE USUARIO) La configuración del cliente presenta las siguientes prestaciones: -Conexión de más de un terminal para diferentes servicios a una linea de abonado. -Operación simultánea de varios terminales de un mismo abonado. -Llamada selectiva de un terminal al servicio solicitado. -Transmisión a larga distancia. Uno de los objetivos de la RDSI es que un pequeño conjunto de interfaces usuario-red compatibles pueda hacer frente económicamente a esta amplia gama de aplicaciones de usuario, de equipos y configuraciones. En la definición de requisitos para el acceso del usuario a la RDSI, la UIT-T utiliza una configuración de referencia basada en dos conceptos: Grupos funcionales: conjunto de funciones que pueden ser realizadas por un solo equipo y que son necesarias en las disposiciones de acceso. Puntos de referencia: es un punto conceptual en la conjunción de dos grupos funcionales que no se superponen. Puede representar interfaces reales ( físicos o virtuales) La idea es agrupar funciones que suelen ser realizadas en un mismo equipo (o parte de un equipo) de forma que sea posible la independencia entre grupos. Así, mejoras técnicas en un grupo pueden realizarse independientemente de otro grupo si se mantienen los estándares de los puntos de referencia. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 57

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

PUNTOS DE REFERENCIA Y GRUPOS FUNCIONALES S/T TE1

U

CENTRAL LOCAL

NT1/2

4 hilos Bucle de Abonado

2 hilos TE1 S

T NT2

R TE2

TA

U NT1

CENTRAL LOCAL

4 hilos Bucle de Abonado

USUARIO

COMPAÑÍA OPERADORA

Nota: Considerar con cautela la definición de grupos funcionales y puntos de referencia, porque no siempre se traducen en una diferencia física. Según las configuraciones, hay puntos de referencia que a veces coinciden, o grupos funcionales que desaparecen totalmente.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 58

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

Ejemplos de configuraciones e implementaciones del interfaz usuario-red

Unidad III. Conmutaci贸n de Circuitos - 59

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

GRUPOS FUNCIONALES TR1 (NT1)

Terminación de red 1

Incluye funciones que pueden considerarse pertenecientes al nivel 1 del marco de referencia OSI. Realiza funciones asociadas con la terminación eléctrica y física de la red: terminación de la línea de transmisión digital, control de calidad de la transmisión, sincronización de las instalaciones de usuario con respecto a la red, transferencia de alimentación de potencia y multiplexación de conexiones físicas. La TR1 puede ser controlada por el proveedor de RDSI y constituye una frontera entre la red publica y la privada. Esta frontera aísla al usuario de la tecnología del bucle de abonado y presenta un nuevo conector físico para el usuario Sobre el conector se puede insertar un bus pasivo, que puede soportar 8 teléfonos RDSI así como terminales, alarmas y otros dispositivos de la misma forma que se conectan a una LAN. TR2 (NT2)

Terminación de red2

Realiza funciones de usuario hasta el nivel 3 del Modelo de Referencia OSI, como conmutación local (para llamadas internas a la instalación), concentración de tráfico hacia la red o encaminamiento, multiplexación de canales de conversación y señalización, mantenimiento de la instalación de usuario. Ejemplos característicos de implementaciones de TR2 son las centralitas de conmutación privadas (PBX), los concentradores, los multiplexadores estadísticos y los puentes o enrutadores que interconectan una red de área local a RDSI. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 60

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

ET1 (TE1) Equipo terminal de tipo 1 Son terminales diseñados para conectarse directamente a la RDSI, es decir, terminales que cumplen la interfaz estándar de RDSI (Ej: teléfonos digitales, terminales integrados de voz y datos, equipos facsímil grupo 4, etc). ET2 (TE2) Equipo terminal de tipo 2 Abarca los dispositivos no compatibles con RDSI: teléfonos analógicos, ordenadores personales, terminales con interfaz V.35, V.24, etc. Estos equipos necesitan un adaptador de terminal para conectarse a la red RDSI. AT (TA)

Adaptador de terminales

Proporciona compatibilidad RDSI a los equipos no RDSI. Por ejemplo, los adaptadores para acoplar terminales V.35 y V.24 a RDSI. PUNTOS DE REFERENCIA Punto de referencia R Interfaz funcional entre un equipo ET2 (equipo no RDSI) y el AT. Puede haber múltiples posibilidades para ella. Cada fabricante, en principio, puede definir la suya. La interfaz R existe básicamente para tener compatibilidad con terminales basados en estándares anteriores a la RDSI.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 61

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

Punto de referencia S Define la comunicación entre los grupos funcionales ET1 y TR2. Aísla los equipos terminales de usuario de las funciones de conmunicación relacionadas con la red. Punto de referencia T El punto de referencia T es eléctricamente el mismo que el S y esta situado entre el TR2 y el TR1. Normalmente separa los equipos proporcionados por el operador de red de los equipos del usuario. En la práctica las interfaces S y T pueden considerarse idénticas y en muchos casos son referenciadas como la interfaz S/T. La temporización de bits y octetos, la eliminación de potencia, la activación y desactivación y la petición y permiso para acceder al canal de señalización con el fin de transmitir datos se realizan a través de esta interfaz. Punto de referencia U El punto de referencia U define la estructura de la transmisión dúplex en el bucle de abonado. En realidad no se ha llegado a estandarizar, dejando que se defina a nivel nacional. BUS PASIVO S0 Característica clave del punto de referencia S en el Acceso a Velocidad Básica. Permite que hasta ocho dispositivos, ET1s o ATs, se conecten a una sola línea. Esto difiere de la tecnología de centralitas digitales previa, que solo soportaba un dispositivo por línea. A primera vista, se podría confundir el bus pasivo con una red de área local, pero los dispositivos del bus usan una técnica para compartir el acceso a la red, no para comunicarse entre ellos. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 62

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III.1 RDSI.

ESTRUCTURA

Si un teléfono, un fax y un ordenador comparten una misma línea dentro de una oficina solo dos de ellos pueden utilizarla simultáneamente (2 canales B). En una oficina con dos escritorios adyacentes se podría compartir una línea, con un teléfono y un ordenador para cada escritorio pero, si queremos comunicar estos dos ordenadores entre ellos, ocuparemos los 2 canales B, y no podrá entrar o generarse ninguna llamada telefónica hasta que se liberen. Por lo tanto el ahorro en número de líneas es a coste de una cierta probabilidad de encontrar la línea ocupada. En la práctica pocos clientes instalan más de dos dispositivos en línea FAX G3

ACCESO BÁSICO

TA S/T

NT1

2B+D 192Kbps 4 hilos

FAX G3

U

Bucle de Abonado 160Kbps (2hilos) CENTRAL LOCAL

ACCESO PRIMARIO

TA S

2B+D 192Kbps 4 hilos

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 63

CENTRAL DIGITAL (NT2)

T

30B+D 2048 Kbps

NT1

U

Sistema MIC 2 Mbps

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS Una sola pila de protocolos no sirve para representar todas las funciones requeridas en RDSI. Por tanto ITU-T define el modelo de referencia I.320, compuesto de 2 pilas de protocolos: Bloque de protocolos de usuario: rige la transferencia de información. Bloque de protocolos de control: utilizado para soportar la señalización RDSI. Establecimiento y terminación de conexiones. Control de llamadas ya establecidas. Control de llamadas multimedia. Provisión de servicio suplementarios. El modelo de referencia de RDSI incluye un plano de gestión que permite el control de parámetros y modo de operación de sistemas remotos y que permite al sistema local recopilar datos de configuración y operación para enviarselos a un sistema de gestión. Modelo de referencia desarrollado por ITU-T

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 64

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

La señalización es función del canal D aunque puede soportar aplicaciones de telemetría y conmutación de paquetes. Sobre el canal D se definen los tres niveles bajos de la arquitectura OSI. El nivel físico: definido en las recomendaciones I.430 e I.431, define la interfaz física (características eléctricas, tipo de conector, codificación de línea y entramado). Como los canales B y D se multiplexan en tiempo sobre la misma interfaz física, estos estándares se aplican a ambos canales. El nivel2 , describe los procedimientos que aseguran la comunicación libre de errores sobre el enlace físico y define la conexión lógica entre usuario y la red. El protocolo de nivel2 es el LAPD (basado en el HDLC). El nivel 3: basado en la recomendación Q.931, define la interfaz y mensajes de señalización entre el usuario y la red. Si el canal D proporciona servicio de conmutación de paquetes, se utiliza el protocolo X.25 que sirve para establecer circuitos virtuales con otros usuarios en el canal D e intercambiar datos empaquetados (X.25 se transmite en las tramas LAPD). El canal B puede utilizarse para conmutación de circuitos, circuitos semipermanentes o Aplicación conmutación de paquetes

Protocolos de la RDSI en la interfaz usuario-red

Presentación Señalización de usuario extremo a Sesión extremo Transporte Red

Q.931

X.25

Por definir Frame Relay

LAPD (Q.921)

Enlace

X.25 I.465/V.120

LAPB

I430 Interfaz a velocidad básica + I431 Interfaz a velocidad primaria

Físico

Control

Paquetes Canal D

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 65

Telemetría

C. Circuitos

Semi permanente

C. Paquetes

Canales B y H

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Protocolos y configuración de red para conmutación de circuitos sobre el canal B. Datos Canal B B

Terminal Señalización Central local Canal D

SS SS Central de tránsito 7 Controladores 7

Terminal D Central local

canal D

7

7

6

6

5

5

Protocolos sobre 4 CANAL B 3

4 3

2

2

1

1

4 y superiores 3 Protocolos sobre 2 CANAL D 1

3 2

4

Señalización por canal común SS7

1 4

3

3

2

2

1

1

Canal B: transmisión transparente de datos de usuario. Es servido por el NT1 o NT2 utilizando solo funcionalidades de nivel 1. Canal D: intercambio de información de control entre usuario y red para el establecimiento y terminación de llamadas utilizando el protocolo de nivel 3, Q.931.. El establecimiento de la conexión implica la cooperación entre los conmutadores internos, utilizando el sistema de señalización SS7.

Conexión semipermanente. Igual que en las conexiones por conmutación de circuitos, se proporcionan solo funcionalidades de nivel 1. No obstante, ITU-T ha desarrollado la recomendación I.465/V.120 que proporciona una función de enlace que puede ser utilizada por los usuarios de RDSI, si lo desean. No es necesario protocolo de control de llamada ya que la conexión ya existe (ha sido establecida en el canal B mediante procedimientos del plano de gestión). Unidad III. Conmutación de Circuitos - 66

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Servicios de conmutación de paquetes Dos posibilidades: *La capacidad de conmutación de paquetes la proporciona una red independiente (servicio sobre canal B). *La capacidad de conmutación de paquetes está integrada en RDSI (puede utilizarse sobre el canal B o D). Conmutación de paquetes por medio de una red independiente (Sobre el canal B) Tanto el usuario como la red de paquetes deben conectarse como abonados de la RDSI. En el caso de la red de conmutación de paquetes se conectarán uno o más nodos de conmutación (manejadores de paquetes) que podemos considerar como DCE’s. El abonado RDSI asume el papel de DTE, con lo cual la RDSI solamente proporciona la conexión entre DTE y DCE X.25. La conexión entre un usuario y el manejador de paquetes puede ser : Semipermanente: la conexión siempre existe y el usuario puede utilizar libremente X.25 para establecer un circuito virtual con cualquier usuario conectado a la red de paquetes. A través de un circuito conmutado: en este caso tienen lugar los siguientes pasos: * El usuario solicita ,mediante el protocolo de control de llamada del canal D (Q.931) , una conexión de conmutación de circuitos con el manejador de paquetes en el canal B. * RDSI establece la conexión y se lo notifica al usuario mediante un protocolo de control de llamada del canal D. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 67

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

* El usuario establece un circuito virtual con otro usuario en el canal B, mediante un procedimiento de establecimiento de llamada de X.25. Para eso se necesita un conexión previa a nivel de enlace, mediante LAPB, entre el usuario y el manejador de paquetes. * El usuario finaliza el circuito virtual utilizando X.25 en el canal B. * Después de una o más llamadas virtuales en el canal B, el usuario indica mediante el canal D, la finalización de la conexión por conmutación de circuitos. LAPB + NIVEL DE PAQUETE X.25 LAPD + I.451/Q.931

LAPD + I.451/Q.931

X.25 DTE

TA

NT

Canal B bajo demanda

ET

ET

TA

NT

Canal B semipermanente

X.25 DCE

RED CONMUTACIÓN PAQUETES

RDSI X.25 DTE

AU

Canal B bajo demanda

ET

Canal B semipermanente

AU

X.25 DCE

LAPB + NIVEL DE PAQUETE X.25 AU= Unidad de acceso RDSI.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 68

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Conmutación de paquetes proporcionada por RDSI En el canal B la conexión al conmutador de paquetes puede ser conmutada o semipermanente Datos Canal B B

Terminal

Conm

Conm

Conm

Paquetes

Paquetes

Paquetes

Señalización Central local Canal D

Central de tránsito

Terminal Central local

D

Controladores canal D

7

7

6

6

5 Protocolos 4 sobre CANAL B 3

5

2

2

1

1

Protocolos sobre CANAL D

4 3

3

3

3

3

2

2

2

2

1

1

1

1

Señalización para el acceso a modo paquete

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 69

Señalización para el acceso a modo paquete

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

En el canal D, RDSI proporciona una conexión semipermanente con el conmutador de paquetes. El usuario usa X.25 (sobre LAPD) para establecer un circuito virtual.

Terminal Central local

Conm

Conm

Conm

Paquetes

Paquetes

Paquetes

Terminal Central local

Central de tránsito

Controladores canal D

Protocolos sobre CANAL D

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

LAPB + NIVEL DE PAQUETE X.25 LAPD + I.451/Q.931

X.25 DTE

TA

NT

Canal B bajo demanda

ET

PH

RED PÚBLICA DE CONMUTACIÓN DE PAQUETES

LAPB + NIVEL DE PAQUETE X.25

X.25 DTE

TA

NT

X.25 DTE

TA

NT

Canal B semipermanente

Canal D

LAPD

ET

RED PÚBLICA DE CONMUTACIÓN DE PAQUETES

ET RDSI

NIVEL DE PAQUETE X.25

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 70

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Nivel 1: FÍSICO (Velocidad básica) El nivel físico del acceso a velocidad básica depende del punto de referencia en que nos fijemos. El punto de referencia U, es una conexión digital de 2 hilos a 160Kbps (144Kbps+bits de sincronización y mantenimiento). Los puntos de referencia S y T comparten la misma especificación de nivel físico. Se trata de una interfaz de 4 hilos, en la que cada par soporta una transmisión simplex a 192Kbps (144Kbps+ capacidad extra para entramado y sincronización). Se utiliza un par para cada sentido, obteniendo la comunicación dúplex. La codificación de línea es pseudoternaria (el uno se representa por la ausencia de señal de línea, mientras que el cero se representa por un impulso positivo o negativo, alternativamente. Se utilizan violaciones de la norma para evitar la formación de corriente continua). El formato de trama es de 48 bits (250µseg). Cada trama consta de 16 bits para cada canal B, 4 bits para el canal D y el resto proporcionan funciones de entramado, equilibrado de continua o control.

Acceso básico. Estructura de trama en los puntos de referencia S y T.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 71

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

La sincronización entre los dos sentidos de transmisión es tal que el principio de trama que va desde la red a un equipo terminal se produce 2 tiempos de bit antes que el principio de una trama en sentido contrario. La posibilidad de conexión de diversos equipos terminales en las interfaces S y T (hasta ocho) en configuración de bus pasivo hace necesaria la resolución de conflictos en el uso del medio de transmisión. En los canales B no hay conflicto ya que un equipo terminal no lo utilizará a menos que el terminal de red se lo permita. En el canal D de entrada (terminal de red a equipos terminales) podría haber conflicto si no se supiera a que equipo terminal va dirigida la información. Sin embargo, el nivel de enlace de datos resolverá esta cuestión utilizando direccionamiento explícito a un cierto equipo terminal. Así pues, el único canal que debe ser regulado es el canal D de salida. El método es el siguiente: *Si un ET no tiene información de canal D a enviar, no genera señal de línea. *El TR refleja los bits de canal D de salida en los bits de eco del canal D (bits E) de la trama de entrada. *Cuando un ET dispone de información de canal D, escucha antes de enviar hasta detectar un cierto número umbral de bits E consecutivos sin señal. Si los detecta, realiza la transmisión. En caso contrario, asume que algún otro ET esta usando el canal y espera. *Si dos terminales empiezan la transmisión al mismo tiempo, pueden percatarse del conflicto monitorizando los bits E y comprobando si son iguales a sus bits de canal D. Si no hay coincidencia, se para la transmisión y se espera. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 72

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Nivel 1: FÍSICO (Acceso primario)

Acceso primario

Nivel 2: ENLACE El nivel de enlace depende del canal con que trabajemos. La ITU-T ha especificado el protocolo LAPD a utilizar en el canal D. En el canal B, en cambio, la situación depende del tipo de conexión. Conmutación de paquetes, se utiliza el protocolo LAPB, que es el protocolo de nivel 2 definido en el estándar X.25. Conmutación de circuitos, los abonados pueden escoger libremente el protocolo a utilizar, aunque existen recomendaciones en el estándar de RDSI que sugieren un protocolo similar a LAPD.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 73

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

LAPD Este protocolo permite la existencia de diversos terminales en la interfaz usuario-red. Esta basado en el protocolo LAPB de X.25, que a su vez está basado en el protocolo HDLC. Proporciona dos tipos de servicio: •Sin reconocimiento: La recepción de tramas no se reconoce explícitamente, por lo que el servicio no es fiable. Además no hay control de flujo ni de errores. Permite la transmisión punto a punto y broadcast. Se utiliza para transferencia rápida de datos, especialmente para mensajes de alarma o mensajes de control que han de llegar a varios terminales. •Con reconocimiento: el más utilizado, necesita el establecimiento de una conexión lógica entre los receptores del servicio. Se utiliza control de flujo y de errores, y se mantiene el orden de envío de los mensajes. Los mensajes se estructuran en forma de tramas, cuyo formato es: Marca

Dirección

Control

Datos

FCS

Marca

8 bits

16

8 ó 16

Variable

16

8

• Formato de la trama LAPD

1

2

0

C/R

3

4

5

6

7

8

SAPI

9 1

10

11

12

13

14

15

16

TEI

• Formato del campo de dirección

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 74

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

La trama tiene unos campos delimitadores que indican el principio y el final. Utilizan la secuencia de bits 01111110, que nunca se producirá en el interior de la trama (utilizando relleno de bits, si es necesario). El campo de dirección permite distinguir entre equipos terminales e incluso entre tipos de tráfico dentro de un mismo equipo terminal. Para ello, la dirección tiene dos partes: el identificador SAPI (Service Access Point Identifier) y el identificador TEI (Terminal Endpoint Identifier). El TEI identifica el equipo. La asignación puede hacerse manual o automáticamente. El SAPI identifica una entidad de nivel 3 dentro de un cierto equipo. Los posibles valores de TEI y SAPI se pueden ver en la tabla . Asignación de SAPI

La combinación de SAPI y TEI se conoce como DLCI (Data Link Connection Identifier). LAPD permite que existan diversas conexiones lógicas en el canal D, pero cada una de ellas debe referirse a un par distinto de DLCIs. El bit C/R nos indica si el mensaje es una orden o una respuesta.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 75

Valor de SAPI

Protocolo o entidad de gestión relacionada

0

Procedimientos de control de llamada

16

Conexión modo paquete según X.25

32-61

Conexión Frame Relay

63

Procedimientos de gestión de nivel 2

Resto

Reservados

Asignación de TEI Valor de TEI

Tipo de usuario

0-63

Equipo sin asignación automática de TEI

64-126

Equipo con asignación automática de TEI

127

A utilizar durante la asignación automática

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

El campo de control depende del tipo de trama. LAPD define tres tipos de tramas. Las tramas de Transporte de Información (tramas I) llevan los datos de usuario así como datos de control de errores y de flujo. Las tramas de Supervisión (tramas S) se utilizan para el mecanismo de retransmisión. Las tramas no numeradas (tramas U) se utilizan básicamente para el servicio sin reconocimiento. Formato campo de control

Nombre de Trama

Tipo C/R

Octetos del campo de control

Tramas I

I (Information)

C

2

RR (Receive Ready)

CóR

2

RNR (Receive Not Ready)

CóR

2

REJ (Reject)

CóR

2

SABME (Set Async. Balanced Mode Extended)

C

1

DM (Disconnect Mode)

R

1

UI (Unnumbered Information)

C

1

DISC (Disconnect)

C

1

UA (Unnumbered Acknowledgement)

R

1

FRMR (Frame Reject)

R

1

XID (Exchange Identification)

CóR

1

Tramas S

Tramas U

El campo de Información, disponible únicamente en tramas I y U, está formado por los datos de usuario. Aunque su longitud es variable, ésta debe ser igual a un número entero de octetos. El campo FCS (Frame-Check Sequence) contiene un código de redundancia cíclica que permite detectar errores en el resto de la trama. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 76

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Establecimiento del nivel de enlace El proceso de establecimiento del nivel 2 es muy similar al de X.25 LAP-B.  El ET y la red inicialmente intercambian tramas Receive Ready (RR) para iniciar una conexión.  El ET envía una trama de información no numerada (UI) con un SAPI de 63 (management procedure, query network) y TEI de 127 (broadcast)  La red asigna un TEI disponible (en el rango 64-126)  El ET manda una trama SABME (Set Asynchronous Balanced Mode) con un SAPI de 0 (control de llamada, usada para iniciar un SETUP) y un TEI con el valor asignado por la red.  La red responde con un asentimiento no numerado (UA), SAPI=0, TEI=asignado.  En este punto la conexión esta lista para el establecimiento de nivel 3.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 77

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Nivel 3: RED El protocolo de nivel de red de la RDSI es el Q.931. Proporciona control de llamadas fuera de banda para los canales B (también para los canales H). Se utiliza tanto para comunicaciones de conmutación de circuitos como conmutación de paquetes. Q.931 utiliza el servicio de LAPD para enviar sus mensajes en el canal D (cada mensaje de Q.931 se encapsula en una trama de LAPD). El intercambio de estos mensajes entre el usuario y la red permite el establecimiento, control y finalización de una conexión de red lógica. El formato de los mensajes se indica en la figura. Campos Discriminador de protocolo:identificador que nos permite diferenciar los mensajes de control de llamadas (propios del Q.931) de otros tipos de mensajes definidos por otros protocolos (por ejemplo, X.25 o un protocolo particular de dos usuarios). Valor de la referencia de llamada identifica el canal B o H al que se refiere el mensaje. Su longitud es de un octeto para canales B y dos para canales H. Su valor es asignado por la entidad que origina la llamada y permanece fijo mientras dure la conexión. Este valor sólo tiene validez local, en la interfaz usuario-red. En el otro extremo de la conexión el valor utilizado puede ser distinto.

8

7

6

5

4

3

2

Discriminador de protocolo 0

0

0

0

Longitud valor de referencia de llamada

Bandera

Valor de referencia de llamada

0

Tipo de mensaje

Otros elementos de información, según necesidad

Bandera de referencia de llamada :indica que lado inició la conexión: la entidad origen le da un valor 0, la entidad destino un valor 1. Tipo de mensaje especifica una orden o respuesta Unidad III. Conmutación de Circuitos - 78

1

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Ejemplo de procedimiento de llamada en modo conmutación de circuitos. Conmutadores RDSI Equipo terminal A

Usuario A Descolgar

Equipo terminal B

Usuario B

Establecer Establecer

Establecer ack Info

Aviso

Llamada en proceso Indicación de llamada en el extremo opuesto Indicación de llamada en el extremo opuesto detenida

Aviso Conexión

Timbre Descolgar

Conexión ack

Conexión Conexión ack

Flujo de datos Desconexión

Terminal llamado cuelga

Desconexión Liberación

Liberación

Colgar

Liberación completa

Liberación completa

Terminal llamante cuelga

Colgar

Desconexión Liberación Liberación completa

Desconexión Liberación Liberación completa

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 79

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III.1 RDSI.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Tipos de mensajes en una conexi贸n por conmutaci贸n de circuitos. (Q. 931)

Unidad III. Conmutaci贸n de Circuitos - 80

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III.1 RDSI.

APLICACIONES RDSI

APLICACIONES DE RDSI •Comunicaciones de datos punto a punto. •Transmisiones de imagen, sonido y datos de manera simultánea. •Back-up de circuitos. •Interconexión de redes de área local. •Acceso a servicios de Internet e Intranet. •Interconexión de centralitas. •Comunicaciones de voz de alto tráfico.

LAN

RDSI

Router

Proveedor de servicios de Internet

Router

LAN

Adaptador RDSI

INTERNET

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 81

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III.2 CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS. GSM. Introducción a la Telefonía Celular. GSM. Aspectos relevantes. GSM. Especificaciones básicas. GSM. Estructura. Interfaces. Arquitectura funcional. Canales. Lógicos. Físicos. Arquitectura de protocolos. Procedimientos Handover. Gestión de la movilidad. Localización. Gestión de la conexión. Llamadas. Servicios de telecomunicación.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 82

Arquitectura de Redes


III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. TELEFONÍA MÓVIL CELULAR JUSTIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA CELULAR Las comunicaciones móviles tradicionales tratan de maximizar la zona de cobertura con una sola estación base utilizando transmisores de alta potencia en puntos altos de un área geográfica. La eficiencia en términos de número de canales por unidad de superficie es pequeña.

Eficiencia η =

N S (superficie de la zona de cobertura)

Número de canales N =

BT (Ancho de banda total del sistema) BC (Banda del canal)

Cada móvil necesita un canal de subida y otro de bajada. Por tanto el sistema funciona bien siempre y cuando la demanda sea pequeña. Si el número de usuarios es elevado se hace necesario un ancho de banda muy grande.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 83

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. Solución: Filosofía celular Instalar un buen número de transmisores en zonas geográficamente diferentes y reducir la potencia de emisión de cada uno de ellos de forma que cada uno cubre una pequeña porción de superficie, CELDA. En teoría al reducir las áreas de cobertura, creando un gran número de celdas pequeñas, parece factible reusar las mismas frecuencias en celdas diferentes. Los N canales ubicables en una única celda de gran cobertura pueden reutilizarse en n celdas disjuntas proporcionando n*N canales.

R

Sistema celular

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 84

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. Sin embargo hay algunas limitaciones prácticas: •No pueden usarse las mismas frecuencias en todas las celdas debido a la INTERFERENCIA COCANAL (interferencia entre canales operando sobre la misma frecuencia) que aparece debido a la propagación de las señales. Es preciso saltar varias celdas antes de reusar la misma frecuencia y determinar la distancia de reuso conveniente en función de las condiciones de propagación y del nivel de relación señal útil/señal interferente, CIR, mínima requerida por el sistema. 2

Sistemas analógicos

CIR =

Señal útil > 18dB Señal interferente

2 7

7

4

6

D

2

5 2

7

7

1

3 1

3

4

6 4

6

CIR > 10dB

4

6

5

Sistemas digitales

1

3 1

3

5

5

D= distancia de reuso Unidad III. Conmutación de Circuitos - 85

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. •El sistema ha de garantizar la continuidad de la comunicación cuando una conversación telefónica es sostenida por un vehículo en movimiento que atraviesa varias celdas. En caso de que haya interrupciones estas deben ser prácticamente inapreciables para los interlocutores Para solucionar el problema se traspasa la conversación del canal de una celda a otro canal en una de las celdas vecinas (traspaso de llamada o HANDOVER). Mediante continuas medidas de los niveles de señal recibidos en los receptores del móvil y de la red, el sistema debe ser capaz de: -Determinar cuando un vehículo con una llamada en curso pasa de una celda a otra. -Conmutar la llamada del canal de la primera celda a un canal libre en la segunda. Se requieren: -Métodos para determinar a cual de las posibles celdas vecinas el móvil ha ido. -Métodos rápidos de liberación de canales y restablecimiento de llamadas.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 86

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. Fragmentación celular Permite al sistema adaptarse a crecimientos en el número de abonados. Cuando el tráfico alcanza cotas de servicio insatisfactorias, la celda o celdas afectadas pueden subdividirse en celdas más pequeñas con potencias de transmisión más reducidas. El reuso de frecuencias puede repetirse a escala reducida. Podemos tener entornos macro, micro o picocelulares en función del volumen de tráfico que deba cursarse.

Celdas grandes para áreas poco pobladas

Celdas pequeñas para áreas de alta densidad de tráfico

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 87

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. ANOMALIAS EN RADIOCANALES MÓVILES •Ruido. Ruido térmico de los dispositivos. •Interferencias. Cocanal. Debidas a las señales procedentes de otras estaciones base que tienen asignada la misma frecuencia. Canal Adyacente. Debidas a comunicaciones que tienen asignada una frecuente contigua en el espectro. Interesa evitar el uso de frecuencias adyacentes dentro de una misma celda •Atenuación por propagación. Lenta:

Debida a la distancia

Precibida = α

Ptransmitida rγ

2 en espacio abierto γ = 3 − 4 con propagación multicamino

Bloqueo o sombras. Las señales son bloqueadas por grandes estructuras . Distribución lognormal de la amplitud de la señal. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 88

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. Rápida: Propagación multicamino (desvanecimientos Rayleigh). Debido a reflexiones de la señal en los edificios y obstáculos en general la señal viaja desde el transmisor al receptor por caminos diversos de diferentes longitudes. Cuando un extremo del canal de comunicación se mueve las fases de las señales que llegan por varios caminos son favorables en determinadas posiciones (señales constructivas, se suman) mientras que en otras son destructivas. A medida que el terminal se mueve la señal recibida varía de forma errática e impredecible en un rango de 20 o 30dB. Cuando la frecuencia de emisión es alta y la velocidad del móvil relativamente alta estos desvanecimientos tiene lugar de forma rápida. Distribución Rayleigh de la amplitud de la señal.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 89

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III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. GEOMETRÍA CELULAR Necesidad de geometrías celulares homogéneas que faciliten la planificación frecuencial y la adaptación del sistema a futuros incrementos de tráfico. Modelos de celdas: hexágonos, cuadrados o triángulos equiláteros ( se desecha la geometría circular porque hace que aparezcan áreas no cubiertas o en caso contrario áreas atendidas por más de una célula). Objetivo: coger una determinada frecuencia y reutilizarla al máximo a una determinada distancia. Una vez determinadas todas las células cocanales más próximas se trata de repetir la misma configuración para otra celda (frecuencia). 2

2 7

CLUSTER : agrupación de celdas en las que se utilizan frecuencias diferentes. Distancia entre clusters. Distancia de reuso. Distancia entre dos celdas que tienen asignadas la misma frecuencia o grupo de frecuencias.

7 1

3 1

2

5 2

5

D

4

6 4

6

3

7

7 1

3 1

4

6 4

6

3

5

5 D= distancia de reuso

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 90

Arquitectura de Redes


III.2 Introducción a la telefonía móvil celular. El número de celdas del cluster determina la calidad del sistema. A mayor número de celdas por cluster mayor CIR, pero también mayor distancia de reuso, lo que se traduce en menor eficiencia espectral. COMPROMISO Se puede aumentar la calidad (CIR) utilizando antenas directivas. Cada celda se divide en 3 o 6 sectores. La SECTORIZACIÓN aumenta la eficiencia pero también el número de traspasos. A C 4

2

5 2

7

1 4

4

6

4

6

4

6 2

5

3 5

7

Antenas omnidireccionales Unidad III. Conmutación de Circuitos - 91

1

3 4

6

7

5

4

3 1

3

6

4

6

7

1

3

1 2

5 2

5

7

1

4

6

5

7 3

5

1

3

2 4

6

7

1

3

1

6 2

5

2

5

7

4

7 3

2

5

B

5

1

3 6

6

4

6 5 2

5 7

Sectorización 120º Arquitectura de Redes


III.2 SISTEMAS MÓVILES SISTEMAS MÓVILES 1ª Generación. Analógicos AMPS TACS NMT NTT

Advanced Mobile Phone Source. Total Access Communication Systems. Nordic Mobile Telephone. Nipon Telephone and Telecommunications.

2ª Generación. Digitales GSM

Global System for Mobile Communications

3ª Generación. Digitales + integración de servicios. UMTS

Universal Mobile Telecomunication System

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 92

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ASPECTOS RELEVANTES

SISTEMA GSM (Global System for Mobile Communications) ASPECTOS RELEVANTES: La tecnología digital permite: -

Transmisión de datos con distintas velocidades binarias.

-

Posibilidad de interconexión con RDSI.

-

Implantación de sistemas criptográficos que mejoran la seguridad de la transmisión de la voz

-

Implantación de técnicas de acceso múltiple que permiten aumentar considerablemente el número de canales disponibles para las mismas frecuencias asignadas que en el caso analógico.

-

Mejoras en la calidad de servicio al incorporar códigos para control de errores y técnicas de ecualización.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 93

Arquitectura de Redes


III.2 GSM. -

ASPECTOS RELEVANTES

Mayor calidad en presencia de interferencias. Ello redunda en una reducción de la distancia de reuso y en consecuencia en una mayor capacidad del sistema entendida como tráfico por unidad de superficie.

-

Mayor eficacia de las baterías de los portátiles. Reducción del volumen y consumo de los terminales.

-

Capacidad de seguimiento automático, tanto nacional como internacional.

-

Mayores facilidades que los sistemas anteriores.

-

Utilización de los sistemas de señalización avanzados.

-

Coste para el usuario no superiores a los sistemas anteriores.

-

Posibilidad de coexistencia con la primera generación de sistemas móviles, utilizando los mismo emplazamientos de estaciones base.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 94

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESPECIFICACIONES BÁSICAS

ESPECIFICACIONES BÁSICAS •Estructura celular sectorizada. •Bandas de frecuencia:

Canal ascendente ( móvil-base) de 890-915 Mhz Canal descendente (base-móvil) de 935-960 Mhz

•Transmisión duplex: La transmisión y recepción se efectúa a través de dos canales separados en frecuencia 45MHz. •Separación entre portadoras 200 KHz. Por tanto el sistema cuenta con 124 parejas de portadoras (Transmisión/Recepción). •Acceso múltiple TDMA sobre cada portadora. Cada portadora sustenta una trama, constituida por 8 intervalos de tiempo (slots). La duración de cada intervalo es de 0.577ms. •Modulación GMSK •Canales de tráfico: Se establecen canales para tráfico de voz y datos. Canales de voz: A 13kbps Canales de datos: a 2.4, 4.8 y 9.6 Kbps. •Señalización entre las estaciones base y la MSC similar a la de RDSI. Sistema de señalización SS7. •Seguridad Cifrado de las comunicaciones de voz y datos y un complejo sistema de autenticación para el acceso al sistema por parte de los terminales. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 95

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA

ESTRUCTURA GSM El sistema GSM es estructura en:

Entidades funcionales. Interfaces. La arquitectura funcional define las entidades que tienen a su cargo la ejecución de funciones definidas del sistema. Los interfaces establecen fronteras de repartición funcional. Se han definido dos interfaces básicos: •Interfaz de línea – interfaz A. Separa el centro de conmutación (MSC) del Sistema de Estación Base (BSS). Hay un interfaz adicional entre el controlador de estación base (BSC) y el transceptor de estación base (BTS) denominado interfaz A-bis Ambas entidades funcionales pueden estar físicamente separadas. El interfaz A separa las funciones relativas a los aspectos de red y conmutación (asociadas al MSC, VLR y HLR) y las relacionadas con los aspectos radioeléctricos (BSS). Las funciones básicas relativas a los aspectos de red son: -Autentificación. Localización. -Radiobúsqueda (paging). -Interfuncionamiento con redes asociadas (RTC-Red Telefónica Pública Conmutada y RDSIRed Digital de Servicios Integrados). •Interfaz radio. Delimita la frontera entre la estación base y las estaciones móviles. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 96

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA

Interface A

OMC

Interface Abis

Interface Um

VLR

MSC

BTS

HLR AUC MSC

BSC BTS

GMSC VLR

VLR

RTC RDSI

BSS

BTS

Estructura GSM Unidad III. Conmutaci贸n de Circuitos - 97

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

La arquitectura funcional •MS+BSS •NSS •OSS

→ → →

MÓVIL Y ESTACIÓN BASE CENTRAL DE CONMUTACIÓN Y BASE DE DATOS MANTENIMIENTO DEL SISTEMA

MS (Mobile Station) → TERMINAL + SIM *ME

(Mobile Equipment)

-

Puede proporcionar un inter<faz con el usuario humano (micrófono, auricular, pantalla y teclado para gestionar llamadas con transmisión de voz), ofrecer un interfaz con otros equipos terminales (fax, ordenadores personales, etc) o ambas. MT0

-

-

Puede incluir terminales RDSI conectados a través de los interfaces R o S definidos para esa red, ya sea directamente o a través de adaptadores de terminal. Proporciona potencias de nivel 2, 4, 8 y 20W.

TE1 TA

TE2 TE2

R

S S

MT1 MT1 MT2 Um

Configuraciones del móvil. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 98

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

*SIM

(Subscriber Identity Module).

-

Proporciona una identidad al terminal móvil dentro de la red. Contiene algoritmos de cifrado, datos de configuración (celda de localización, frecuencia de la base) Puede utilizarse la misma SIM en distintos terminales. Puede almacenar mensajes cortos provenientes de la red. Para proteger la SIM antes de usarla, los usuarios deben introducir un número de cuatro dígitos de identificación personal (PIN).

-

BSS (Base Station Sub-system) → BTS + BSC *BTS

(Base Transceiver Station)

-

Es el equivalente de la estación móvil dentro de la red celular. Representa su interfaz con la red. Proporciona únicamente funcionalidades radio. Comprende los dispositivos de transmisión y recepción radio. Tiene entre uno y 16 transmisores/receptores radio, uno para cada canal de RF. Se localiza habitualmente en el centro de la celda. La potencia que transmite determina el tamaño absoluto de la celda.

-

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 99

Arquitectura de Redes


III.2 GSM. -

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

Funciones: Formación del múltiplex GSM. Realiza medidas de las señal radio proveniente del móvil. Establece el enlace radio con el móvil (modulación, demodulación, codificación, igualación,etc). Sincronización.

*BSC

(Base Station Controller)

-

Monitoriza y controla varias estaciones base. Típicamente varias decenas. Su función principal es la de gestionar el interfaz radio entre BTS y MS, asignar y liberar canales y gestionar los procedimientos de traspaso dentro del área de servicio de BSS (HANDOVER INTRA-BSC). Supervisa los canales . El móvil mide la calidad del canal de bajada y la BTS el de subida. La información se envía a la BSC que decide el cambio de canal. Fija el contenido de los canales de radiodifusión y asigna los mensajes de paging. Realiza el control de potencia. La BSC puede estar situada en el mismo sitio que la BTS, estar sola o en el mismo sitio que el centro de conmutación móvil (MSC).

-

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 100

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

*TRAU

(Transcoder/Rate Adapter Unit)

-

Asociado funcionalmente a la BSS. Adapta la señal de voz específica de interfaz radio GSM (13Kbps) al formato utilizado en la red fija (64Kbps). Puede estar localizado en la BTS, BSC o MSC.

-

13Kbps

13Kbps

BTS

BTS

TRAU

16Kbps

64Kbps

BSC TRAU

13Kbps

BTS

16Kbps

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 101

BSC

TRAU

MSC

64Kbps

MSC

BSC

BSC

TRAU

MSC

64Kbps

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

NSS (Network and Switching Sub-system) → (G) MSC + HLR+VLR *GMSC (Gateway Mobile Services Switching Centre) -

-

Proporciona interfaces de la red móvil celular con la RTC o la RDSI. Es una central telefónica completa. Es capaz de enrutar, con ayuda de sus registros (HLR, VLR), las llamadas provenientes de la red fija , vía BSC y BTS, hacia la estación móvil. Establece también llamadas desde el móvil hacia la red fija y entre móviles. Es responsable de la gestión de movilidad (localización y autentificación) en conjunción con HLR y VLR). Controla varias BSC y gestiona los procedimientos de traspaso entre distintas BSC. Hace uso dela señalización SS7.

Si el tráfico en la red celular requiere más capacidad que la que puede dar la GMSC se hace uso de MSC’s

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 102

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

*MSC (Mobile Services Switching Centre) -

Las funciones son esencialmente las mismas que las de GMSC. La diferencia fundamental es que no tiene HLR.

*HLR

(Home Location Register)

-

Guarda la identidad y datos de usuario de todos los suscriptores pertenecientes a un área relacionada con una GMSC. Los datos pueden ser permanentes o temporales. Datos permanentes: IMSI ( International mobile subscriber number), número telefónico del usuario desde la red pública ( no es el mismo que el IMSI), clave de autentificación, servicios suplementarios permitidos al usuario. Datos temporales: Dirección de la VLR que administra en ese momento la estación móvil, el número al que deben ser redireccionadas las llamadas en caso de que dicho servicio esté habilitado, etc.

-

Registro de abonados locales.

VLR

(Visitor Location Register) Registro de visitantes.

-

Contiene datos relevantes de todos los móviles que están en ese momento localizados en la (G)MSC. Los datos permanentes son los mismos que los contenidos en el HLR.

-

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 103

Arquitectura de Redes


III.2 GSM. -

-

-

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

Los datos temporales difieren ligeramente. Por ejemplo: Contiene el TMSI (temporary mobile susbcriber identity), utilizado durante limitados periodos de tiempo para prevenir la transmisión de IMSI vía radio. Dicha sustitución sirve para proteger al usuario de intrusos maliciosos. Contiene datos de localización del móvil El VLR da soporte a la (G) MSC durante el proceso de establecimiento de llamada, el procedimiento de autentificación y proporciona datos específicos a los usuarios. La localización de los datos de usuario tanto en el VLR como en el HLR reduce el tráfico hacia el HLR. Otra razón para duplicar los datos es que cada una de las localizaciones sirve para un propósito distinto. El HLR proporciona al GMSC los datos necesarios acerca del usuario cuando la llamada se ha originado en la red fija. El VLR, sirve para proporcionar al (G)MSC los datos del usuario cuando la llamada se ha originado en el móvil.

Los datos de localización determinan el área de servicio en que se encuentra el abonado. Cuando se genera una llamada dirigida hacia un móvil, las centrales emiten mensajes de búsqueda (PAGING) en todas las celdas que componen el área de servicio Si el área de servicio es muy grande el proceso de búsqueda puede ser ineficiente, entonces se divide al área de servicio en áreas más pequeñas ( áreas de localización = A.L). Las celdas de una área de localización deben estar gestionas por una sola MSC. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 104

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ESTRUCTURA. ARQUITECTURA FUNCIONAL

Cuando un móvil cambia de área de localización tiene la obligación de comunicarselo a la red (aunque no exista llamada). PROCEDIMIENTO DE LOCALIZACIÓN. Si las AL son pequeñas han pocas búsquedas (PAGING) pero un gran número de localizaciones. COMPROMISO entre PAGING y LOCALIZACIONES *AUC

(Authentication Centre). Centro de autentificación.

-

Relacionado con el HLR. Proporciona al HLR el conjunto de parámetros necesarios para completar la autentificación del móvil. Conoce exactamente que algoritmo se debe utilizar en un usuario específico.

*EIR

Equipment Identity Register. Registro de identidad del terminal.

Se utiliza para impedir que un terminal que ha sido robado o un terminal que no este homologado sea utilizado en la red.

OSS (Operation Sub-system) *OMC

(Operation and Maintenance Centres) Centro de operación y mantenimiento.

-

Ejecuta funciones de supervisión técnica del sistema. Genera también estadísticas de servicio.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 105

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

CANALES LÓGICOS

CANALES LÓGICOS GSM ha de proporcionar varios tipos de canales, que pueden clasificarse en dos grupos: 1) Canales de TRÁFICO. TCH (Traffic Channel). Constituido físicamente por un par de portadoras y de intervalos de tiempo asignados a un móvil para efectuar una comunicación. Puede sustentar la transmisión de información de voz y datos, así como canales especiales de señalización asociada a la llamada que ocupan ciertos intervalos de la trama. Los canales de tráfico se dividen también de acuerdo a su velocidad en: Velocidad completa TCH/FS o Bm (Bearer mobile channel). Velocidad mitad TCH/HS o Lm ( Low mobile channel). 2)Canales de SEÑALIZACIÓN. Estos pueden subdividirse en: •Canales de difusión- BCH. (Broadcast) •BCCH (Broadcasting Control Channel) Es un canal que se transmite permanentemente para permitir la transferencia de parámetros del sistema e información general de la red, de la célula actual y las adyacentes, así como para el envío de ráfagas de sincronización. Permite al MS orientarse en el sistema. •SCH (Synchronization Channel). Sincronización de trama e identificación de estación base. •FCCH (Frequency Correction Channel). Información de corrección de frecuencia para

sincronización de la portadora en el móvil. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 106

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

CANALES LÓGICOS

•Canales comunes-CCCH. Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema. Están permanentemente a disposición de los terminales y utilizan un par de portadoras.Se dividen en: •RACH (Random Access Channel) (up). Por el que se cursan las peticiones del móvil a la red (ej: registro o establecimiento de la llamada- Protocolo ALOHA ranurado). •PCH (Paging Channel) (down). Donde se notifica a un móvil que está recibiendo una llamada. •AGCH (Access Grant Channel) (down). Utilizado para asignar al móvil los recursos que previamente había pedido. •Canales dedicados-DCCH. Son canales dedicados a funciones específicas y se asocian a cada comunicación. Utilizan un par de portadoras y se dividen en: •SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel). Canal bidireccional. Se utilizan para efectuar la transferencia de datos de usuario. •ACCH (Associated Control Channel). Canal bidireccional. Se utilizan siempre en conjunción con un canal dedicado (TCH o SDCCH) y transportan información necesaria para la comunicación. Se subdividen en: •FACCH (Fast Associated Control Channel). Transferencia de mensajes urgentes. •SACCH (Slow Associated Control Channel). Señalización durante la llamada. Ajuste de potencia. Medidas de calidad de canal. Arquitectura de Redes Unidad III. Conmutación de Circuitos - 107


III.2 GSM.

CANALES FÍSICOS

CANALES FÍSICOS Las bandas de frecuencias asignadas son: •Enlace MS-BS: 890-915 Mhz •Enlace BS-MS: 935-950 Mhz Las bandas están divididas en 124 pares de portadoras separadas 200KHZ, empezando por el par 890,2/935,2 MHz. Para una variante de GSM, el sistema DCS1800, las bandas de frecuencia son 1710-1785 y 1805-1880MHz. Cada portadora sustenta una trama de 4,615ms dividida en 8 intervalos de tiempo de 0,577ms. Cada canal físico está formado por un determinado slot en tramas TDMA consecutivas. El canal ascendente está retrasado tres slots con respecto al descendente. El MS transmite y recibe en instantes diferentes con lo cual no es necesario el uso de duplexores en la antena para separar la transmisión y recepción en el MS. Además de la recepción y transmisión se requiere la monitorización de las celdas vecinas para, en su caso, solicitar un cambio de celda. MS RX

2

3

4

5

6

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

1

2

MS TX

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

1

2

3

4

5

6

7

Monitorizacìón Unidad III. Conmutación de Circuitos - 108

23

23

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

CANALES FÍSICOS

La información se transmite dentro de cada intervalo de tiempo mediante ráfagas de bits de duración 0,546ms, para permitir pequeños desplazamientos de tiempo dentro del slot. Hay varios tipos de ráfagas: •Ráfaga de acceso. Tail 3

Training sequence 41

Information 36

Tail 3

-

Mucho más pequeña que el slot para compensar el retardo y evitar que se salga del slot. Para compensar el retardo se aplica el AVANCE TEMPORAL.

-

Motivos del acceso: Respuesta a un PAGING. Localización. Iniciativa del usuario (Attach, Dettach, inicio de una llamada). Acceso mediante ALOHA-RANURADO.

-

•Ráfaga normal de tráfico. Tail 3

Information 58

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 109

Training Sequence 26

Information 58

Tail 3 Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

CANALES FÍSICOS

•Ráfaga de sincronización, SCH. Tail 3

Information 39

Training Sequence 64

Information 39

Tail 3

•Ráfaga de corrección de frecuencia, FCCH. MULTIPLEXACIÓN DE CANALES LÓGICOS EN FÍSICOS Se definen distintos tipos de multiplexación: Para la realización de las multiplexaciones se utilizan estructuras multitrama de 26 y 51 tramas, que se combinan en estructuras jerárquicas de mayor nivel. La multitrama de 26 es utilizada para combinaciones de tráfico y la de 51 para señalización. •TCH/FS+SACCH T T T T T T T T T T T T S T T T T T T T T T T T T 0

11 12 13

24 25

•TCH/HS+SACCH •FCCH+SCH +BCCH+CCCH (PCH o AGCH)  X 0

BCCH

PAGCH

 X

•FCCH+SCH +CCCH+BCCH+SDCCH+SACCH •BCCH+PAGCH •SDCCH+SACCH Unidad III. Conmutación de Circuitos - 110

.................................... 51

 X

FCCH SCH

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

CANALES FÍSICOS

CANALES FÍSICOS HIPERTRAMA = 2048 SUPERTRAMAS

0

1

2

3

4

2042 2043 2044 2045 2046 2047

6

5

51 MULTITRAMAS DE 26 TRAMAS 1 SUPERTRAMA = 26 MULTITRAMAS DE 51 TRAMAS

0 0

1

2

3

48

1

49 50

24

MULTITRAMA DE 51 TRAMAS

MULTITRAMA DE 26 TRAMAS

0

1

2

3

25

23 24 25

0

1

2

3

48 49 50

TRAMA

0

1

2

3

4

5

6

7

SLOT

577µs Unidad III. Conmutación de Circuitos - 111

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

ARQUITECTURA GSM Interface A

Interface Abis

Interface Um

Controlador de Estaciรณn Base BSC

Estaciรณn Base BTS

Estaciรณn mรณvil

MSC

CM

CM

MM

MM RR

RR RR

RSM

BSSMAP

BSSMAP/DTAP

RSM

LAPDm

LAPDm

LAPD

LAPD

Capa 1

Capa 1

Capa 1

Capa 1

Unidad III. Conmutaciรณn de Circuitos - 112

DTAP

SCCP

SCCP MTP

MTP

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

La arquitectura de protocolos de GSM se estructura en tres capas:

•Capa FÍSICA. Incluye todos aquellos mecanismos que hacen posible la comunicación entre MS y BTS a través del canal radio (modulación, control de potencia, codificación, etc).

•Capa de ENLACE. Entre MS y BTS se usa el protocolo LAPDm (adaptación de LAPD para entorno radio). Responsable de la transferencia fiable de información entre entidades de nivel 3 sobre el interfaz radio. Funciones: -

Organización de la información de capa 3 en tramas. Transmisión de señalización entre capas pares. Establecimiento, mantenimiento y terminación de uno o más enlaces de datos sobre canales de señalización. Transmisión y recepción de tramas de información numeradas con reconocimiento. Transmisión y recepción de tramas de información no numeradas sin reconocimiento.

Entre BTS y BSC se utiliza el protocolo LAPD Unidad III. Conmutación de Circuitos - 113

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

Capa de RED o SEÑALIZACIÓN GSM. Contiene todas las funciones necesarias para el establecimiento, mantenimiento y terminación de conexiones móviles para todos los servicios ofrecidos por la red GSM. Se puede dividir en tres subcapas: •Gestión de recursos radio (RR= Radio Resource Management Sublayer). •Gestión de movilidad (MM= Mobility Management Sublayer). •Gestión de conexiones (CM = Connection Management Sublayer). Gestión de recursos radio Responsable de la gestión del espectro de frecuencias, de la reacción de GSM a los cambios en las condiciones del canal radio, y mantenimiento de un canal de comunicaciones adecuado entre el móvil y la red. Procedimientos definidos dentro de esta capa: Asignación y liberación de canal. Cambio de canal y procedimientos de handover. Cambio de frecuencias del canal y saltos de frecuencia ( frequency hopping). Control de potencia y avance temporal. Modificación del modo del canal ( voz o datos). Establecimiento del modo cifrado.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 114

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

PROCEDIMIENTOS. HANDOVER

Procedimiento de Handover - Puede ser: •Intra BSC •Inter BSC •Inter MSC •Subsequent

(1)

D

BSC - Motivos: •Rescate •Confinamiento •Tráfico

sió eci

n

SWITCHING (2) POINT r Es e tab ov d n n a ( u 4) h ev lecim r e F o de v i i n ha

do

e nd ió n e c d a er Or b ) i (5 )L

ca en Or n E de sta mino to d e (8) n de blec Ac ha imi ces n e o M do v nt o er S

l na a C

(9

vieja

(6) O

r de

BSC nueva

nd

e ha

- La decisión de handover la toma la BSC.

ndo

v er

MS

MS o s e cc o radi (7) A l a n a ón c i c a iv ) Act

(3

- Medidas realizadas para decidir el traspaso: •Máxima potencia transmitida desde MS, BTS, BTS vecinas. •Medidas realizadas por MS (calidad del downlink, nivel de señal recibida de la BTS y BTS vecinas, tasa de error). •Medidas realizadas por la BTS (calidad del uplink, nivel de señal recibida del MS, avance temporal). •Capacidad de la celda, carga. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 115

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

GESTIÓN DE MOVILIDAD. LOCALIZACIÓN

Gestión de movilidad Maneja todos los aspectos relacionados con la movilidad de los usuarios, autentificación y seguridad. Procedimientos: Actualización de localización. Localización periódica. Autentifización. IMSI Attach (Registro del móvil). IMSI Detach. Reasignación de TMSI

Procedimiento de Localización de la S M l e ado d r r o (3) B VLR el MS d o d o rr a tro MSC/VLR (3) B del regis

HLR

actua

(2)Act ua

MS

firma la li z a c i ó n

li z a c i ó

lo c a l iz

vieja

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 116

(5)Con

ación

n de

n de ó i c iz a tual c a n pide ización ació S m l M r a i l oc (1) conf a l e b reci S M (6)

MSC/VLR nueva

Arquitectura de Redes


III.2 GSM. MTC Gestión

GESTIÓN DE CONEXIÓN. PROCEDIMIENTO DE

de conexión.

Agrupa todas las funciones necesarias para el control de llamadas y gestión de servicios suplementarios. Procedimientos: -

Establecimiento de llamadas originadas en el móvil (MOC). Establecimiento de llamadas terminadas en el móvil (MTC). Restablecimiento de llamadas.

Procedimiento de MTC Terminal Fijo

RTC RDSI

(1) MS ISDN

GMSC

(2)Procedimiento de interrogación HLR

(3) Routing number MSC/ VLR

Paging

BTS

Paging

BSC BTS

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 117

Paging

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

SERVICIOS DE TELECOMUNICACIÓN

SERVICIOS DE TELECOMUNICACIÓN EN GSM Se especifican tres clases de servicios: •Servicios portadores. Se establecen entre las terminaciones de red a ambos lados. Ofrecen al usuario una capacidad de transporte independiente del tipo del contenido de la información, en régimen síncrono/asíncrono, modo de conmutación de circuitos y paquetes y velocidad hasta 9,6Kbps. •Teleservicios. Se prestan entre terminales móviles. -

Telefonía digital con codec a 13Kbps en conmutación de circuitos. Llamadas de emergencia. Mensajes cortos. Permite a los usuarios enviar y recibir mensajes breves a través de un centro de control conectado a la red fija, incluyendo mensajes de difusión a grupos de usuarios. Es decir punto a punto o punto-multipunto. Facsímil. Conexión entre aparatos de FAX del Grupo 3. Videotex. Teletex. Unidad III. Conmutación de Circuitos - 118

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

SERVICIOS DE TELECOMUNICACIÓN

•Servicios suplementarios. -

Identificación del abonado llamante. Redireccionamiento de llamadas. Llamada en espera. Terminación de llamadas de usuarios ocupados. Grupos cerrados de usuarios. Grupos de usuarios con acceso limitado. Tarificación (llamadas gratuitas, a cobro revertido, avisos). Mantenimiento de llamada. Transferencia de llamadas. Multiconferencias. Prohibición de determinadas llamadas desde el terminal.

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 119

Arquitectura de Redes


III.2 GSM.

SERVICIOS DE TELECOMUNICACIÓN

•Conexión de datos vía RTC y RDSI

RDSI 64Kbps

GSM Rate Adapter GSM

RTC

Audio Modem

Rate Adapter Audio Modem

•Conexión de un terminal GSM con una red de conmutación de paquetes. GSM Audio Modem

RTC X.32

Audio Modem

PacketH andler

Audio Modem

PAD

GSM RTC

Audio Modem

X.25

X.28 RDSI 64Kbps

GSM

X.32

Rate Adapter

Unidad III. Conmutación de Circuitos - 120

Packet Handler

Arquitectura de Redes


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