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UNIDAD III. CONMUTACIÓN DE CIRCUITOSTecnologías RTC, RDSI y GSM (14hT + 6hP)El contenido de la tercera unidad temática está centrado en el estudio de la conmutación de circuitos y elanálisis con más detalle de la estructura y topología de las redes que operan según estos modos: RTC,RDSI y GSM. La primera parte se centra en la evolución de la Red Telefónica y sus conceptos básicos,

té i d ñ li ió lti l ió j i ió t L d t t t l di ñ lcomo son: técnicas de señalización, multiplexación, jerarquización, etc. La segunda parte trata el diseño y laplanificación de las redes. Así, dado un determinado tráfico de acceso (+ expectativas de crecimiento), sepretende determinar los recursos necesarios (enlaces, conmutadores) que minimizan el coste de la red,manteniendo un mínimo aceptable de calidad de servicio. Para alcanzar este objetivo se describen, por unl d t l í d d i d l d d l l d t l t l d dlado, tecnologías de acceso de usuario y de la red de enlaces en la red troncal y, por otro, las redes deinterconexión (redes multietapa) o conjunto de dispositivos que permiten realizar la conmutación decircuitos. Se analizan, para esto, los conceptos de accesibilidad total y cálculo de bloqueo interno (condiciónde Clos), según el método de Lee. La tercera parte presenta a modo de ejemplo una tecnología de redb d t ió d i it (GSM) d t ll d t t it t f i l di i tbasada en conmutación de circuitos (GSM) detallando su estructura y arquitectura funcional, procedimientosy servicios básicos.

Para esta unidad conviene leer el Cap. 5 de J.C. Bellamy “Digital Telephony”, 3ªed, J.Willey & Sons, 2000.

Tema 1. RED TELEFÓNICA BÁSICA. CONCEPTOS Y EVOLUCIÓN.Topología, encaminamiento y señalización.Evolución de la red.

Tema 2 PLANIFICACIÓN DE REDTema 2. PLANIFICACIÓN DE RED.Tecnologías de acceso: ADSL, RDSI.Tecnologías para la red de enlaces.Redes de interconexión para conmutación de circuitos.Cálculos de probabilidad de bloqueo

Arquitectura de Redes Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.1

Cálculos de probabilidad de bloqueo.

Tema 3. GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS.

Contenidos del capítuloIII.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA

Topología, encaminamiento y señalizaciónEvolución de la red.

Conmutación de circuitosSu característica básica es la reserva de recursos (transmisión y conmutación) para usoexclusivo de cada llamada

Ejemplo de red de conmutación de circuitos

RED DE TELEFONÍA PÚBLICA

exclusivo de cada llamada.

• El servicio telefónico es aquel que permite a distintos usuarios establecer comunicacionesde voz a través de un terminal adecuado.

• ¿Conexión total entre usuarios? Inviable.¿A cada terminal llegan/salen N-1 enlaces de capacidad 1(pueden soportar 1 llamada).

Total red: N·(N-1) / 2 enlaces.( )

Ejemplo: N = 1.000.000 => 499.999.500.000 enlaces.

Inviable para conectar un número no trivial de usuarios.


Solución: red de conmutación

III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICATOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN

Servicio telefónico se apoya en una red de conmutación de circuitos de bajoretardo extremo a extremo, formada por:

• Terminales telefónicos (“teléfonos”),iniciadores y terminadores de llamadastelefónicas.

• Enlaces telefónicos, de capacidad unmúltiplo de 1 llamada telefónica.

• Centrales de conmutación telefónica:reciben llamadas por los enlaces deentrada, y las encaminan hacia los enlacesde salida en función de una direccióntelefónica (“número de teléfono”) de destino.



Dos tipos de enlaces:• Bucle de abonado (terminal - central).

Capacidad = 1 llamada.• Troncales (central - central).

Capacidad = número de llamadas simultáneasCapacidad = número de llamadas simultáneasque pueden atravesar el enlace

La red de abonados o La red troncal o de“last-mile” (terminales deabonado + central local)está constituida por Nenlaces con N terminales

transporte (centrales deconmutación + enlaces) sedimensiona en función deltráfico telefónico

Red Telefónica

enlaces con N terminales. tráfico telefónico.

BásicaConjunto de medios quepermiten la provisión del


p pservicio telefónico


Estructura de la red troncal o de transporte.La interconexión total de centrales telefónicas también es inviable ya queLa interconexión total de centrales telefónicas también es inviable, ya queimplica un número de enlaces igual a C(C-1)/2 en la red.



Estructura de la red troncal o de transporte (cont.)

E t t j á i d l d• Estructura jerárquica de la red:

Central local: Conexión a usuario. Área de influencia hasta 4 o 5 km. condecenas de miles de usuarios.decenas de miles de usuarios.

Central primaria: Interconecta centrales locales dentro del mismo sector. No hayabonados conectados directamente.

Central secundaria: Interconexión de centrales en provincias pertenecientes a lamisma área multiprovincial.

Central terciaria: Interconexión de centrales secundarias en distintas áreasmultiprovincial.

Central internacional: Enlaces con otras centrales internacionales en otrospaíses.



Circuito telefónico internacional

CL CP CLCPCS CSCTer CT CT CTer

ABONADOA

ABONADOBRED

LOCAL RED TRONCALTRONCAL

RED INTERNACIONAL

Ci i 2 hil

CL Centro local

CP C t i i Circuito a 2 hilos

Circuito a 4 hilos

Teléfono

CP Centro primario

CS Centro secundario

CTer Centro terciario

Bobina híbrida

CTer Centro terciario

CT Centro de tránsito internacional



Estructura jerárquica de la red troncal o de transporteVentajas:

• Disminuye el número de enlaces conrespecto a un red totalmente mallada.

• Facilita la tarificación, el crecimiento de lad l i i tred y el encaminamiento.

Desventajas:• No hay redundancia.• Cuanto más se sube de nivel más

recursos intervienen y, por tanto, elcontrol del establecimiento de llamada esmás complejomás complejo.

Solución:• Central fuera de estructura jerárquica

(central tándem). Cursan llamadas entre

La estructura cuasi-jerárquica es la empleada actualmente en las redes telefónicas de

( )centrales del mismo rango (añaden ciertaredundancia)


actualmente en las redes telefónicas de nivel nacional


Encaminamiento de llamadas (1)Desde el establecimiento hasta la liberación, la llamada ocupa un canal en:

Enlaces terminal - central (en origen y destino).Enlaces troncales atravesados.

Las redes jerárquicas son de camino único, sóloexiste una ruta posible para cada llamada.

Establecimiento de rutas directas entreEstablecimiento de rutas directas entrecentrales del mismo nivel jerárquico y a travésde centrales tandem (redundancia y mayorcapacidad).


No hay adaptación a condiciones cambiantes.


Encaminamiento de llamadas (2)En la actualidad los operadores utilizan unencaminamiento variable con desbordamientodonde las decisiones dependen tanto deltráfico existente (una ruta se descarta si estáocupada) como de patrones de tráficoocupada) como de patrones de tráficoconocidos (secuencia de rutas a considerar)

Las llamadas pueden seguir distintas rutas, ¿quécamino elegir dentro de la red en caso de queexistan varios disponibles?. Los criterios son


establecidos por las operadoras de la red.


Red troncal o de t t

Central de conmutación

transporte

Funciones básicas de una central de de conmutación• Señalización

Monitoriza la actividad de las líneas de entrada (de abonados o de otras centrales).Envía la información de control adecuada al elemento de control

Funciones básicas de una central de de conmutación

Envía la información de control adecuada al elemento de control.Coloca señales de control en los enlaces de salida (a los abonados o a otras centrales) bajo la direccióndel elemento de control.

• Control.Contiene la lógica para decidir las acciones a realizar (es el “cerebro” del sistema de conmutación).Procesa la información de señalización y establece conexiones adecuadas.

• Conmutación


Completa conexiones entre líneas de entrada y líneas de salida que comunican con abonados o con otrascentrales. Se utilizan varios conmutadores (etapas de conmutación) por razones de eficiencia y economía.


Señalización de controlMedio de gestionar la red y establecer, mantener y finalizar llamadas intercambiando informaciónentre abonado y conmutadores entre los conmutadores entre sí y entre conmutadores y centroentre abonado y conmutadores, entre los conmutadores entre sí y entre conmutadores y centrode gestión de red.

FuncionesC i ió dibl l b d ( d d ll d ñ l d d )Comunicación audible con el abonado (tono de marcar, de llamada, señal de ocupado etc).Transmisión del nº marcado a las centrales de conmutación para intentar establecer la conexión.Comunicación entre conmutadores indicando que una llamada dada no se puede establecer.Comunicación entre conmutadores indicando que una llamada ha finalizado y que la ruta puededesconectarse.Generación de la señal que hace que el teléfono suene.T i ió d i f ió fi d t if ióTransmisión de información con fines de tarifación.Transmisión de información indicando el estado de los equipos, las líneas para emplear en elencaminamiento, mantenimiento y diagnóstico de fallosC t l d i i l l í télitControl de equipos especiales para canales vía satélite.

Dos contextos de señalizaciónEntre usuario y red: tonos de información, señales de timbre y ocupado, marcación, etc.


y , y p , ,Dentro de la red (entre centrales): canal asociado y canal común


Concentra el tráfico que proviene de fuentes con baja actividad sobre medios de transmisióncomunes y encamina la información de una fuente hacia el destino según un itinerario fijo o

Ejemplo: central de conmutación local

comunes y encamina la información de una fuente hacia el destino, según un itinerario fijo ovariable a través de la red.

Funciones básicas:Función de espera: el abonado descuelga su aparato.Función de aviso: indica al abonado, con diversos tonos, el proceso que sigue su llamada(“invitación a marcar”, “llamada”, “ocupado”, “línea muerta”).F ió d ió d i f ió é i i l i t bi dFunción de recepción de información numérica: necesaria para el intercambio deinformación (marcación) entre el abonado y la central.Función de control: encargada de establecer la comunicación interpretando la informaciónrecibidarecibida.Función de selección: encargada de elegir la ruta que ponga en comunicación a dosabonados pertenecientes a la misma central o a distintas centrales.Función de transmisión: encargada del intercambio de información y señalizaciónFunción de transmisión: encargada del intercambio de información y señalización.Función de supervisión: una vez establecida la comunicación, detecta y corrige incidenciasen los diferentes elementos que intervienen en ella.Funciones auxiliares: tarificación, identificación de abonadas, transferencia de llamadas ,


Funciones auxiliares: tarificación, identificación de abonadas, transferencia de llamadas ,prioridades, rutas alternativas, etc.


Procedimiento de llamada

CENTRAL ABONADO CENTRALCENTRALES ABONADO

Descuelgue. Identificación del abonado llamante

CENTRAL LLAMANTECENTRALINTERMEDIASLLAMANTE

Tono de invitación a marcar

Marcación del número abonado llamado Información de dirección, etc (encaminamiento)

Dirección completada

Timbre de llamadaTono de llamada

Respuesta (Descolgar)Notificación del abonado llamante

Conexión

Cuelgue Liberación de la conexión

Cuelgue



La señalización está directamente asociada al canal que transporta la información. Lai j l i i it j t t l ñ l d t l

Señalización por CANAL ASOCIADO (INTRACANAL)

voz viaja por los mismos circuitos y conjuntamente con las señales de control.

• Intrabanda (dentro de banda)Transmite las señales de control en la misma frecuencia utilizada por las señales vocales.Problemas: limita la velocidad de transferencia y sólo puede ser usada cuando no hayProblemas: limita la velocidad de transferencia y sólo puede ser usada cuando no hayseñales de voz en el circuito.

• Fuera de bandaTransmite las señales de control utilizando el mismo recurso que las señales vocales pero auna frecuencia diferente (aprovecha que las señales de voz no utilizan completamente los4KHz de ancho de banda reservado a ellas). Ello permite una supervisión continua durantela duración de toda la conexión


la duración de toda la conexión.Problema: ancho de banda pequeño.


Transmite las señales de control sobre canales de señalización que están

Señalización por CANAL COMÚNq

dedicados en exclusiva a esta función y que son compartidos por un númerodeterminado de usuarios.

Equipo de señalizaciónEquipo de señalización por canal común

• VentajasSe puede compartir un dispositivo de señalización común con capacidad de atender milesde llamadas, ahorrando en equipo y transmitiendo mucha más información y másde llamadas, ahorrando en equipo y transmitiendo mucha más información y másrápidamente.Reduce el tiempo de establecimiento con respecto a los métodos de canal asociado.Permite la señalización durante todo el tiempo que dura la comunicación


Permite la señalización durante todo el tiempo que dura la comunicación.Es más adaptable a las necesidades cambiantes futuras.


Señalización por CANAL COMÚN. Modos de funcionamiento• Asociada

El haz de circuitos de voz entre dos centrales es señalizado por uno o más enlaces deseñalización con recorridos paralelos a la voz, que también están conectados directamentea las centrales.

• No asociadaSe incorporan nodos adicionales denominados puntos de transferencia de señalización. Laseñalización no viaja necesariamente en paralelo con los circuitos a los que señalizaj p q

Asociada

No asociada

P t d t f i d ñ li ióR d d ñ li ió


Puntos de transferencia de señalizaciónPunto de conmutación de vozRed de voz

Red de señalización

III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICAEVOLUCIÓN DE LA RED

La Red Telefónica Básica (RTC) experimenta una evolución digital a principios de los años80. En esos años, la tecnología empieza a permitir la creación de nuevos servicios detelecomunicaciones, pero el diseño original de la red telefónica RTC (pensada para latelecomunicaciones, pero el diseño original de la red telefónica RTC (pensada para latransmisión analógica de voz) hacía difícil su integración. Así, la integración de servicios enuna sola red pedía que la nueva red fuese digital, de forma que el acceso y el transporte deseñales seria uniforme, independientemente del servicio. Además, la digitalización permitiría un

j h i t d l h d b d C lt d d l f d l ñímejor aprovechamiento del ancho de banda. Como resultado del esfuerzo de las compañíastelefónicas por crear un estándar que permitiese la comunicación digital extremo a extremoaparece la nueva Red Digital de Servicios Integrados RDSI.

El objetivo de digitalización requirió tres etapas de implantación:A. RED DIGITAL INTEGRADA (RDI). Incluye la digitalización de los medios de transmisión, delas centrales de conmutación (desde las jerarquías superiores hasta las locales) y de losi t d ñ li ió t t l ( tá d CCITT º7 l ú )sistemas de señalización entre centrales (estándar CCITT nº7 por canal común).

B. RDSI BANDA ESTRECHA (RDSI-BE). Sobre la base de la RDI, provee de acceso digital alos usuarios soportando un amplio abanico de servicios (voz, imagen, datos), utilizando unnúmero limitado de funcionalidades estandarizadas. Soporta aplicaciones de conmutación denúmero limitado de funcionalidades estandarizadas. Soporta aplicaciones de conmutación decircuitos, de conmutación de paquetes y además servicios no conmutados (líneas dedicadas).C. RDSI BANDA ANCHA (RDSI-BA). Soporta altas velocidades de transmisión que permiten lainclusión de servicios que consumen gran ancho de banda, como vídeo de alta calidad. Estáb d t l í ATM d t ió á id d t El h d b d f id l


basada en tecnología ATM de conmutación rápida de paquetes. El ancho de banda ofrecido alusuario es uno de los factores que marcan la diferencia entre RDSI-BE y RDSI-BA.


B l

RTB ( ANALÓGICA )Instalación

Esquema de la evolución de la red

Bucleabonado

Terminal analógico

A A A AAbonado

Terminal analógico

Terminal A D D A

RTB ( Mixta ANALÓGICO/DIGITAL)

Terminal analógico

A

analógico

A D D A

TerminalTerminal D D

Terminal analógico

Terminal analógico

RTB ( DIGITAL )

Central analógica

Terminal digital

Terminal digital

( )


Central digital


Interesa que haya conectividad total y bloqueo nulo o acotado

Primeras centrales analógicas

CONMUTADOR

Ó

CONMUTADOR

Ó

CONMUTADOR

Ó

FD

FD

FD

FD

y q

ANALÓGICO ANALÓGICO ANALÓGICODM M M M

Centro de conmutación

Las señales vocales son moduladas y multiplexadas en la central local y enviadas por la líneautilizando un sistema de multiplexación en frecuencia (FDM). En cada sentido de transmisión, el canalp ( ) ,vocal se modula en BLU utilizando una subportadora separada 4Khz de las adyacentes y que se sumacon los restantes para construir la SEÑAL MULTIPLEX FDM. La señal pasa a través de uno o máscentros de conmutación hasta alcanzar la central local destino. En cada centro de conmutación laseñal debe:

- Demultiplexarse y demodularse.- Encaminarse hacia el puerto adecuado haciendo uso de

un multiplexor espacial.

señal debe:

Acumulación de ruido y coste elevado


un multiplexor espacial.- Modularse y multiplexarse.

y coste elevado

III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICAEVOLUCIÓN DE LA REDPrimeras centrales analógicas. Jerarquías de multiplexado FDMPrimera implementación en 1918. Apenas se utiliza actualmente.

f0.3 3.4 KHz

CANAL VOCAL

3.1

KHz1

1234589101112 7

60 108f

KHz

GRUPO PRIMARIO 12

48

KHz

312 552f

KHz

GRUPO SECUNDARIO 60

240

KHz

812 2044f

KHz

GRUPO TERCIARIO 300

1232

KHz

8516 12388f

KHz

GRUPO CUATERNARIO 900

3872

KHz

GRUPO 900

3716


312 4028f

KHzPRINCIPAL 900

KHz


Desde la invención del teléfono en 1870, se sucedieron varias generaciones de centrales analógicasde conmutación. En las primeras la operación era manual mediante clavijas. Después se introdujo el

Evolución de centrales analógicas a digitales

p p j p jdisco de marcación. Desde principios del siglo XX se impusieron los sistemas de conmutaciónelectromecánicos que empleaban componentes electromecánicos para realizar el proceso deconmutación (siempre espacial) y las funciones de control mediante programas de lógica cableada:

M di t i i t CONMUTADOR DEBARRAS CRUZADAS

(años 50)

Mediante movimiento horizontal se selecciona uno de los 10 contactosen cada banco

Líneas de salida

10 bancos de 10 contactos

Líneas de

entradaContacto

puntos de cruce puntos de cruce activadosMediante movimiento vertical se selecciona

CONMUTADORROTATORIO

( ñ 20)


puntos de cruce puntos de cruce activadosuno de los 10 bancos de contactos

(años 20)


• Años 60. Comienza la utilización de la multiplexación digital TDM.Evolución de centrales analógicas a digitales

• Años 70. Control por Programa Almacenado (SPC, Stored ProgramControl). Utilización de ordenadores para realizar las funciones decontrol sobre barras o relés.

• En los años 80 nacen los sistemas automáticos digitales, en los quetanto las funciones de control como de conmutación se llevan a cabomediante ordenadoresmediante ordenadores.

• En 1993 se consolida en España la RDSI-BE, que es una red digital ensus estructuras de transmisión, conmutación y señalización.

• Hasta la década de los 90 las redes instaladas utilizan PDH Las redes• Hasta la década de los 90 las redes instaladas utilizan PDH. Las redesposteriores utilizan multiplexación SDH / SONET.

CONMUTADOR

DIGITAL

CONMUTADOR

DIGITAL

CONMUTADOR

DIGITAL

TDMPCM

TDMPCM


M M


• Técnicas de digitalización de la voz:

Fundamentos de la conmutación digital

g- Modulación PCM- Velocidad de muestreo de 8000 muestras/seg.- Cada muestra codificada con 8 bits.

64 Kb d l- 64 Kbps cada canal.• Técnicas de multiplexación por división en el tiempo (TDM) para la

transmisión de la información entre centrales de conmutación.T l í di it l l t l d t ió li l• Tecnología digital en las centrales de conmutación para realizar lasfunciones de control, conmutación y señalización

Características a tener en cuenta en los sistemas digitales• Parámetros de la modulación utilizada: frecuencia de muestreo, ley de cuantificación.• Parámetros de la transmisión digital en banda base: medio de transmisión, tasa de error,g , ,

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).


• Flexibilidad debido a que el control del conmutador se lleva a cabo mediante

Ventajas de la conmutación digital

Flexibilidad debido a que el control del conmutador se lleva a cabo medianteprogramas.

• Se pueden proporcionar nuevas facilidades a los abonados.

• Rapidez en el establecimiento de la comunicación.

• Calidad de la comunicación.

• Reducción tamaño conmutador.

• Facilidad de mantenimiento.

• Uso potencial de nuevos servicios.

Contrapartidas de la conmutación digital• Requieren un mayor ancho de banda.

• Se hace necesaria una sincronización en el tiempo.

Co t apa t das de a co utac ó d g ta



¿Cómo es hoy una central de conmutación local?

A Di t ib id MDF t d dA. Distribuidor MDF: entrada depares de abonado y de pares delíneas dedicadas.

B Central de conmutaciónB. Central de conmutacióntelefónica: realiza laconmutación de llamadastelefónicas de usuariosconectados a la central local.

C. Digital Cross-Connect System(DCS): Interfaz con la red deenlaces entre centralesenlaces entre centrales.



A. Main Distribution Frame

Regleta principal que conecta

Digitalización de la vozRegleta principal que conectalos cables de pares hacia lasviviendas de usuario.

Cada par externo,p ,correspondiente a un usuario, seconecta a un punto de la regleta.

Cada punto de la regleta seconecta a un puerto de entradade la central de conmutacióntelefónica, que determinará elnúmero de abonado de ese parnúmero de abonado de ese par.



B. Central de conmutación telefónica

Sistemas altamente complejos con capacidad de conmutación de canales telefónicosSistemas altamente complejos con capacidad de conmutación de canales telefónicosdigitales (64Kbps), en función del número de teléfono.

• Interfaces de línea de abonado: manejan señalización de abonado, conversión A/D.

I t f d lí t l• Interfaces de líneas troncales.

• Unidad de control.Elemento inteligente del sistema que permiteefectuar las operaciones necesarias paraestablecer las conexiones, supervisarlas yliberarlas cuando los abonados cuelguen.

• Red de interconexión: conmutación de• Red de interconexión: conmutación decanales de 64Kbps entre puertos deentrada y salida.1 puerto de entrada y 1 puerto de salida parapue to de e t ada y pue to de sa da pa acada línea de abonado.

1 puerto de entrada y 1 puerto de salida, paracada canal de cada enlace troncal que conectala central con la red de centrales


la central con la red de centrales.


C. Digital Cross-Connect System (DCS).

• Ancho de banda de sus enlaces con otras centrales debe repartirse entre:Ancho de banda de sus enlaces con otras centrales debe repartirse entre:Llamadas cursadas hacia otras centrales

Líneas dedicadas

• El reparto o provisionamiento es:Realizado de manera estática en función de las necesidades estimadas.

De manera “gruesa” (fracciones de ancho de banda)De manera gruesa (fracciones de ancho de banda)

• DCS C1/C2Entran enlaces de capacidad C1Entran enlaces de capacidad C1

Capaz de repartir en agrupaciones decapacidad C2<C1

C id d t ió “ ” dCapacidad para conmutación “gruesa” decanales en el provisionamiento



¿Cómo es hoy la red de enlaces?

• Enlaces entre centrales que transportan llamadas entre usuarios servidos en• Enlaces entre centrales que transportan llamadas entre usuarios servidos encentrales locales diferentes

• La capacidad de interconexión de cada enlace (número de llamadasi ltá it ) di i d ú á t d t áfisimultáneas que permite) se dimensionada según parámetros de tráfico que

debe soportar un enlace. Esto incluye:Tráfico telefónico.

Tráfico asociado a líneas dedicadas.

• Transmisión entre centrales (multiplexación digital de canales).P t i l t l di t iPotencialmente a largas distancias.

Tecnologías PDH, SDH.



¿Cómo es el acceso de datos en el bucle abonado?

• Sobre el cableado telefónico existente:Sobre el cableado telefónico existente:• Técnicas para obtención del canal físico:

• Módems analógicos (en desuso)

• Accesos RDSI (Digital Subscriber Line).

• Accesos xDSL (ADSL, HDSL, SDSL, VDSL, ...)

Gestión del canal físico mediante PPP• Gestión del canal físico mediante PPP

• Otros alternativas existentes:• Sobre cable de TV (CATV):

• Módems de cable

S b d lé i• Sobre red eléctrica:• PLC


Aplicaciones residenciales cada vez precisan mayor ancho de banda.

Contenidos del capítuloIII.2 PLANIFICACIÓN DE RED

Tecnologías en el bucle de abonado y en la red de enlaces.Redes de interconexión para conmutación de circuitos.Cálculos de probabilidad de bloqueo.p q

Diseño de la Red TelefónicaProblemaProblema

Encontrar una solución que permita ofrecer a los abonados una grado de servicio (Grade ofService, GoS) mínimo especificado al menor coste para el explotador.

Objetivo

Dado un determinado tráfico de acceso (+expectativas de crecimiento), determinar losrecursos necesarios (enlaces conmutadores) que minimizan el coste de la red manteniendorecursos necesarios (enlaces, conmutadores) que minimizan el coste de la red, manteniendoun mínimo aceptable de calidad de servicio.

Aspectos a diseñarp

Ubicación de las centrales de conmutación.

Topología red de interconexión y capacidad enlaces (nº máximo de circuitos).


Capacidad de los conmutadores (nº max. de comunicaciones simultáneas, prob. de bloqueo).

ESQUEMA GENÉRICO DE RED DE ACCESO Y DE TRANSPORTEIII.2 PLANIFICACIÓN DE RED

RDSI / xDSL PDH SDHfija / móvil

Red Acceso Red TransporteRed Usuario

Proveedor Acceso a RedAcceso a Red

PYMEs

centralconmut

m ltiple aciónmultiplexación encaminamientocontrol de congestióngestión de tráfico

ResidenciasParticulares


Redes Corporativas

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDEJEMPLOS

Red Universidad de Zaragoza

R d A d S i iRed Aragonesa de Servicios Integrados (RACI)


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO

• Cable de cobre instalado en el bucle deabonado (UTP-3) con ancho de bandade varios Mhzde varios Mhz.

• Filtrado de frecuencias por encima de3.6kHz.

• Los codecs en los extremos del cablemuestrean la señal en banda vocal 8000veces/seg y generan flujos de 64Kbpsveces/seg y generan flujos de 64Kbps

Tecnologías de acceso sobre cableado telefónico existenteg• Módems tradicionales limitados por el ancho de banda vocal que dejan los filtros y

por el ruido de cuantización introducido por los codecs (conversores A/D). Li it d á i l id d t ó i 35KbLimitados a una máxima velocidad teórica a 35Kbps.

• Accesos RDSI (Digital Subscriber Line)


• Accesos xDSL (ADSL, HDSL, SDSL, VDSL…)


RDSI. Estructura de transmisión

L i f ió di it li d d RDSI d d bit t t d lCanalizaciónLa información digitalizada de RDSI es una cadena de bits estructurada en canalesmultiplexados TDM, estandarizados y duplex :

Canal B: Canal digital PCM de 64kbps para voz o datos,Canal D: Canal digital de 16 o 64kbps para señalización fuera de banda.Canal H: Canal digital de 384 (H0, 6 canales de 64Kbps), 1536 (H11, 24 canales a 64Kbps para

EEUU y Japon) o 1920kbps (H12, 30canales a 64Kbps para Europa).

CANAL B. Es el canal de usuario, en el que se pueden enviar datos, voz digitalizada oambos. Puede submultiplexar a 32-16Kbps o a velocidades más bajas. En el caso de mezclarvarios tipos de tráfico en un solo canal B, el destino debe ser el mismo para todos ellos.Permite conexiones de conmutación de circuitos, de paquetes y semi-permanentes.

CANAL D. Transmite la señalización de los canales B asociados. También puede utilizarsepara conmutación de paquetes o transmisión de datos de telemetría durante los periodos enpara conmutación de paquetes o transmisión de datos de telemetría durante los periodos enlos 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.


Agrupación de canalesL i d t t d ti

RDSI. Estructura de transmisión

Los usuarios pueden contratar dos tipos de servicio:

Acceso básico BRIAcceso básico. BRI 2B (64K, voz y datos) + 1D (16K, control).

Acceso primario. PRI30B (64K, voz y datos) + 1D (64K, control)



La configuración del cliente presenta las siguientes prestaciones: conexión de más de unterminal para diferentes servicios a una línea de abonado operación simultánea de varios

RDSI. Grupos funcionales y puntos de referencia

terminal para diferentes servicios a una línea de abonado, operación simultánea de variosterminales de un mismo abonado, llamada selectiva de un terminal al servicio solicitado, ytransmisión a larga distancia. Así, en la definición de requisitos para el acceso del usuario ala 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 equipoy que son necesarias en las disposiciones de acceso.

• Puntos de referencia: es un punto conceptual en la conjunción de dos grupos funcionalesque no se superponen Puede representar interfaces reales ( físicos o virtuales)que no se superponen. Puede representar interfaces reales ( físicos o virtuales)

Acceso Básico TE1 NT1/2S/TU

CENTRAL LOCAL

BRI

Acceso Primario TE1S T U

2 hilos (bucle abonado)

4 hilos

PRI

TE2 TA

NT2 NT1R

S T U CENTRAL LOCAL

4 hilos


USUARIO COMPAÑÍA OPERADORA


TR1 (NT1). Incluye funciones de nivel 1 OSI asociadas con la terminación eléctrica y física dela red (terminación de línea de transmisión digital, control de calidad de la transmisión,

RDSI. Grupos funcionales

sincronización de las instalaciones de usuario con respecto a la red, transferencia dealimentación de potencia y multiplexación de conexiones físicas). La TR1 se controla por elproveedor RDSI y constituye una frontera entre la red publica y la privada (bucle de abonado).Sobre el conector se puede insertar un bus pasivo que puede soportar hasta 8 terminales (conSobre el conector se puede insertar un bus pasivo, que puede soportar hasta 8 terminales (conun máximo de 2 accesos simultáneos, ya que las conexiones son punto a punto dado que elbuspasivo, aún implementando CSMA para el acceso compartido, no funciona como una LAN).TR2 (NT2) Realiza funciones de usuario hasta el nivel 3 OSI como conmutación local (paraTR2 (NT2). Realiza funciones de usuario hasta el nivel 3 OSI, como conmutación local (parallamadas internas a la instalación), concentración de tráfico hacia la red o encaminamiento,multiplexación de canales de conversación y señalización, mantenimiento de la instalación deusuario. Un ejemplo de TR2 son las centralitas de conmutación privadas (PBX), losconcentradores, los multiplexadores.

ET1 (TE1). Son terminales diseñados para conectarse directamente a RDSI, es decir, cumplenla interfaz estándar RDSI (ej: teléfonos digitales, terminales voz y datos, facsímil grupo 4, etc.).ET2 (TE2). Abarca losdispositivosnocompatiblescon RDSI (teléfonos analógicos, ordenadores,terminales con interfaz V.35, V.24) que necesitan un adaptador de terminal para RDSI.AT (TA). Proporciona compatibilidad RDSI a los equipos no RDSI. Por ejemplo, los


( ) p p q p j padaptadores para acoplar terminales V.35 y V.24 a RDSI.


R. Interfaz funcional entre un equipo ET2 (equipo no RDSI) y el AT. Puede haber múltiples

RDSI. Puntos de referencia

posibilidades. Cada fabricante puede definir la suya. La interfaz R existe básicamente paratener compatibilidad con terminales basados en estándares anteriores a la RDSI.

S Define la comunicación entre los grupos funcionales ET1 y TR2 Aísla los equipos terminalesS. Define la comunicación entre los grupos funcionales ET1 y TR2. Aísla los equipos terminalesde usuario de las funciones de comunicación relacionadas con la red.

T. Es eléctricamente el mismo que el S y esta situado entre el TR2 y el TR1. Normalmentesepara los equipos proporcionados por el operador de red de los equipos del usuario. En lapráctica las interfaces S y T pueden considerarse idénticas y en muchos casos sonreferenciadas como la interfaz S/T. La temporización de bits y octetos, la eliminación depotencia la activación y desactivación y la petición y permiso para acceder al canal depotencia, la activación y desactivación y la petición y permiso para acceder al canal deseñalización con el fin de transmitir datos se realizan a través de esta interfaz.

U. El punto de referencia U define la estructura de la transmisión dúplex en el bucle deb d E lid d h ll d t d i d j d d fi i l i labonado. En realidad no se ha llegado a estandarizar, dejando que se defina a nivel nacional.



Si un teléfono, un fax y un ordenador comparten una misma línea dentro de una oficina solo dos deellos pueden utilizarla simultáneamente (2 canales B). En una oficina con dos escritorios adyacentes

d í ti lí t léf PC it i i t 2

RDSI. Configuraciones de acceso (bus S0)

se podría compartir una línea, con un teléfono y un PC por escritorio pero, para comunicar estos 2PCs entre ellos, se ocupan los 2 canales B, y no podrá entrar o generarse ninguna llamadatelefónica hasta que se liberen. Por lo tanto el ahorro en número de líneas es a coste de una ciertaprobabilidad de encontrar la línea ocupada.

TA

FAX G3

ACCESO BÁSICO

NT1S/T U

Bucle de Abonado 160Kbps

TA

2B+D 192Kbps 4 hilos 160Kbps

2hilos

CENTRAL LOCALFAX G3 ACCESO PRIMARIO

CENTRAL DIGITAL

(NT2)NT1

ST U

30B+D Si t MIC30+2 (2 Mb )2B+D 192Kb

TA


30B+D 2048 Kbps

Sistema MIC30+2 (2 Mbps)192Kbps 4 hilos


RDSI. Arquitectura de protocolosUna 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 informacióntransferencia 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 degestión que permite el control de parámetros y modo deoperación de sistemas remotos y que permite al sistemalocal recopilar datos de configuración y operación paraenviarselos a un sistema de gestión.


Modelo de referencia desarrollado por ITU-T

enviarselos a un sistema de gestión.


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

RDSI. Nivel 1 (Físico)

(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 (1 par por cada sentido), en que cada par soporta transmisiónsimplex a 192Kbps (144Kbps + entramado y sincronización) obteniendo, así, 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 utilizanviolaciones de la norma para alineamiento de trama (entramado).El formato de trama es de 48 bits/trama cada 250s (192Kbps de tasa total de transporte). Cada sentido de ( p p )transmisión presenta formatos diferentes e incluyen los siguientes canales:

a) Transporte de datos.

2 canales B- 2 canales B(B1 y B2) a 64K(16bits) cada uno. modo circuito.1 canal D a 16K- 1 canal D a 16K

(4bits). Usa mediocompartido.

Transporte de datos


pefectivos ocupa 144Kbps. Acceso básico. Estructura de trama en los puntos de referencia S y T.

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADORDSI. Nivel 1 (Físico)b) Gestión del interfaz.De los 192Kbps, quitando el transporte de datos, quedan 48Kbps repartidos así:De los 192Kbps, quitando el transporte de datos, quedan 48Kbps repartidos así:- 1 canal E (16 Kbps). Es el eco del canal D. Resuelve conflictos que se dan si lo que se recibe es distinto a

lo que se transmite.- 4 bits F, L, Fa y N (20 Kbps). Se utilizan para el sincronismo y equilibrado de trama.- 1 canal M (4Kbps). Se utiliza para el reloj de multitrama a 200 Hz (1 de 20 tramas).1 canal M (4Kbps). Se utiliza para el reloj de multitrama a 200 Hz (1 de 20 tramas).- 1 canal A (4 Kbps). Se utiliza para la activación/desactivación eléctrica.- 2 canales mantenimiento. Un canal S a 4Kbps (TR a ET) y un canal Q a 800bps (ET a TR), incluido en Fa.- 1 canal de alimentación. Corresponde al enlace funcional.- 1bit L para el balance de contínua en el sentido ET a TRp- Reloj de bit. Incluido en la señal.- Reloj de trama. Incluido en el sincronismo de trama, a 4 Khz.


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


El nivel 2 depende del canal:- Canal D Usa protocolo LAPD

RDSI. Nivel 2 (Enlace)

Canal D. Usa protocolo LAPD.- Canal B. En servicios modo paquete (transporte para conmutación de paquetes) usa el protocolo de nivelde enlace de la tecnología de paquetes usada (LAPB en X.25, LAPF en Frame Relay). En servicios en modocircuito presta un transporte transparente a la comunicación que se quiera utilizar.

LAPD. Permite la existencia de diversos terminales en la interfaz usuario-red. Esta basado en el protocoloHDLC. Los mensajes se estructuran en tramas que incorporan a los datos de nivel N3 los campos flags,direcciones-DLCI, control y CRC. La trama completa es la que se transporta dentro del canal D del interfazS0 (4bits)S0 (4bits)

Info … DataNivel 3. (Q.931)

Flag FlagCRC1 oct. 1 oct.1 ó 2 octs.2 octs. 2 octs.N octs.

Info … DataControlDLCINivel 2. (Q.921)

1 oct. 1 oct.1 ó 2 octs.2 octs. 2 octs.N octs.


F L B1 E D A FA N B2 E D M B1 E D S B2 E D L F L

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADORDSI. Nivel 2 (Enlace): protocolo Q.921


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADORDSI. Nivel 3 (Red): protocolo Q.931


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADORDSI. Procedimiento de llamada

Fase de t bl i i testablecimiento

(canal D)

Fase de transmisión(canal B)(canal B)

Fase de liberación(canal D)


(canal D)

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADORDSI. Aplicaciones y servicios

Comunicaciones de datos punto a punto.Transmisiones de imagen sonido yimagen, sonido y datos de manera simultánea. Back-up de circuitos.Interconexión de redes de área localredes de área local.Acceso a servicios de Internet e Intranet.Interconexión de centralitas.Comunicaciones de


Comunicaciones de voz de alto tráfico.


ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line).• Definición: Tecnología de banda anchag

que utiliza la infraestructura telefónicaconvencional para la transmisión simultáneade servicios de voz y datos sobre el par decobre clásico.

• ¿Cómo lo hace? Utiliza multiplexación enfrecuencia de voz y datos (splitter) yduplexación en frecuencia de cada sentidode transmisión de forma asimétrica:

D d (d t d l- Descendente (downstream, de centrallocal al usuario): mayor ancho de bandapara permitir descargas de gran tamaño(KB t MB t ) d d l id

ADSLascendente ADSL descendenteRTC

(KBytes-MBytes) desde el servidor.- Ascendente (upstream, del usuario a la

central local): menor ancho de banda parapeticiones/envíos desde el usuario hacia el


peticiones/envíos desde el usuario hacia elservidor (Bytes). 4 24 130 138 1.104 f(KHz)

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADOADSL. Estructura funcionalSolución con splitter o microfiltros• El filtro splitter es un conjunto de dos filtros

(paso bajo y paso alto) que separa las señales:- Baja frecuencia: voz telefónica (vía RTC)j ( )- Alta frecuencia: datos ADSLEl splitter se coloca a la entrada de la vivienda(después del PTR) y es el elemento que accedeal bucle de abonado hasta la central local

• La solución con microfiltros permite filtrar pasoLa solución con microfiltros permite filtrar pasobajo la banda de voz para la conexión telefónica.Se colocan entre la roseta y el teléfono (3 comomáximo) aunque existan más rosetas sin utilizar.máximo) aunque existan más rosetas sin utilizar.Esta solución es más económica (no requieresplitter ni ampliación de cableado) pero menosfiable y con más posibilidad de ruidos (un mal


y p (contacto de rosetas afecta a la conexión del PC).


ADSL. Estructura funcionalDSLAM (DSL Access Multiplexer)La modulación asimétrica implica dos módemsATU (ADSL Terminal Unit) distintos:

• ATU-R (Remote) en la instalación de usuario (trx• ATU-R (Remote) en la instalación de usuario (trxupstream y rcx downstream).

• ATU-C (Central) en la central local, (trx down yrcx up) agrupados en tarjetas integradas en unrcx up), agrupados en tarjetas integradas en unchasis de acceso múltiple DSLAM, queconcentra el tráfico hacia una red WAN delproveedor.

N3N3N2

N1



ADSL. Estructura funcionalRTC

CENTRAL LOCAL

Mód

DSL Access Multiplexor(DSLAM)

Punto AccesoInternet

OperadorAutorizadoSplitterSPLITTER

BUCLE ABONADO

Módem ADSL

(DSLAM)

Asymetric DSL Symetric DSL High DSL Very high DSL Rate Adap DSL

ADSL. Tecnologías xDSL1 par

asimétrico

ADSL SDSL HDSL VDSL RaDSL1 par

simétrico2 pares

simétricofibra

ámbos1 par

asimétricomedio de trx. (bucle de abonado)

t d BW

Asymetric DSL Symetric DSL High DSL Very high DSL Rate Adap DSL

asimétrico 512k-2M

3kmssegún

simétrico 2M-2M3kms

similares

simétrico 2M-2M5kms

menores

ámbos2M - 2M/9M0.3-1.5kmmenores

asimétrico 64k-2M+

3kms+ robusto

reparto de BW(up/down-stream)

distancia media bucle al DSLAMcomportamiento según

d y SNRSÍ

Reutilizar

similares a ADSL

NO VoIP mejora UP

menores que ADSLNO VoIP mayor dist

menores que ADSL

SÍ Up/Down++

+ robusto (variable)

SÍdown++

comportamiento ante pérdidas/SNR

compatibilidad voz 4kHz con datos


par clásico más BW

sobre 1parsimétrico

2 paressimétrico

menor dist1 par

BWvariable+ robusto

aspecto clave

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDTECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES

• Las centrales se encuentran enlazadas siguiendo una estructura cuasi-jerárquicapor enlaces troncales multiplexados. Su dimensionado se realiza en función deltráfico (número de llamadas simultáneas) que se espera deban soportartráfico (número de llamadas simultáneas) que se espera deban soportar.

• Inicialmente la voz no era digitalizada en las centrales locales, y se transmitía enformato analógico multiplexado en frecuencia en los enlaces entre centrales. Estat l í t d ti d l li ió d l dtecnología se encuentra en desuso, a partir de la generalización del proceso dedigitalización de la red.

• Hoy en día los enlaces entre centrales transmiten la voz correspondiente a unaconversación en formato digital en flujos de 64Kbps. Los flujos son agrupadosmultiplexados en el tiempo sobre señales binarias de mayor capacidad ytransmitidos sobre medios físicos adecuados (principalmente fibra óptica).

• Existen dos tecnologías fundamentales de capa física para transmisión de estasseñales multiplexadas por división en el tiempo:

• Jerarquía digital plesiócrona (PDH): Los dos extremos del enlace operan con un reloj• Jerarquía digital plesiócrona (PDH): Los dos extremos del enlace operan con un reloj(de cuarzo en general) independiente. La diferencia de sincronismo entre ambos relojesno puede ser despreciada, lo que da un funcionamiento “casi síncrono” (plesiócrono).

• Jerarquía digital síncrona (SDH en Europa SONET en EE UU ): Las dos centrales


Jerarquía digital síncrona (SDH en Europa, SONET en EE.UU.): Las dos centralescomparten una señal de reloj común, de gran precisión.


• La jerarquía digital plesiócrona, creada en la década de los 70, es el mecanismo dei ió l d li l i i d l f í i i l

Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)

transmisión empleado ampliamente en los primeros sistemas de telefonía, principalmente enmedios de transmisión basados en cobre.

• Las señales multiplexadas (tributarias), procedentes de fuentes con temporizacionesi d di t t l i l d bit A l id d i l i lindependientes, se entrelazan a nivel de bit. Aunque sus velocidades nominales son iguales,sus velocidades reales pueden desviarse según un cierta tolerancia (señales plesiócronas).Se permite un margen de error de sincronización de 50 ppm sobre la velocidad nominal delenlace, efectuando un relleno de bits extra a los enlace más lentos.,



• Existen un número limitado de capacidades de enlace PDH, organizados en jerarquías dei ió

Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)

transmisión.



• 30 canales de datos + 2 de controlS ñ li ió

• E1 (MIC 30+2)

Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH) en Europa

• Velocidad: 32x8/125 μs = 2048 Kbps

• Velocidad de canal:2048 Kbps/32 = 64 Kbps

SincronismoSeñalización por

canal común

2048 Kbps/32 64 Kbps

E-carrier Digital Multiplexing Hierarchy

Nomenclatura



Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH) en USA• La agrupación de menor orden se conoce como T1. Agrega 24 canales telefónicos

transmitidos mediante la siguiente trama:

T-carrier Digital Multiplexing Hierarchy

transmitidos mediante la siguiente trama:

Hierarchy

N i l i i ió d l t

Delimitación de tramas por digitos añadidos:

− Necesario para asegurar la sincronización de las tramas− Se usa una combinación predefinida de bits a modo de

canal de control. Ejemplo: bits alternantes01010101…,que resultan poco probables en un canal dedatos.


− El receptor compara los bits de entrada en unadeterminada posición con el patrón dado.


• Las derivas entre relojes (limitación de velocidad alcanzable) impiden identificar con precisión el puntodonde empieza un flujo de bits multiplexado de nivel más bajo dentro de un flujo de nivel más alto. Para

Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH). Limitaciones

donde empieza un flujo de bits multiplexado de nivel más bajo dentro de un flujo de nivel más alto. Paraacceder a un canal individual dentro de una señal multiplexada, todos los canales deben serdemultiplexados (carencia de flexibilidad y encarecimiento del equipamiento PDH).

Circuitos dúplex PDH de 140Mbps

BMultiplexor para derivar o insertar C

Circuitos dúplex PDH de 140Mbps

140 Mb 140 140 140 Mbps

34 Mbps

CLIENTE

140 MbpsEquipo

terminal de línea

140

3434

8

34

8

140

34

140 MbpsEquipo

terminal de línea

2 Mbps

8 Mbps

8

2

8

2

8 82 Mbps

Multiplexor para derivar o insertar

demultiplexormultiplexor


CLIENTE


Jerarquía Digital Síncrona (Sinchronous Digital Hierarchy, PDH)• Jerarquía digital basada en la tecnología SONET

(S h O ti l N t k USA(Synchronous Optical Network, en USA yCanada) y diseñada para ser usada en redes defibra óptica. Aunque existen ligeras diferenciasentre SDH y SONET son “interconectables”.

Niveles de multiplexado

entre SDH y SONET son interconectables .• Posee una red de sincronismo independiente de

la red de transporte (sincronismo fuera de banda)basada en un reloj común muy preciso (reloj

ó i )atómico).• Elimina las derivas producidas en la velocidad de

transmisión permitiendo establecer la posiciónexacta de los bits de los afluentes dentro de unexacta de los bits de los afluentes dentro de untributario y, por tanto, extraer cada canalindividual, accediendo directamente a su posiciónen la trama.

• La topología más común es en anillo (dual ring),aunque admite también topologías punto a punto.

• En PDH la unidad de información es el bit(exceptuando el primer nivel jerárquico) En SDH


(exceptuando el primer nivel jerárquico). En SDHla unidad de información es el octeto.


• FlexibilidadUna única estructura de trama permite acomodar diferentes módulos de transporte (tanto

Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Características principales

Una única estructura de trama permite acomodar diferentes módulos de transporte (tantoflujos plesiócronos como síncronos) en función de la demanda del tráfico.

• AccesibilidadSe puede acceder a un tributario cualquiera dentro de la trama principal sin necesidad deSe puede acceder a un tributario cualquiera dentro de la trama principal sin necesidad dedemultiplexar la trama. De la misma forma, se puede incluir un nuevo tributario sin recurrir aequipos de multiplexación intermedios. Por ello, a los equipos SDH se les denota A&DM (Addand Drop Multiplexer)

• ControlEn la trama principal se incluyen canales de datos para el control de los tramos deregeneración y multiplexación. Se proporciona una gestión y supervisión del conjunto de lared de modo centralizado desde un único centro de gestiónred de modo centralizado, desde un único centro de gestión.

• CapacidadAcepta velocidades de hasta 10 Gbps. Esta capacidad le permite adaptarse a las actualesnecesidades del mercado.necesidades del mercado.

• Costes competitivosLos costes iniciales de inversión y los costes de operación son inferiores a los de una redPDH, puesto que los elementos de la red son muy competitivos y la gestión puede realizarse


de forma centralizada.


Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Configuraciones topológicas



• STM-1 se compone de múltiples tramas que se repiten con un periodo de 125μs. Cada trama estácompuesta de 9 segmentos (filas) de 270 octetos (2430 octetos - 155.52Mbps). Cada segmento se

Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de trama básica

compuesta de 9 segmentos (filas) de 270 octetos (2430 octetos 155.52Mbps). Cada segmento secompone de 9 bytes de cabecera y 261 bytes de carga útil.

Camino: trayecto de transmisión extremo a extremo.POH: Cabecera de camino.

Sección: enlace entre dos equipos terminales de sección dedicados al mantenimiento del enlace (ej: repetidores) Línea: enlace entre dos equipos terminales de línea que controlan


la fiabilidad del enlace (ej: ADM, conmutador cross connect) .


• Al contenedor se añade una cabecera (PoH) para vigilar yadministrar extremo a extremo el contenedor asociado. El

Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de multiplexación

administrar extremo a extremo el contenedor asociado. Elcontenedor más el gasto extra de camino constituyen uncontenedor virtual (VC-x).

• El contenedor virtual no tiene por que estar sincronizado conel inicio de la trama STM-1 por lo que hace falta un puntero.el inicio de la trama STM 1 por lo que hace falta un puntero.El puntero más el contenedor virtual constituye una UnidadTributaria. Si la unidad tributaria contiene más de unatributaria se llama Grupo de Unidades Tributarias (TUG).

• El VC más grande se llama Unidad Administrativa (AU).El VC más grande se llama Unidad Administrativa (AU).

En una trama STM-1 sepueden multiplexar unú i VC 4 t VC 3único VC-4 o tres VC-3



• ContenedorCapacidad disponible para el transporte de información (payload)

Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de multiplexación

Capacidad disponible para el transporte de información (payload).Se han definido sus capacidades de forma que se adapten con las velocidades de PDH.En algunos casos, la adaptación se consigue mediante la adición de octetos de padding.

• Contenedor VirtualSe forma añadiendo una cabecera al contenedor Dicha cabecera se denomina POH (Path OverHead)Se forma añadiendo una cabecera al contenedor. Dicha cabecera se denomina POH (Path OverHead).Se han definidos dos tipos de contenedores virtuales:

• VC de orden inferior (VC-11, VC-12, VC-2).• VC de orden superior (VC-3, VC-4).

• Unidad Administrativa• Unidad AdministrativaFormada por un contenedor virtual de orden superior y por un puntero que indica la posición del primerocteto del contenedor. Las unidades administrativas definidas son UA-3 y AU-4 que transportan uncontenedor virtual de orden 3 y 4 respectivamente.

• Grupo de Unidades AdministrativasGrupo de Unidades AdministrativasAgrupamiento de varias unidades administratvas (3 UA-3 o una única UA-4).

• Unidad TributariaFormada por un contenedor virtual de orden inferior y por un puntero que indica la posición temporal delprimer octeto del contenedor Sirve para adaptar las capacidades entre los contenedores inferiores yprimer octeto del contenedor. Sirve para adaptar las capacidades entre los contenedores inferiores ysuperiores.

• Grupo de Unidades TributariasAgrupamiento de varias unidades tributarias. Se define para permitir la transmisión de tributarias de distintascapacidades sobre una misma trama STM-1 En consecuencia los grupos no tienen por que ser


capacidades sobre una misma trama STM 1. En consecuencia, los grupos no tienen por que serhomogéneos entre si.


CONTENEDOR 1

Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Método de multiplexado

VC-1 POH CONTENEDOR-1

CONTENEDOR-1

VC-1

TU 1

VC-1

TU-1 Puntero

TU-1 PunteroTU-1 Puntero

VC-1VC-1

VC-1

TU-1

VC-1

VC-1VC-1

VC-1 TUG-2

TUG-2TUG-2

TUG-3TUG-3

TUG-2TUG-2

TUG-3TUG-3VC-4 POH

TUG-3

VC-4

VC-4

VC-4

AU-4 Puntero

AU-4 Puntero

AU-4 Puntero

AU-4 Puntero

AU-4

AUG

SOH

AU 4 Puntero

AUGAUGSOH

AU 4 Puntero

AUGAUG STM-N


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDREDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS

• En el contexto de conmutación de circuitos telefónicos, llamamos red deinterconexión de M entradas y N salidas al conjunto de dispositivos que

it li l t ió d i it d d d l M t d h ipermiten realizar la conmutación de circuitos de voz desde las M entradas haciauna de las N salidas.

• Cuando una llamada entrante no puede ser conmutada hacia el puerto de salida,se dice que la llamada es bloqueada. Existen dos causas de bloqueo de unaq q qllamada entrante:

Bloqueo externo: La llamada no puede ser conmutada porque el puerto de salidase encuentra ocupado por otra llamadase encuentra ocupado por otra llamada.

Bloqueo interno: El puerto de salida está libre, pero la red de interconexión no escapaz de configurarse para conmutar esa llamada.



• Clasificación de las R.I. por número de puertos

• Clasificación de las R.I. por comportamiento de las llamadasentrantes.−Modo concentrador: Las llamadas entrantes pueden ser conmutadas a

cualquier puerto de salida (concentradores suelen usarse en estecualquier puerto de salida (concentradores suelen usarse en estemodo).

−Modo encaminador: Las llamadas entrantes pueden ser conmutadas acualquier puerto de salida entre un conjunto concreto de puertos desalida (distribuidores suelen usarse en este modo).

−Modo conmutador: Las llamadas entrantes demandan puertos de salida


Modo conmutador: Las llamadas entrantes demandan puertos de salidaconcretos (expansores suelen usarse en este modo).


• Puertos de entrada y de salida:R. I. de una central local

− Puertos de abonados: llamadas desde/hacia abonados de la central (hasta decenas demiles de puertos). La ocupación de estos puertos es pequeña.

− Puertos de líneas troncales: llamadas desde/hacia usuarios en otras centrales (aprox.centenas de puertos). La ocupación de estos puertos es alta.

• RI de una central local, se diseña como la conexión de 3 R.I.− R.I. concentradora de las líneas de abonado (en modo concentrador).( )− R.I. distribuidora, con tantos subconjuntos como posibles grupos de destinos (en modo

encaminador).− R.I. expansora hacia las líneas de abonado (en modo conmutador).e pa so a ac a as eas de abo ado (e odo co u ado )



• Diseñadas para trabajar en modo encaminador.

R. I. de una central de tránsito

• La ocupación de los puertos es alta: no existe etapa concentradora.

• Centrales de baja jerarquía: se pueden diseñar con un pequeño bloqueoCentrales de baja jerarquía: se pueden diseñar con un pequeño bloqueointerno.

• Centrales internacionales: en general, se diseñan sin bloqueo interno



Diseño básico de R. I. analógica: conmutación por división en espacioUn conmutador por división en el espacio es aquel enel que las rutas que se establezcan serán físicamenteel que las rutas que se establezcan serán físicamenteindependientes unos de otros (división en el espacio).Fue originalmente desarrollada para los entornosanalógicos y, posteriormente, se ha desplazado al

crossbar

contexto digital.

Cada conexión requerirá el establecimiento de uncamino físico a través el conmutador que se dedique Mcamino físico a través el conmutador que se dediqueexclusivamente a la transferencia entre los dospuntos finales. El bloque básico de un conmutador deeste tipo consiste en una matriz de conexiones (o de

M

puntos de cruce) que se pueden habilitar odeshabilitar por una unidad de control (matriz depuntos de cruce o crossbar)

NEl número de puntos de cruce necesarios para unamatriz de M entradas y N salidas es de MN.Se activa el punto de cruce (a,b) para que la llamada

Los circuitos o rutas establecidos son físicamente independientes unos de

N


entrante en puerto a, salga por el puerto de salida b. otros.


Propiedades de las matrices de puntos de cruce crossbar• Sin bloqueo interno. Se dice que una red de interconexión no presenta bloqueo

i t i l i t d / lid i t i lib d linterno si para cualquier par entrada/salida existe un camino libre en caso de que lared estuviera ocupada completamente. En este caso, una llamada siempre puedeproducirse si el puerto de salida se encuentra libre ya que sólo sería necesarioactivar el punto de cruce adecuadoactivar el punto de cruce adecuado.

• Accesibilidad total. Se dice que una red de interconexión es de accesibilidad total,si una llamada desde cualquier puerto de entrada podría alcanzar cualquier puertosi una llamada, desde cualquier puerto de entrada podría alcanzar cualquier puertode salida, si la red estuviera desocupada completamente; por tanto, este conceptodepende de cómo se establezcan los múltiples cruces entre las etapas intermedias.

• Número de llamadas simultáneas. En el momento de mayor utilización es igual amín{M,N}.

• Eficiencia de los puntos de cruce. El porcentaje que, como máximo, un punto decruce está siendo utilizado es mín{M,N}/M·N. En el caso de matrices simétricas esi l 1/N


igual a 1/N.


Limitaciones de las matrices de puntos de cruce crossbar- El nº de puntos de cruce crece con el cuadrado del tamaño de la R.I. Muy costoso para

t d dconmutadores 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 dispositivosp p

estén activos. Sólo una fracción de los puntos de cruce estarán habilitados.

Para evitar estas limitaciones se empleanconmutadores de múltiples etapas tal que:p p q

- El nº de puntos de cruce se reduce.10 líneas de entrada 100 puntos decruce para crossbar simétrica, y 48 parala red multietapa de la figurala red multietapa de la figura.

- Hay más de un camino posible a travésde la red para conectar dos estaciones,aumentando así la seguridad.g

- El sistema de control es más complejoen una red multietapa: se han dehabilitar las puertas que permitenobtener un camino libre: por tanto son


obtener un camino libre: por tanto, sonbloqueantes (los crossbar no lo son).

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDREDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOSEjemplos de redes multietapa

1000x

100

......

100x

1000

......Sean 1000 líneas de acceso:

A) CROSS BAR SIMÉTRICAB

100x

10

......

10x100

......

A) CROSS-BAR SIMÉTRICA.- 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

1

100x

10

......

10x100

......

- Accesibilidad completa. Desde cualquier entrada se conecta a cualquier salida.

B) ETAPAS 1000x100.2·(1000 x 100) = 2·105 puntos de cruce.PB 0 Son bloqueantes

C2

…100

x10

......

10x100

......

100 1010

PBint 0. Son bloqueantesAccesibilidad completa.

C) ETAPAS 100x10.2·(100 x 10)·10 = 2·104 puntos de cruce.PB 0

10

100. 10 .

100x

10

...

10x

100

...

10

10x10

PBint 0.NO Accesibilidad completa (cualquier salidano puede conectarse con cualquier entrada).

D) ETAPAS 100x10 multicruce.M = [2 (100 x 10) + (10 x 10)] 10= 2 104 + 103 D x

10

... x100

...

100x

..10x

..

x10

10x

M = [2·(100 x 10) + (10 x 10)]·10= 2·104 + 103.PBint = ¿?.Accesibilidad completa.

Bloqueo interno nulo Accesibilidad total

D


x10

. x100

.x10La condición de bloqueo interno es más restrictiva

que la de accesibilidad total.


Matriz de dos etapas genérica• 4 Parámetros para su definición: Nin, Nout, nin, nout

• Elementos 1º etapa: (Nin/nin) * (nin * Nout/nout) = Nin*Nout/nout

• Elementos 2º etapa: (Nout/nout) * (nout * Nin/nin) = Nin*Nout/nin

• Nº ptos cruce total = N *N /n + N *N /n• Nº ptos cruce total = Nin Nout/nout + Nin Nout/nin

• Nº de enlaces entre matrices necesario = NinNout/(ninnout)



Matriz de tres etapas genérica


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDREDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOSBloqueo interno en una matriz de tres etapasRed de camino múltiple: una llamada desde unpuerto de entrada (p0) a un puerto de salida

Cada llamada encaminada, ocupa dos enlaces: unaentre módulos de etapas 1 y 2, y otro entre módulos de

(p0), puede ser encaminada a través de k2caminos distintos.

p y , yetapas 2 y 3 (llamada p0-p0 ocupa enlace 1-B y B-1.

¿Cuándo una llamada sufre bloqueo interno?− Sea una llamada desde puerto 0 a puerto 0,

Ejemplo:• llamadas establecidas anteriormente:

disponiendo de k2 posibles caminos paraser encaminada.

− Un camino válido sería si está desocupadoel enlace entre etapas 1-2 y el enlace entre

− (p0-A-p3) => ocupa 1-A ; A-2− (p2-B-p1) => ocupa 2-B ; B-1

• Consecuencia: llamada p1-p0 sufre bloqueo interno.el enlace entre etapas 1 2 y el enlace entreetapas 2-3.

− Si ninguno de los k2 caminos es válido, lallamada no puede ser encaminada (bloqueointerno)


interno).


Matriz de tres etapas: condición de Clos¿Cuál es el número de etapas intermedias k2con el que puedo diseñar mi red decon el que puedo diseñar mi red deinterconexión para asegurar que no existabloqueo interno?.

• Estudiar caso peor:

¿k2?

• Estudiar caso peor:Llamada desde p0 a p0 (módulo deentrada 1, módulo de salida 1).n 1 enlaces etapa 1 2 ocupados pornin-1 enlaces etapa 1-2, ocupados porllamadas desde módulo 1 de primeraetapa, destinados a cualquier módulo desalida salvo el módulo 1 .nout-1 enlaces etapa 2-3, ocupados porllamadas originadas en cualquier módulode entrada (salvo el 1), y destinadas al

ód l d lid 1módulo de salida 1.• Condición de Clos (1953) para no

bloqueo en sentido estricto:


k2 ≥ (nin-1)+(nout-1) +1 k2 ≥ nin + nout - 1


Matriz de tres etapas: condición de Clos (red simétrica)k2 ≥ (nin-1)+(nout-1) +1 k ≥ 1

Condición de Closk ≥ 2n 1

k2 ≥ nin + nout - 1

k ≥ 2n - 1

2N NM 2( k) k

Número de puntos de cruce

ópt

N NM = 2(n·k) + kn n

M 4N 2N -1

ópt



Matriz de tres etapas: redes reconfigurables (1)Ejemplo:ll d t bl id t i t• llamadas establecidas anteriormente:− 1º llamada) (p0-A-p3) => ocupa 1-A ; A-2− 2º llamada) (p2-B-p1) => ocupa 2-B ; B-1

• Consecuencia: llamada p1 p0 sufre bloqueo interno• Consecuencia: llamada p1-p0 sufre bloqueo interno.− Si posteriormente llega llamada p1→p0, antes de que

termine alguna de las existentes, sufre bloqueo interno.

Los algoritmos de encaminamiento deciden para cada llamadaLos algoritmos de encaminamiento deciden para cada llamadaentrante un camino libre.

• Deben intentar prevenir situaciones de bloqueo paraFUTURAS llamadas entrantes. Por ejemplo: si el algoritmoh bi d idid i l ll d 2 1 l ód lhubiera decidido encaminar la llamada p2→p1 por el móduloA, ahora la llamada p1→p0 se podría encaminar por B.

¿Qué criterios se deben seguir en el diseño de algoritmos de encaminamiento?• Deben ser simples y de ejecución rápida para no retrasar el establecimiento de llamada• Deben ser simples y de ejecución rápida, para no retrasar el establecimiento de llamada.• Deben intentar que las futuras llamadas entrantes tengan menor probabilidad de bloquearse. ¿Cómo?:

Depende del tráfico de llamadas entrantes (se puede estimar, pero es desconocido!).• Call packing: Técnica utilizada por algoritmos de encaminamiento, que intenta aglutinar todas las

llamadas posibles por los mismos módulos de intermedios por ej : búsqueda de módulo libre siguiendo


llamadas posibles por los mismos módulos de intermedios. por ej.: búsqueda de módulo libre, siguiendosiempre en el mismo orden.


Matriz de tres etapas: redes reconfigurables (y 2)

• Redes cuyo hardware es capaz de reencaminar llamadas que se están cursando.Redes cuyo hardware es capaz de reencaminar llamadas que se están cursando.modificando la etapa intermedia (redes reconfigurables).

−Cada vez que una llamada entra, el algoritmo de encaminamiento busca caminoq , gen la red de 3 etapas.

−Si no encuentra camino, se intenta reencaminar las llamadas que están enl bj ti d i lib l ll dcurso, con el objetivo de crear un camino libre para la nueva llamada.

• ¿Cuántos módulos intermedios (k2) son necesarios en una red reconfigurable paraasegurar que no existe bloqueo interno?asegurar que no existe bloqueo interno?

−Se conoce como condición de no bloqueo en sentido amplio.

−Para redes simétricas: k ≥ n asegura la no existencia de bloqueo interno ensentido amplio en redes reconfigurables.



Matriz de tres etapas: resumen probabilidad de bloqueo¿Cómo podemos calcular en un caso general la probabilidad de bloqueo?¿ p g p q

−En general:Hay accesibilidad completa si, con la red completamente desocupada,cualquiera de las entradas puede conmutarse con cualquiera de las salidas.Hay PBint = 0 si, con la red completamente ocupada, existe un camino libre paracualquier par entrada/salida. Por tanto, la condición de bloqueo interno es más

i i l ibilid d lrestrictiva que la accesibilidad total.

−En redes multietapa hay que comprobar la Condición de Clos (k ≥ 2n – 1) y:Si l PBi t 0 bl tSi 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.y ( ) q pSi NO hay reordenación (k < n) Sí bloqueo en sentido amplio.En estos casos, hay que buscar los caminos posibles entre entrada y salida



Diseño básico de una R.I. : conmutación de canales TDMAntes de la digitalización de la voz:− Entradas y salidas de la R I son enlaces que pueden transportar− Entradas y salidas de la R.I. son enlaces que pueden transportar

1 llamada en estado analógico. Cada llamada entra por un puertode entrada y es conmutada hacia un puerto de salida.

− R.I. se diseñan a partir de crossbar basados en puntos de cruce.

T l di it li ió

− Medida de la complejidad de una R.I.:1) Número total de puntos de cruce necesarios para su diseño.2) Número de enlaces entre módulos.

Tras la digitalización:− Conversaciones digitales como flujos de 64 Kbps (1 byte cada 125 μs).− Enlaces de entrada y salida a la R.I. = enlaces TDM de velocidad igual a C · 64 Kbps

C bytes cada 125 μs => C conversaciones transmitidas a través de ese enlace.y μ

− Esto requiere dos tipos de conmutación:A Conmutación Espacial: variar el enlace de salida de una conversación


A. Conmutación Espacial: variar el enlace de salida de una conversación.B. Conmutación Temporal: variar el canal (slot) de salida de una conversación.


A. Conmutación espacial de enlaces TDM (etapas S)• Entrada: k enlaces de capacidad n.• Salida: m enlaces de capacidad nSalida: m enlaces de capacidad n.• Una conversación en el slot C en entrada ein, puede ser

conmutada al slot C de cualquier enlace de saluda eout.• No puede variar el slot de una llamada!!

Esquema genérico de un conmutador espacial digital

Un conmutador espacial se componede NxN puertas AND y de N puertasde NxN puertas AND y de N puertasOR, dispuestas de tal manera quecualquiera de las entradas puede serencaminada a cualquiera de lassalidas.



A. Conmutación espacial de enlaces TDM (etapas S). Ejemplo



B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T)• Entrada: 1 enlace de capacidad C1.• Salida: 1 enlace de capacidad C2.• Una conversación en el slot sin puede

ser conmutada a cualquier slot sout.Time-Slot

Interchange (TSI)

El mecanismo TSI de intercambio está basado en el almacenamiento de los datosque llegan al TSI sobre una memoria (buffer) que reorganizan los slots en la tramade salida atendiendo a las conexiones existentes Sin embargo el tamaño de talesde salida atendiendo a las conexiones existentes. Sin embargo, el tamaño de talesconmutadores (el nº de conexiones que permiten) está limitado por la velocidad deacceso a memoria. (por ej., para un sistema de 24 fuentes a 64Kbps con 8 bits porslot, la tasa de llegada es de 192000 slots por segundo, y el tiempo de acceso amemoria será 1/(2·192000) 2.6ms)

Dos implementaciones habituales:p

• Escritura secuencial-lectura controlada

• Escritura controlada-lectura secuencial.


Escritura controlada lectura secuencial.


Escritura secuencial

B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T)

Escritura secuencialLectura controlada

Proceso de almacenamiento de muestras entrantesLa muestra entrante en el time-slot i (1 ≤ i ≤ nin) sealmacena (secuencialmente) en la memoria dealmacena (secuencialmente) en la memoria demuestras en la posición i.Proceso de transmisión de muestras salientesParalelamente, el proceso de obtención de la muestrasaliente en el time-slot j (1 ≤ j ≤ n t) comienza leyendosaliente en el time slot j (1 ≤ j ≤ nout), comienza leyendola posición j de la memoria de conexiones, que es unnúmero entre 1 y nin. Este número indica la posicióndentro de la memoria de muestras que debe ser leída(acceso directo de lectura a la memoria de muestras),


(acceso directo de lectura a la memoria de muestras),ya que contiene la muestra que debe transmitirse.


Escritura controlada

B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T)

Lectura secuencial

Proceso de almacenamiento de muestras entrantesEl d l i t d l t t t

(*)

El proceso de almacenamiento de la muestra entranteen el time-slot i (1 ≤ i ≤ nin) comienza leyendo laposición i de la memoria de conexiones, que es unnúmero entre 1 y nout. Este número indica la posiciónd t d i d t d b itdentro de memoria de muestras que debe ser escrita(acceso directo de escritura a memoria de muestras).Proceso de transmisión de muestras salientesLa muestra saliente en el time-slot j (1 ≤ j ≤ nout), se lee( i l t ) l i d t l

(*)la realidad de implementaciónde estas memorias hace que el


(secuencialmente) en la memoria de muestras en laposición j.

qtamaño de la memoria demuestras sea el máx {nin, nout}


B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T). Ejemplo



Conmutación multietapa de enlaces TDM (etapas T y S)• Para superar las limitaciones de los conmutadores espaciales (alta probabilidad de bloqueo)

y temporales (falta de flexibilidad) utilizados de forma individual las redes de conexión dey temporales (falta de flexibilidad) utilizados de forma individual, las redes de conexión delas centrales digitales se diseñan con una combinación de ambos tipos de conmutadores.

• Las redes de conexión que llevan a cabo el proceso de conmutación mediante el empleo deconmutadores en sucesivas etapas reciben el nombre de redes de conexión multietapa.conmutadores en sucesivas etapas reciben el nombre de redes de conexión multietapa.

• Existen numerosos tipos de redes de conexión multietapa en los que varía tanto laorganización como el número de conmutadores de cada tipo.

Red de conexión TSconexión TS



• Matriz espacial de 3 x 3. Múltiplex de entrada/salida con 16 ranuras temporales.C i i it E2 l 10 i it S1 l 15

Conmutación multietapa de enlaces TDM. Ejemplo Etapas TS

• Conexiones: circuito E2 canal 10 con circuito S1 canal 15



• Matriz espacial de 3 x 3. Múltiplex de entrada/salida con 16 ranuras temporales.C i b E2 l 10 i it S1 l 15

Conmutación multietapa de enlaces TDM. Ejemplo Etapas ST

• Conexiones: bus E2 canal 10 con circuito S1 canal 15



Equivalente analógico de un conmutador de enlaces TDM1 … C1

T1 … C2Cada canal representado

t di ti t Tpor un puerto distinto. La representación de las etapas S y T como R.I. analógicas permite aplicar

i i d bl

1 1

… S …1 … n

1 … n

1 … n

1 … n

conocimientos de bloqueo ya adquiridos.

k m

Arquitectura T-S-T

• Interconexión de una etapaS y una etapa T.

• La etapa S selecciona elenlace de salida.

• La etapa T selecciona el

• Interconexión de una etapaT y una etapa S.

• La etapa T selecciona eltime slot de salida.L t S l i l

Arquitectura S-T-S


• La etapa T selecciona eltime slot de salida.

• La etapa S selecciona elenlace de salida.

III.2 PLANIFICACIÓN DE REDCÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEOEl análisis de sistemas de conmutación multietapa de naturaleza híbrida (unidades S y T) y elcálculo de la probabilidad de bloqueo es, en general, una tarea compleja. Dada una red deconmutación, con un determinado número de entradas y salidas, y un tráfico ofrecido sepueden calcular los siguientes tipos de bloqueo:

• Bloqueo interno: Probabilidad de que una llamada entrante, destinada a un puerto desalida concreto (libre), pueda ser conmutada.

• Bloqueo de llamada: Idem bloqueo interno pero teniendo en cuenta la probabilidad de que• Bloqueo de llamada: Idem bloqueo interno, pero teniendo en cuenta la probabilidad de queel puerto de salida esté ocupado por otra llamada.

Existen muchos caminos a considerar en un conmutador llevando a problemas decombinatoria. De forma más significativa aún, las dependencias entre las probabilidades debloqueo de distintos enlaces a lo largo del camino o ruta, hacen el problema prácticamenteintratable. Por tanto, resulta necesario hacer aproximaciones para obtener una estimación ala solución del problemala solución del problema.

La aproximación más simple para el cálculo de la probabilidad de bloqueo (PB) en unconmutador o red de conmutación de circuitos multietapa en la que NO se cumple la condiciónconmutador o red de conmutación de circuitos multietapa en la que NO se cumple la condiciónde Clos, es el Método de Lee. Este método permite calcular la PB interno (Pbint 0) utilizandoel equivalente analógico y asumiendo un conjunto de hipótesis.


III.2 PLANIFICACIÓN DE REDCÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO

Método de Lee: 1ª Hipótesis de partidaTodos los puertos de entrada reciben el mismo tráfico telefónico (tráfico balanceado). Losparámetros del tráfico entrante son los siguientes:parámetros del tráfico entrante son los siguientes:

• λ llamadas/segundo: media de llamadas entrantes por cada puerto de entrada,

• μ segundos/llamada: duración en media de cada llamada.

• Tin = λ· μ < 1 (tráfico medido en Erlangs (E))

• Nota: Cuando en un problema se proporcione un valor > 1, se referirá al tráfico ofrecido atoda la R.I., no por puerto de entrada.oda a , o po pue o de e ada



Método de Lee: 2ª Hipótesis de partidaPara los cálculos de bloqueo, el tráfico ofrecido al sistema, se supone igual al tráfico cursado. Estasuposición es razonable cuando las probabilidades de bloqueo obtenidas finalmente son bajas.p p q j

Como consecuencia el tráfico en cualquier parte delsistema se conserva. En cualquier matriz crossbar de laR.I., el tráfico que entra es igual al tráfico que sale (lasprobabilidades de ocupación de los enlaces en unamisma etapa son independientes).

1 1 …

n k a p



Método de Lee: 3ª Hipótesis de partidaEn cualquier instante, la probabilidad de que una línea se encuentre ocupada es igual altráfico medio que circula por ella A su vez la probabilidad de ocupación de una línea se

Bl d ll d

tráfico medio que circula por ella. A su vez, la probabilidad de ocupación de una línea seconsidera independiente de la ocupación del resto de líneas de la R.I (las probabilidades deocupación entre las etapas sucesivas son independientes )

Bloqueo de llamada(Hipótesis 1) Igual a la probabilidad de bloqueo deuna llamada desde el puerto 0 al puerto 0.

(Hipótesis 2 y 3) Igual a la probabilidad de que elenlace intermedio esté ocupado o que el puerto desalida esté ocupado (una u otra situación provocanbloqueo).

BllamM.C. = 1 – P(llamada se produzca) =

= 1 – (1-a)*(1-Tout) =

= 1- (1-0,45)*(1-0,36) = 0,648

Ci t


Cierto porque se asumen probabilidades independientes !!!


Grafos de Lee• El método de Lee admite una representación gráfica (gráfico de red), que ayuda a la

resolución Su punto de partida es el equivalente analógicoresolución. Su punto de partida es el equivalente analógico• Idea general

− Se representa cada matriz de la R.I. como un nodo.− Cada enlace entre matrices como un enlace entre nodosCada enlace entre matrices como un enlace entre nodos.− Cada enlace tiene asociado su probabilidad de ocupación.

• Se define el grafo canal como cualquier camino que une un par entrada/salida dentrodel grafo de red. De esta forma, se pretende buscar todos los caminos posibles.g , p p



Grafos de Lee: bloqueo interno• Se toma una llamada entrante por

un puerto concreto y saliente porun puerto concreto y saliente porotro puerto concreto (p.e. puerto 0 apuerto 0).

• Se dibujan únicamente los nodos yenlaces por los que esa llamada

Bint

Resolución del grafo:enlaces por los que esa llamadapodría ser encaminada (no todoslos nodos de la red!!!).

gBint = a = 0,45

Grafos de Lee: bloqueo de llamadaGrafos de Lee: bloqueo de llamada• Existe bloqueo de llamada si hay bloqueo interno o si el puerto de salida está ocupado• Se construye añadiendo al grafo de bloqueo interno, el enlace asociado al puerto de salida (ocupación Tout)

Bllam Bint

Resolución del grafo:Bllam= 1- (1-a) )·(1-Tout) =

= 1 (1 0 45) ·(1 0 5) = 0 725


= 1 - (1-0,45) ·(1-0,5) = 0,725Cierto porque se asumen probabilidades independientes !!!


Grafos de Lee: PB para grafos simples y compuestos

Simplificación de enlaces Simplificación de enlaces en pen serie en un grafo de Lee

pparalelo en un grafo de Lee

1 [(1 ) (1 ) (1 )]pequiv = 1 – [(1-p1)·(1-p2)·...·(1-pk)] pequiv = p1· p2 · ... · pk

1 1 ip seriePB ip paraleloPB

PB para un grafo tipo telaraña

!P(m)PB(m) aplicando ! ( )!

NNm

NN

telarañaPB

P(m): prob de que haya m enlaces libres combinatoria asociada al nº enlaces

0 ! ( )!m

m m N m telaraña

si la probabilidad de ocupación de todas las entradas es la misma y, por tanto, el sumatoriode posibilidades se convierte en una multiplicación según las reglas de la combinatoria.


P(m): prob. de que haya m enlaces libres combinatoria asociada al nº enlaces PB(m): prob. de bloqueo con m enlaces libres libres (m) respecto del nº total (N)


Ejemplo R.I. de tres etapas

Bint

Resolución del grafo:Bint = (1- (1-a)·(1-b))3 = (0,84)3 = 0,602161

BBllam

Resolución del grafo:B 1 (1 B ) (1 T ) 0 761297


Bllam= 1- (1-Bint)·(1-Tout) = 0,761297


Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueoLa metodología utilizada para el cálculo de PB en redes de múltiples etapas S y T sigue 3 pasos:

1 A partir de una red de conmutación digital se construye su equivalente analógico1. A partir de una red de conmutación digital se construye su equivalente analógico.2. Sobre este equivalente se puede comprobar si se cumple la condición de Clos.3. En el caso de que no se verifique, se explica el método de Lee para el cálculo de la PB.

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

1 … CT

1 … L1 1

… S …

1 … k

1 k

1 … k

1 k

1 1… 1 …N/n N/n

1 11 1

… C x L …

C L

N/n N/n1 … k 1 … k

… 2 …N/n N/n

1 1

En el equivalente analógico se sustituye por un módulo de

… k …N/n N/n

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).

Cada enlace de entrada/salida es un slotde la trama original de entrada/salida

y pcomunicación para cada slottemporal.

1 2 3 4T

1 … k

1 … kS

T

1 2 3 4

MIC1

MIC

MIC1

MIC

4 x k …2 x 2

k x 42 x 2

…

…


TMIC2 T MIC24 x k k x 4…

2 x 2…


Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueoPaso 1b. Establecer el equivalente completo de la estructura multietapa (ej: TST).

1 … nT

1 … k1

1 1

1 … kT

1 … n

N N

1 … nT

1 … kN/n

… … S …

N/n N/n1 … k

T1 … nN/n

…N N

1 1

n x k

1

1 1… 1 …

1 1

k x n

1

… n x k …

n k

…N N

N/n N/n

…

… k x n …

k n

…

1 1

… n x k …

N/nN

1 1k

1 1

… k x n …

N/n


n k… k …N/n N/n k n


Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueoPaso 2. Sobre este equivalente se puede comprobar si se cumple la condición de Clos (k ≥ 2n – 1).Paso 3 En el caso de que no se verifique se explica el método de Lee para el cálculo de la PBPaso3a. Establecer cada grafo canal Gci encontrando todos los caminos posibles entre cada entrada/salida.

2 x 2 2 x 2 2 x 2

Paso 3. En el caso de que no se verifique, se explica el método de Lee para el cálculo de la PB.

2 x 2 2 x 2 2 x 2

Equivalente analógico Grafos canalGrafo de red1PB PB i d l º d i i d d l lGC N

Paso 3b. Expresar correctamente las probabilidades pi de cada enlace:Cálculo del factor

iRED GC1PB PB siendo el nº de caminos asociados a de los totalesi i i

i

GC NN

ya que En generaln a kn a k p p a a p

Paso 3c. Resolver matemáticamente las probabilidades aplicando las expresiones:

Cálculo del factor de expansión ()

P l t l 1 1PB PB

ya que En general, n k in a k p p a a pk n

Para casos elementales:

Para casos complejos:

1 1 ip seriePB ip paraleloPB

0


NNm

m

Nm N m

telarañaPB


0 ( )mP(m): prob. de que haya m enlaces libres combinatoria del nº enlaces PB(m): prob. bloqueo con m enlaces libres libres (m) respecto del total (N)


Ejemplo 1Construir una red de conmutación de 8x8 a partir de 4 unidades 4x4 y 8 unidades 2x2, de forma queproporcione la menor probabilidad de bloqueo posible. Considerar la probabilidad de ocupación de lasproporcione la menor probabilidad de bloqueo posible. Considerar la probabilidad de ocupación de laslíneas de entrada del sistema de valor a=0.1.

OPCIÓN A

a a a a

a4

a aa

aa

a a aa4


GRAFO DE RED GRAFO CANAL PBA = { 1- [(1- a)2(1- a4)] }2 = 0.0361


OPCIÓN B

Ejemplo 1 (cont.)

a a

aa

a a

a2


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


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

Ejemplo 1 (cont.)

OPCIÓN COPCIÓN C

a

a

aa a

aa aa2 a4

PB = 1 [(1 a)(1 a2 )(1 a4)] = 0 1091PBC = 1- [(1- a)(1- a2 )(1- a4)] = 0.1091

OPCIÓN D



OPCIÓN E y F. Son simétricas. Ejemplo 1 (cont.)

OPCIÓN E

OPCIÓN FOPCIÓN F



GC20

PB P(m)PB(m)

i d N 4 l

N

m

OPCIÓN E OPCIÓN FEjemplo 1 (cont.)

siendo N=4 enlaces

!siendo ! ( )!

Nm

Nm N m

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

4 42 2 2 2 1· 2 (1- )· 1 (1 ) (1- ) · 1 (1 )(1 0 3) .010a a a a a a a

FPB = P(0)· PB(0) + P(1)· PB(1) + P(2)· PB(2) + P(3)· PB(3) + P(4)· PB(4) =

PB( ) 3 341

m=1 P(1) = (1 ) 4 (1 ) a a a a

4m=0 P(0) = a , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados

22PB(1)= = 1 (1 ) a

F

PB( ) 1

2 2 2 242

m=2 P(2) = (1 ) 6 (1 ) a a a a

( ) ( )

22PB(2)= = 1 [(1 )(1 )]a a PB( ) 3 34

3m=3 P(3) = (1 ) 4 (1 )a a a a 23PB(3)= = 1 [(1 )(1 )]a a PB( )

( )Arquitectura de Redes Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.110

4 444

m=4 P(4) = (1 ) (1 )a a 24PB(4)= = 1 [(1 )(1 )]a a PB( )


Ejemplo 21 12 A 2

1 12 2

1 12 2

1 12 2Input

Output#12 A 2

3 32 2

1 12 2

2 2

1 123 2

2 2

1 12 2

InputA

#1

Output#2

1 12 B 23 3

1 12

2 31 12 2

1 12 2

InputB

Output#3

A 1A 1

2

B

Cálculo del factor ya quen a kn a k p p a p p2

3

de expansión () ya quen a k p p ak n

p1 p3

Como n = k : Como 2p = 3p1 : Como p + p1 = 2p2 : Como 2p + p1 = 2p3 :


β●= 1 β▲ = 6/5 β■ = 3/4β = 3/2


A1 2 A

Ejemplo 2 (cont.)1 1a

B B

2

3

2

3

b

c

Grafos Canal: GC1=A1(6) + B1(6) = 12 GC2=A2(6) + B2(6) = 12 = GC3=A3(6) + B3(6) = 12

B

12 12 12 1 2PB PB PB PB PB PB p p p p

B3 3c

12 12 12 1 2

RED GC1 GC2 GC3 GC1 GC236 36 36 3 3

2 2GC1 2 1 2 1

PB PB PB PB PB PB

PB 1 (1 )(1 ) 1 1 1 1 (1 ) 1 (1 )(1 )p p p p

p p1 p2 p3

!NN N

3m=0 P(0) = , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados p2m=1 P(1) = (1 ) PB(1)=PB(1a)+PB(1b)+PB(1c)p p

0


Nm

m

Nm N m

GC2 GC3PB = PB

3 2

3

m=1 P(1) = (1 ), PB(1)=PB(1a)+PB(1b)+PB(1c) PB(1a) = 1 (1 )(1 ) 1 (1 )(1 )

PB(1b) = 1 (1 )(1 )

p pp p p p

p p


1 3 1 2 PB(1c) = 1 (1 )(1 ) 1 (1 )(1 )p p p p etc. m=2, m=3


Ejemplo propuestoDada la siguiente red de interconexión, calcular:

S d t d• Suma de puntos de cruce• Grafo de Lee para Bint y Bllam• Calcular probabilidad de bloqueo interno y de llamada para los parámetros de

funcionamiento indicadosfuncionamiento indicados

Datos:


Datos:• Tin=0.5 ; nin=10 ; nout=12 ; k1=4 ; k2=15 ; k3=4 ; G1=4 ; G2=5


Ejemplo propuesto (solución)


III.3 GSM. Global System for Mobile communicationsContenidos del capítulo

Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones Estructura de transmisión Estructura funcional Arquitectura de protocolos Aplicaciones y servicios

Redes de Telefonía MóvilRedes de Telefonía MóvilSistemas de Telefonía pública para usuarios que pueden cambiar de posición, incluso durante

una conexión ya establecida. Esto implica añadir nuevas prestaciones a la red tradicional parauna conexión ya establecida. Esto implica añadir nuevas prestaciones a la red tradicional para

permitir la movilidad y la localización del terminal (estructura de red distinta).

Otros sistemas de telefonía vía radio son:

• telefonía inalámbrica (de uso residencial y/o centralitas sin hilos, bucle de abonado

inalámbrico Wireless Local Loop)

i t d di j í (t di i l BUSCA)• sistemas de radiomensajería (tradicional BUSCA).

• Sistemas trunking


Introducción a la telefonía celular: evolución y especificacionesIII.3 GSM. Global System for Mobile communications

Maximizar la zona de cobertura

Concepción inicial

•Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada.

•Potencia de los móviles (MS) elevada.

Canal

Totalcanales BW

BWN Superficie

NEficiencia canalesR

“handicap” Eficiencia en términos de número de canales por unidad de superficie es

Cada móvil necesita un canal de subida y otro de bajada. Por tanto, el

pequeña. Un número de usuarios alto requiere un ancho de banda muy grande.

Cada móvil necesita un canal de subida y otro de bajada. Por tanto, elsistema funciona bien siempre y cuando la demanda sea pequeña. Si elnúmero de usuarios es elevado se hace necesario un ancho de bandamuy grande.


y g

III.3 GSM. Global System for Mobile communicationsIntroducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones

Principios básicos de una arquitectura celular

Nn• Fragmentación en células de la zona a cubrir.

SuperficieNnEficiencia canales.

• Potencia de las BS y los MS reducida.• Reuso de frecuencias.

f3f2

f7ff11“Reuso de frecuencias”

limitación:I t f i ( l f4

f5

f6

ff11f2

f3 f7ff11

Interferencias (cocanal y canal adyacente)

fff2

f3 f7

f4

f5

f6

ff11

ff11f4

f5

f6

limitación: Complica el

“Localización y traspaso”

“CLUSTER”


Complica el control de la redconjunto de células que emplean frecuencias

diferentes. En este caso el cluster es de 7 células.

III.3 GSM. Global System for Mobile communicationsIntroducción a la telefonía celular: evolución y especificacionesFragmentación celularPermite al sistema adaptarse a crecimientos en el número de abonados. Cuando el tráficoalcanza cotas de servicio insatisfactorias, la celda o celdas afectadas pueden subdividirse enceldas más pequeñas con potencias de transmisión más reducidas. El reuso de frecuenciaspuede repetirse a escala reducida. Podemos tener entornos macro, micro o picocelulares enfunción del volumen de tráfico que deba cursarse.


III.3 GSM. Global System for Mobile communicationsIntroducción a la telefonía celular: evolución y especificacionesComponentes básicos de un sistema celular



Usuarios alcanzables en cualquier momento y lugar:• Paging: Mecanismo para alcanzar al terminal cuando

Componentes básicos de un sistema celular: movilidad

• Handover: Siempre que el terminal se mueva de una estación a otra, la conexión radio se traspasa sin necesidad de ser interrumpida.

g g phay información desde la red destinada hacia él.

• Actualización de posición:Permite a la red conocer la localización del usuario dentro del área de cobertura.


Añadir a estas funciones, la itinerancia (roaming) y la seguridad


Evolución de los sistemas móviles

1G Analógicos1G. Analógicos

AMPS (Advanced Mobile Phone System)

TACS (T t l A C i ti S t )TACS (Total Access Communication System)

NMT (Nordic Mobile Telephone)

NTT (Nipon Telephone and Telecommunications).

2G Digitales2G. Digitales

GSM (Global System for Mobile Communications).

3G. Digitales + integración de servicios

UMTS (Universal Mobile Telecomunic System).


UMTS (Universal Mobile Telecomunic System).

III.3 GSM. Global System for Mobile communicationsIntroducción a la telefonía celular: evolución y especificacionesLas características técnicas del SISTEMA GSM permiten:

• Transmisión de datos con distintas velocidades. Posibilidad de interconexión conRDSIRDSI.

• Implantación de sistemas criptográficos que mejoran la seguridad detransmisión de vozI l t ió d té i d últi l it t l ú• Implantación de técnicas de acceso múltiple que permiten aumentar el númerode canales disponibles para las mismas frecuencias asignadas que en el casoanalógico.

• Mejoras en calidad de servicio al incorporar códigos para control de errores yecualización.

• Mayor calidad en presencia de interferencias.• Mayor eficacia de las baterías de los portátiles. Reducción del volumen y

consumo.• Capacidad de seguimiento automático, tanto nacional como internacional.p g ,• Utilización de los sistemas de señalización avanzados.• Coste para el usuario no superiores a los sistemas anteriores.

Posibilidad de coe istencia con la primera generación de sistemas mó iles


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


Bandas de frecuencia:Canal ascendente (móvil-base) de 890-915 MhzCanal descendente (base-móvil) de 935-960 MhzCanal descendente (base-móvil) de 935-960 Mhz

Transmisión duplexLa transmisión y recepción se efectúa a través de dos canales separados en frecuencia45MHz.

Separación entre portadoras 200KHz.Por tanto el sistema cuenta con 125 parejas de portadoras (124pares trx/rcx + 1par control).

Acceso múltiple TDMA / FDMA.Cada portadora sustenta una trama, constituida por 8 intervalos de tiempo (slots). Laduración de cada intervalo es de 0.577ms.

Modulación GMSK Canales de tráfico: Se establecen canales para tráfico de voz y datos Canales de tráfico: Se establecen canales para tráfico de voz y datos.

Canales de voz: a 13kbpsCanales de datos: a 2.4, 4.8 y 9.6 Kbps.

Señalización entre las estaciones base y la MSC similar a la de RDSI.Señalización entre las estaciones base y la MSC similar a la de RDSI.Sistema de señalización SS7 por canal común.

SeguridadCifrado de las comunicaciones de voz y datos y un complejo sistema de autenticación para


y y p j pel acceso al sistema por parte de los terminales.

Estructura de transmisiónIII.3 GSM. Global System for Mobile communications

Canales físicos: estructura frecuencial (FDMA)Las bandas de frecuencias

i dasignadas son:Enlace MS-BS: 890-915 MhzEnlace BS-MS: 935-960 Mhz

L b d tá di ididLas bandas están divididas en125 parejas de portadorasseparadas 200KHZ, empezandopor el par 890/935 MHz (1 parpo e pa 890/935 ( pade control y 124 pares detráfico). Para una variante deGSM, el sistema DCS1800, lasb d d f i 1710bandas de frecuencia son 1710-1785 y 1805-1880MHz.



Canales físicos: estructura temporal (TDMA)Cada portadora sustenta una trama de 4,615ms dividida en 8 intervalos de tiempo de 0,577ms.



Canales físicos: estructura temporal (TDMA)



El canal ascendente está retrasado tres slots con respecto al descendente. El MS transmitey recibe en instantes diferentes con lo cual no es necesario el uso de duplexores en la

Canales físicos: estructura temporal (TDMA)

y pantena para separar la transmisión y recepción en el MS.

Además de la recepción y transmisión se requiere la monitorización de las celdas vecinaspara, en su caso, solicitar un cambio de celda.p , ,


Retardo fijo de transmisión de 3 time-slots


La consideración individualde cada uno de los intervalos

i d l fí iasociados a un canal físico, alo largo de la sucesióntemporal de tramas, configuraun canal lógico (o más de

)uno).

P t t l fí iPor tanto, un canal físicopuede soportar varioscanales lógicos que serepartirán los intervalos deti d l l fí itiempo del canal físico.



Canales lógicosCanales de TRÁFICO. TCH (Traffic Channel).C tit id fí i t d t d d i t l d ti i dConstituido físicamente por un par de portadoras y de intervalos de tiempo asignados a unmóvil para efectuar una comunicación. Puede sustentar la transmisión de información de voz ydatos, así como canales especiales de señalización asociada a la llamada que ocupan ciertosintervalos de la trama.Los canales de tráfico se dividen también de acuerdo a su velocidad en: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).

Canales de SEÑALIZACIÓN.Estos pueden subdividirse en:

• Canales de difusión- BCH (Broadcast)• Canales de difusión- BCH. (Broadcast)− BCCH (Broadcasting Control Channel) Es un canal que se transmite

permanentemente para permitir la transferencia de parámetros del sistema einformación general de la red, de la célula actual y las adyacentes, así como para elinformación general de la red, de la célula actual y las adyacentes, así como para elenvío de ráfagas de sincronización. Permite al MS orientarse en el sistema.

− SCH (Synchronization Channel). Sincronización de trama e identificación de BS.− FCCH (Frequency Correction Channel). Información de corrección de frecuencia


FCCH (Frequency Correction Channel). Información de corrección de frecuencia para sincronización de la portadora en el móvil.


Canales comunes-CCCH.Si l l d l t i l l i t E tá t t

Canales lógicos (cont.)

Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema. Están permanentemente adisposición de los terminales y utilizan un par de portadoras. Se dividen en:− PCH (Paging Channel) (down). Donde se notifica a un móvil que está recibiendo una llamada.

RACH (Random Access Channel) ( p) Por el q e se c rsan las peticiones del mó il a la red de− RACH (Random Access Channel) (up). Por el que se cursan las peticiones del móvil a la red derecursos dedicados (ej: registro o establecimiento de la llamada- Protocolo ALOHA ranurado).

− AGCH (Access Grant Channel) (down). Utilizado para asignar al móvil los recursos quepreviamente había pedido.

Canales dedicados-DCCH.Son canales dedicados a funciones específicas y se asocian a cada comunicación. Utilizanun 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 Seun canal dedicado (TCH o SDCCH) y transportan información necesaria para la comunicación. Sesubdividen en:

- FACCH (Fast Associated Control Channel). Transferencia de mensajes urgentes.- SACCH (Slow Associated Control Channel). Permite el intercambio de información de control


( )durante la fase de establecimiento de la llamada. (ajuste de potencia, medidas de calidad decanal.

Estructura funcionalIII.3 GSM. Global System for Mobile communications

El sistema GSM se estructura en:•Entidades funcionales: entidades que tienen a su cargo la ejecución de funciones definidas del sistema.•Interfaces: los interfaces establecen fronteras de repartición funcional•Interfaces: los interfaces establecen fronteras de repartición funcional.

I t f

OSSOSSOPERACIÓN Y MANTENIMIENTOOPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

MS. Mobile Station

BSS. Base Station SubsystemInterfazAbis

BTSOMC

NMCADC

OMCMSMS

BSS. Base Station Subsystem- BTS Base Transceiver Station- BSC Base Station Controller

NSS. Network and Switching SubsystemMSC Mobile Switching Center

BTSBSSBSS

EBSCBTS

MSC

VLR VLR

MSMS - MSC Mobile Switching Center - GMSC Gateway Mobile Switching Center- HLR Home Location Register- VLR Visitor Location Register- EIR Equipment Identity Register

Interfaz

B

CD

H

GMSC

HL

VLR VLRRED DERED DEACCESOACCESO

- AuC Authentication Center

OSS. Operation Support Subsystem- OMC Operation and Maintenance Center - NMC Network Management Center

AInterfaz RadioUm

NSSNSS

AuCH

FGMSC R

VLR

g- ADC ADministration Center

IWFConjunto de operaciones que permitenconectar el sistema GSM a redes


EIRPSTN / RDSI IWF RED RED

TRONCALTRONCAL

conectar el sistema GSM a redesexternas: ej modems, canceladores deeco, etc.


ME (Mobile Equipment)P d i i t f l i h ( i óf i l t ll t l d

MS (Mobile Station)

Puede proporcionar un interfaz con el usuario humano (micrófono, auricular, pantalla y tecladopara gestionar llamadas con transmisión de voz), ofrecer un interfaz con otros equiposterminales (fax, ordenadores personales, etc) o ambas. Puede incluir terminales RDSIconectados a través de los interfaces R o S definidos para esa red, ya sea directamente o at é d d t dtravés de adaptadores.

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 ladatos de configuración (celda de localización, frecuencia de la base). Puede utilizarse lamisma 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 cuatrodígitos de identificación personal (PIN).

Configuraciones del móvil

MT0

MT1TE1S

MT1

MT2

TE2

TE2

TA S

R


R Um

Entorno GSM


BSS (Base Station Sub-system)Subsistema que incluye funciones asociadas con aspectos radioeléctricos y constituye el primeri l d t ió d t áfi h i l d E t f dnivel de concentración de tráfico hacia la red. Esta formado por:

BTS (Base Transceiver Station)Se suele denominar simplemente estación base y está constituida por los equipostransmisores/receptores de radio (transceptores) los elementos de conexión al sistematransmisores/receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión al sistemaradiante, las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte, pararrayos, tomas detierra, etc.).Funciones: Formación del múltiplex GSM. Realiza medidas de las señal radioproveniente del móvil Establece el enlace radio con el móvil (modulación/demodulaciónproveniente del móvil. Establece el enlace radio con el móvil (modulación/demodulación,codificación). Sincronización.

BSC (Base Station Controller)BSC (Base Station Controller)Monitoriza y controla varias estaciones base, típicamente varias decenas. Su funciónprincipal es la de gestionar el interfaz radio entre BTS y MS, asignar, supervisar y liberarcanales y gestionar los procedimientos de traspaso dentro del área de servicio de BSS(HANDOVER INTRA-BSC).El móvil mide la calidad del canal de bajada y la BTS el de subida. La información seenvía a la BSC que decide el cambio de canal. Fija el contenido de los canales deradiodifusión 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 elcentro de conmutación móvil (MSC).


NSS (Network and Switching Sub-system)Principal subsistema de GSM que incluye las funciones de conmutación, gestión de movilidad,control del sistema e interconexión con otras redes Sus componentes son:control del sistema e interconexión con otras redes. Sus componentes son:MSC/GMSC (Gateway Mobile Switching Centre)

Proporciona interfaces de la red móvil celular con la RTC o la RDSI. Se trata de unacentral telefónica completa capaz de encaminar, con ayuda de sus registros (HLR, VLR),l ll d i t d l d fij í BSC BTS h i l t ió ó il E t bllas llamadas provenientes de la red fija, vía BSC y BTS, hacia la estación móvil. Establecetambién llamadas desde el móvil hacia la red fija y entre móviles. Es responsable de lagestión de movilidad (localización y autentificación) en conjunción con HLR y VLR.Controla varias BSC y gestiona los procedimientos de traspaso entre distintas BSC. Si eltráfico en la red celular requiere más capacidad que la que puede dar la GMSC se hacetráfico en la red celular requiere más capacidad que la que puede dar la GMSC se haceuso de MSC’s, entidades con las mismas funciones pero que no tienen HLR.

HLR (Home Location Register) Registro de abonados locales.Guarda la identidad y datos de usuario de todos los suscriptores pertenecientes a un áreay p prelacionada con una GMSC. Los datos pueden ser permanentes (número telefónico, clavede autentificación, servicios suplementarios, etc.) o temporales (VLR actual, servicio dedesvío de llamadas, etc.). HLR proporciona al GMSC los datos necesarios acerca delusuario cuando la llamada se ha originado en la red fijag j

VLR (Visitor Location Register) Registro de visitantes.Contiene datos relevantes de todos los móviles que están en ese momento localizados enla MSC. Los datos permanentes son los mismos que los contenidos en el HLR. Los datostemporales difieren ligeramente El duplicar los datos de usuario tanto en el VLR como en


temporales difieren ligeramente. El duplicar los datos de usuario tanto en el VLR como enel HLR reduce el tráfico hacia el HLR. VLR, sirve para proporcionar al MSC los datos delusuario cuando la llamada se ha originado en el móvil


Mobile Switching Centre: Áreas de Localización

MCC Mobile Country Code (España:214)MNC Mobile Network Code (Vodafone: 01, Movistar:07 Orange:03)LAC Location Area CodeCI Cell IDCI Cell ID



OSS (Operation Support Subsystem)Subsistema encargado de la gestión y mantenimiento de todos lossubsistemas GSM. Sus componentes son:

AUC (Authentication Center)Genera parámetros de autenticación a usar por el móvil y elcifrado de los datos de usuario en el enlace aéreo dentro delsistema GSM.

EIR (Equipment Identity Register)R i t l t i ó il GSM l d h d lRegistra las estaciones móviles GSM y los derechos de losusuarios. De este modo las estaciones móviles robadas o conproblemas se pueden bloquear e incluso localizar.

OMC (Operation and Maintenance Center)Centro de control de los subsistemas de radio y red


y

Arquitectura de protocolosIII.3 GSM. Global System for Mobile communications

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

Capa FÍSICA.I l t d ll i h ibl l i ió t MS BTSIncluye todos aquellos mecanismos que hacen posible la comunicación entre MS y BTS através del canal radio (modulación, control de potencia, codificación, etc).

Capa de ENLACE.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 a nivel 3 sobre el interfaz radio.Funciones: organización de la información de capa 3 en tramas. Transmisión de señalización

t E t bl i i t t i i t t i ió d á l dentre capas pares. Establecimiento, mantenimiento y terminación de uno o más enlaces dedatos sobre canales de señalización. Transmisión y recepción de tramas de informaciónnumeradas con reconocimiento y no numeradas sin reconocimiento. Entre BTS y BSC seutiliza el protocolo LAPD.ut a e p otoco o

Capa de RED o SEÑALIZACIÓN GSM.Contiene todas las funciones necesarias para el establecimiento, mantenimiento y terminación d i ó il t d l i i f id l d GSMde 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 SublayerGestión de movilidad MM = Mobility Management Sublayer


Gestión de movilidad MM = Mobility Management SublayerGestión de conexiones CM = Connection Management Sublayer


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

Gestión de recursos

yel móvil y la red.Procedimientos:- Asignación y liberación de canal.

Cambio de canal y procedimientos de handover

Procedimiento de Handover

- Cambio de canal y procedimientos de handover.- Cambio de frecuencias del canal y saltos de frecuencia.- Control de potencia y avance temporal.- Modificación del modo del canal ( voz o datos).

Establecimiento del modo cifrado

SWITCHING POINT

- Establecimiento del modo cifrado.

La decisión de handover la tomala BSC. Este puede ser:

• Intra BSCSCBSC• Inter BSC

• Inter MSC

Decisión de traspaso basada en:Má i t i t itid d d

BSC nueva

BSCvieja

• Máxima potencia transmitida desdeMS, BTS, BTS vecinas.

• Medidas realizadas por MS.• Medidas realizadas por la BTS.C id d d l ld

MS


• Capacidad de la celda, carga.

Arquitectura de protocolos.III.3 GSM. Global System for Mobile communications

Maneja todos los aspectos relacionados con la movilidad de los usuarios, autentificación y seguridad.

Gestión de movilidad

g

Procedimientos:- Actualización de localización.

L li ió iódi Procedimiento - Localización periódica.- Autentificación.- IMSI Attach (Registro del móvil).- IMSI Detach.

de Localización

- Reasignación de TMSI.HLR

MSC/VLR nueva

MSC/VLR vieja

MS



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

Gestión de conexión

p

Procedimientos:- Establecimiento de llamadas originadas en el móvil (MOC).

E t bl i i t d ll d t i d l ó il (MTC)- Establecimiento de llamadas terminadas en el móvil (MTC).- Restablecimiento de llamadas.

(2)Procedimiento de

Terminal Fijo

GMSCHLR

RTC RDSI

interrogación

(1) MS ISDN

MSC/VLR

BTSPaging

Paging

(3) Routing number(1) MS ISDN

Procedimiento MTCBSC

BTS Paging


Aplicaciones y serviciosIII.3 GSM. Global System for Mobile communications

En GSM se especifican tres clases de servicios:

• Servicios portadores. Se establecen entre las terminaciones de red a ambos lados.pOfrecen al usuario una capacidad de transporte independiente del tipo del contenido de lainformación, en régimen síncrono/asíncrono, modo de conmutación de circuitos ypaquetes y velocidad hasta 9,6Kbps.

• Teleservicios. Se prestan entre terminales móviles: Telefonía digital con codec a 13Kbpsen conmutación de circuitos. Llamadas de emergencia. Mensajes cortos. Permite a losusuarios enviar y recibir mensajes breves a través de un centro de control conectado a lay jred fija, incluyendo mensajes de difusión a grupos de usuarios. Es decir punto a punto opunto-multipunto. Facsímil. Conexión entre aparatos de FAX del Grupo 3. Videotex.Teletex.

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


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