Conmutacion y PABX

| vèrtex | la formació contínua

Conmutación y PABX Francisco Barceló Arroyo Dept. de Ingeniería Telemática (UPC) c/ Jordi Girona 1-3, Barcelona 08034 Tel: 93 401 6010 e-mail:[email protected]

Conmutación y PABX

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Índice – – – – – – – – – – –

El circuito telefónico Modulación PCM Multiplexación Conmutación de circuitos Topología Encaminamiento Planificación Señalización Calidad Redes virtuales Redes de paquetes

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3 14 30 42 66 76 85 92 122 144 157

2


El circuito telefónico

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3


Características del circuito telefónico • • • • •

Transmisión full-duplex Economía de terminales Calidad hasta reconocimiento de la voz Capacidad de señalización Inercia de estándares

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Inercia en telefonía • • • • • •

Necesidad de potencia transmitida El par trenzado en el bucle Alimentación del terminal desde la red Métodos de marcación Tarificación por llamada completada Capacidad de desconexión: Parte-A

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• Simple, robusto, económico MARCACION HIBRIDO Y EFECTO LOCAL

GANCHO CONMUTADOR

TIMBRE


El terminal telefónico

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Circuito establecido

X Terminal

X Transporte

Central de conmutación

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Bucle de abonado

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Tramos a 2/4 hilos • Bucle de abonado a 2 hilos – Por sencillez – En analógico necesita adaptación de impedancias y en digital mecanismos especiales

• Entre centrales a 2 o 4 hilos – 4 hilos para poder amplificar (unidireccional) – 4 hilos para mejorar la velocidad en líneas digitales – 2 hilos muy ocasionalmente en tramos cortos

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El bucle de abonado Red

Central Local

Caja

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Banda Base • Frecuencias: 300 a 3.400 Hz

– Banda de 3.100 Hz – En este rango se halla la mayor parte del espectro de potencia de la señal vocal

• Satisface:

– Inteligibilidad y reconocimiento interlocutor – Compromiso de capacidad de cara al transporte – Sencillez de los transductores

0

Canal Telefónico Voz 300 3400 Conmutación y PABX

4000 10


Central local: lado de abonado • Funciones de la línea analógica – Alimentación del bucle de abonado – Protección a sobretensiones – Timbre de aviso – Supervisión (estado de la línea) – Señalización – Conversión de 2 a 4 hilos

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Interfaz de línea Conmutación Detector Colgado/Descolgado

Alimentación Generador de tonos

Registrador

Control

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Ejercicio: alternativas en el bucle de abonado • El mantenimiento de estándares “hacia atrás” conlleva dificultades de evolución • Señalar las “inercias” realmente necesarias en la PSTN actual (con VLSI, µP, etc) • Señalar las repercusiones negativas de algunas de las inercias “existentes” • Proponer alternativas favorables si pudiera evitarse la situación de “inercia”

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Modulación y codificación PCM

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Muestreo ideal: PAM • Teorema del muestreo y criterio de Nyquist • Debe ser fm ≥ 2 Bmax para recuperar la señal original exacta • Debe ser muestreo ideal • Recuperación mediante filtro interpolador (paso bajo)

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Muestreo ideal: recuperación exacta

t Muestreo ideal

1/fm

t

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t F.P. Bajo

t

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Espectros de las señales Original

-Bmax

f

Bmax

Muestreada (Nyquist)

-Bmax

Bmax

fm

f

Submuestreada -Bmax

Bmax

fm

f

El F.P. Bajo recupera la señal original exacta (Nyquist) Conmutación y PABX

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Problemas • La forma del pulso influye en el resultado – El pulso de recuperación debe ser estrecho

• Si hay submuestreo se produce solape (aliasing) – Hay que muestrear a más de 2 x 3.400 Hz (muestras/segundo) – O más de 2 x 4.000 Hz para incluir señalización

• La señal transmitida tiene un espectro infinito !!! – Codificación

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Codificación PCM • 1 muestra codificada con 8 bits • 125 µs entre muestras • 8.000 muestras/segundo x 8 bits/muestra – Canal telefónico digital: 64.000 bps

• 28 niveles de cuantificación – Error 2 < ∆2/2

• Ruido de cuantificación – Las muestras transmitidas no se corresponden con las reales de la señal

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Ruido de cuantificación 111101310121 t Muestreo ideal Cuantificación

1/fm

t

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Decodificación F.P. Bajo

t

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Reducción del ruido • Aumentar el número de bits por muestra – Aumenta el número de niveles y disminuye ∆ – Pero aumenta la velocidad de transmisión

• Cuantificador no uniforme – Más concentración de niveles en las potencias más frecuentes • Niveles bajos de señal

– Dos estándares • Leyes A (Europa) y µ (USA, Canadá, Japón) Conmutación y PABX

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Cuantificación no uniforme • Margen dinámico – Mayoría de personas 25 dB; Pocos 45 dB; – Encoder 50 dB

• Probabilidad de nivel de voz – Tiempo de exceso del nivel medio < 15% – Tiempo de exceso de 0,25 x media < 50%

• Sin cambiar el número de bits n – Disminuye ∆ para niveles bajos a costa de aumentar para niveles altos. Lo mismo ocurre con el error

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Esquema PCM S eñal analógica Filtro anti-solape 300-3.400 Hz

Sample & Hold 8.000 muestras/segundo

También evita problemas de c.c. PAM

Cuantificación 2^8 niveles

Codificación Ley A o Mu

Voz PCM a 64 Kbps Conmutación y PABX

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Ubicación funciones PCM • Funciones central local: BORSCHT

FPb-S&H-A/D O

H

Battery Overvoltage Ringing Signalling Coding Hybrid Test

FPb-S&H-D/A B,R,S,T Conmutación y PABX

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ADPCM (Adaptive Diferential PCM) • Se basa en la naturaleza predecible y redundante de la voz • Transmite únicamente la diferencia entre la predicción y la muestra de la señal real • Utiliza 4 bits para la diferencia: 32 Kbps – 2 canales de voz en 64 Kbps – Hay otras recomendaciones (desde 16 Kbps)

• Mejor que PCM a partir de BER=10-4

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ADPCM PCM 8 bits

14 bits Uniforme

Cuantificador 4 bits / 15 niveles

DIF Historia

MOS PCM ADPCM

BER=0 4,5 4

10-5 4 3,9

10-4 3,5 3,9

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10-3 2,2 3,5

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Otros métodos de forma de onda • PCM, ADPCM: forma de onda – Calidad comparable

• Modulación delta (DM) – – – – –

Solamente con 1 bit por muestra Indica si la señal de voz aumenta o disminuye Calidad muy inferior Velocidad a 8 Kbps Arquitecturas propietarias

• Retardo en todos: 125 µs + proceso – Muy bajo

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Vocoders • Toma parámetros en origen – filtros, voz/silencio, frecuencias, ...

• Utilizan predictores • Sintetiza en destino en función de los parámetros • Retardos – No se mandan muestras – retardo de adquisición + proceso (alto)+ look ahead

• Híbridos: parte de forma de onda + parámetros • Con anchos de banda inferiores a 32 Kbps consiguen MOS aceptables • Frecuentes en telefonía móvil, voz en redes de datos, etc.

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Codificadores: comparación Organismo

ITU

ITU

ITU

ITU

ETSI

Rec

G.711

G.726

G.728

G.729

Codificador

PCM

ADPCM

Fecha

1972

1990

1994

1995

1987

1994

Velocidad

64

32

16

8

13

5.6

Calidad

4,5

4

>4

>4

4

4

MIPS

<<1

1

30

20

4,5

30

RAM (Bytes)

1

50

2000

2500

1000

12000

Tamaño trama (ms)

0.125

0.125

0.625

10

20

20

Retardo algoritmo (ms)

0.25

0.25

1.25

25

40

44

GSM (FR) GSM (HR)

LD-CELP CS-ACELP RPE-LTP

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ETSI VSELP

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Multiplexación

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30

• • • •

Banda base: de 300 a 3400 Hz Modulación en BLU, banda lateral inferior A 64 + n x 4 KHz. 0 ≤ n ≤ 11 Formación de un grupo de 12 canales

x

F.P.Banda

84 Kz

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SUMADOR


M.D.F.

MDF

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Multiplex división en frecuencia • Señales de los canales individuales a bandas separadas mediante modulación • Son combinadas y transmitidas en un solo medio físico – De más capacidad

• Ahorro del transporte – Un solo cable para 12 canales (por sentido) – Un solo amplificador para 12 canales

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Jerarquías MDF 0.05 0.26

1.3

4

12 MHz

ETL

SISTEMA MULTIPLEX MDF 12

60

300

900

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2700

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Características MDF • Necesidad de amplificadores espaciados • Sujeto a distorsión y ruido – dispositivos – líneas

• Necesidad de transmisión de frecuencias piloto – Señalización y sincronización

• Para extraer un canal hacen falta todos los demultiplexores

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Multiplex división en tiempo • Cada 125µs hay una muestra por canal • Para multiplexar 32 canales hacen falta 32 muestras cada 125 µs • A 8 bits/muestra: 32 x 8 / 125 µs = 2 Mbps – También 64 Kbps x 32 canales = 2 Mbps

• Buffers 8 bits a la entrada; leídos secuencialmente • Necesidad de información de sincronización y señalización Conmutación y PABX

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Recepción • Es necesaria sincronización – De trama: en slot 0 secuencias prefijadas – De bit: reloj del código de línea

• En un E1 estructurado: – Slot 0 sincronización y control – Slot 16 señalización

• Buffers 8 bits a la salida – Son escritos secuencialmente – Se identifican los slots a partir del 0

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Esquemas de implementación Paralelo 30 x 64 Kbps (8 bits) Serie

Secuencias reloj + Control

Sincronismo + Control 2 Mbps

2 Mbps

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Serie (8 bits) Paralelo

64 Kbps

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Estándares 1er nivel Frecuencias Muestreo Bits por muestra Slots por trama Bits por trama Velocidad Señalización Codec

E1 300-3400 Hz

T1 300-3400 Hz

8.000 Hz 8

8.000 Hz 8-1/6 (sign.)

30+2(sinc+sign)

24

256 2048 Kbps

193(192+FA) 1544 Kbps

2 Kbps y canal 1,3 Kbps y canal A µ Conmutación y PABX

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Trama E1 Sincronización 0

1

2

3

Trama: 32 slots 4

5

16 17

30 31 32

Señalización

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Multirama: 16 tramas Conmutación y PABX

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Sistemas MIC • Cables – Atenuación, diafonía y ruido de impulsos

• Regeneradores espaciados (en lugar de amplificadores) • Codificación de línea necesaria – HDB3 – Obliga a alternancias y violaciones de repetición

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Jerarquías MDT SISTEMAS MULTIPLEX MIC 2

CENTRAL ANALOGICA

8

34

140

565 Mb/s

. . .

ETL

CENTRAL DIGITAL

30

120

480

1920

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7680

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Conmutación de circuitos

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Ejercicio • Remarcar las diferencias entre los dos ejemplos de conmutación que siguen • Ejemplo 1: Red telefónica capaz de establecer un circuito FD con cualquier teléfono del mundo siempre que ambos estén disponibles • Ejemplo 2: Internet capaz de ofrecer conversaciones de voz mediante paquetes

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Prehistoria • De la línea individual a la organización en red

Nº de conexiones necesarias N × ( N − 1) ⇒ N2 2

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Historia

• Básicamente el conmutador disponía de las mismas funciones que en la actualidad !

Bombilla / Timbre Panel de conexión Auricular supervisión Notas de duración Larga distancia

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Necesidades de conmutación • • • •

A un registrador de marcación (R) Al generador de tonos (T) Encaminamiento a un enlace de salida Señalización para el enlace de salida (S)

R

T

X

Enlace dest.1

S

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Enlace dest.1

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Secuencia • • • •

El control detecta descolgar Se adjudica registrador Tono de invitación cuando ya hay registrador Análisis de dígitos y elección de un enlace de salida (del grupo de destino) • Señalización al enlace de salida

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Fases de la llamada • Fase de selección – Hasta que se establece el circuito telefónico – Nuevo parámetro: duración de la selección

• Fase de conversación – Hasta que la Parte-A decide finalizar (cuelga)

• Fase de liberación – Hasta que todos los recursos asociados a la llamada vuelven a estar disponibles

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Ejercicio: fases • ¿ De qué factores y elementos de red depende cada uno de los tiempos implicados ? Descuelga Marcación establecimiento Tono y timbre

Respuesta conversación

Una parte cuelga Liberación de todos los circuitos

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PBX, PNX, PABX ... • Equipo de conmutación capaz de establecer conexiones de circuitos para uso fuera de la PSTN con posible conexión a ésta

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Interfaces PBX • A 2h – L2: extensiones analógico – M2: analógico entre PBX – K2: analógico a la PSTN

• A 4h – M4: analógico entre PBX o a la PSTN

• Digitales – MD: Entre PBX – KD: a la PSTN

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Conmutador 20x20

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Conmutador “plegado” • N2-N posibles puntos de cruce (conmutación interna) Matriz de puntos de cruce Líneas

2 enlaces hacia otras centrales

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Conmutador triangular Solo son necesarios la mitad de puntos: Para unir 1 y 4 no hace falta el punto simétrico del marcado

Líneas

enlaces hacia otras centrales: no cambia

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Conmutador por etapas • - ptos de cruce 10 x 3

3 x 10

10 x 3

3 x 10

• + ptos activos • Control más complejo

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División en espacio • Trayectos de conversación separados físicamente para cada canal de voz • Evolución – Electromecánicos con control hacia adelante usando impulsos desde el dial – CPA con control común mucho más rápido y eficiente

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Conmutador S digital Tramas E1

Matriz de puntos de cruce 4x4

Slot\Trama 1 2 3 4 5 6 7

1 2 2 1 4 1 2 ...

2 4 3 2 1 3 4 ...

3 3 1 3 2 4 3 ...

4 1 4 4 3 2 1 ...

Tabla en la memoria de control

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S con multiplex en tiempo • La matriz de puntos de cruce se organiza de manera diferente para cada slot de la trama portadora • Equivale a tantos S analógicos como slots en la trama • La memoria de control MC necesita: – 32 x 4 x log24 bits

• La MC puede controlar la entrada o la salida

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División en espacio y en tiempo 1

2

1 2

n 1 2

F

Memoria de control

F

Memoria de control

1 2

1 2 n

1 2

Matriz depuntos de cruce

Conmutador Espacial

n

Contador

F

Memoria de palabra

Conmutador Temporal

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Red TST Intervalos de tiempo entrantes 2

Desde A

1

Intervalos de tiempo internos 0 1 2

7

31

SM-A 0 1 2

2 2

2 1

7 31

SM-A

Intervalos de tiempo salientes

31

CM-A 1

2

3

SM-A 2

0 1 2

0 1 2

31

31

Intervalos de tiempo internos

SM-A

2

SM-A 3

0 1 2

0 1 2 1

31

SM-A

CM-C

1 2 3

7 31

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0 1 2 7 31

0 1 2 31

CM-B

7

3

Hacia B

31 31

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Velocidad y estructura interna • Los fabricantes obtienen mejoras trabajando internamente con un bus a 256, 512, etc IT mediante multiplexación. – Como es interno al conmutador no son velocidades normalizadas

• Las palabras no son de 8 bits, sino de 12, 16, etc. – Transportan información adicional a la voz para control

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Concentración: motivos • Coste del cable – Peso, instalación

• Baja utilización – Tráfico por línea residencial de unos 30 mE

• Menor costes de los sistemas de concentración – Costes de electrónica y diseño

• Costes operativos en red de acceso por cable – Debidos a mano de obra

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Concentración y ganancia • L abonados conectados mediante K pares a la central • Ganancia = L/K 1 2

1 1

Al equipo de conmutación

2

2 K L

Unidad remota

Enlaces entre Centrales

L

Unidad en la Central

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Unidad Remota de Abonados Central Local FV

CL

FV

Red de conmutación digital

D S N

Abonado remoto

MIC

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U.R.A. • Etapa de abonados sacada de la central y ubicada más cerca de los abonados a los que sirve • De cientos a miles de abonados. Algunos fabricantes usan la misma tecnología de la central • “Las de pequeña capacidad son como los concentradores y las de gran capacidad como las centrales”

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Topología

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Topología • Esquema lógico de interconexión • Formada por: – nodos: • Centros de conmutación

– aristas: • Capacidades de transmisión

• Es independiente de la distribución geográfica

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Zonas de la red: local • Red o zona local – Redes metropolitanas grandes – Redes urbanas: • Debido a la simetría de los tráficos son redes muy malladas

– Redes rurales: • Existe gran dispersión de los abonados y necesidad de medios de concentración, radioenlaces, etc.

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Red local: conceptos • Centrales locales – A las cuales los abonados están conectados.

Central tandem

Troncal

Area de central local

• Línea de abonado

Central local

– El circuito que conecta los aparatos telefónicos a la central local

Línea de Abonado Circuitos de interconexion

• Circuito de interconexión directo. – Los circuitos entre dos centrales locales

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Red PBN • Conecta extensiones a la PBX • Conecta PBX entre si a través de líneas dedicadas o conmutadas • Conecta la PBN a la PSTN a través de determinados interfaces • Topologías sencillas para planes de numeración y encaminamiento sencillos

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Redes en estrella y doble estrella • Baja fiabilidad (sin redundancia) pero muy sencillas • Especialmente adecuadas en el acceso • Aptas para redes rurales

T

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Redes malladas • • • •

Muy fiables debido a la redundancia de caminos Adecuadas a zonas con tráficos balanceados Adecuadas a redes metropolitanas Total o parcialmente malladas

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Evolución de las redes • Experiencia de trafico superpuesta al diseño original • Redes mixtas con cualidades de fiabilidad mixta

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Diseño de red PBN • Ubicación de nuevas PABX • Ubicación de unidades de abonados remotos (UAR) • Tamaño de redes de abonados y extensiones • Cantidad de circuitos de interconexión entre PABX y tipos de rutas – ej. Circuitos dedicados

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Función de la PBX en red • Para una llamada determinada: interna o externa Final Origen

Tránsito

Final Destino

Gateway PSTN

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Encaminamiento y numeración

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Conceptos de distancia • En distancia total – Minimiza retardo

• En número de nodos atravesados – Minimiza tiempo de establecimiento

• En coste de las capacidades y nodos – Combina ambas anteriores

• En costes de oportunidad – Incluye además la demanda

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Métodos lógicos • Encaminamiento fijo • Encaminamiento dinámico – Dependiente del tiempo: • A lo largo del día o de la semana para adaptarse a las demandas de tráfico

– Dependiente del estado de la red: • Esquemas adaptativos en función del estado de congestión de los nodos. Necesita señalización adicional

– Dependiente del evento: • Favorece a las llamadas con mayor probabilidad de establecerse

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Plan de marcación de grupo Dentro del área bastan 3 cifras

2xx 2xx

3 4xx

3xx

2 4xx

1 4xx

4xx

3xx

Fuera hace falta AC+DSC+3 dígitos DSC: Distant Steering Code

2xx

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Tendencias • Nuevos servicios relacionados con la numeración – Desvíos de llamadas – Planes internos en centralitas – Portabilidad del número

• Relación con Red Inteligente – Mayor inversión del operador – Reducción drástica de los costes de los servicio

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Tarificación PSTN: objetivos • Fijar criterios y estructura tarifaria • Suavizar la curva de demanda de tráfico – A lo largo del día y la semana: evitar congestiones – En distintos segmentos del mercado – Políticas de descuentos por horario o segmento

• Obtención de beneficios – En base a costes: históricamente debido al monopolio – En base a mercado: situación actual de oligopolio

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Segmentos y beneficios • Régimen de control administrativo para garantizar cobertura en segmentos con escasos márgenes de beneficio

Internacional and Nacional Metropolitano Urbano Rural Todo

Negocios +++

Residencial +

Todo ++

++ + +/++

----

+ -+

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Demanda en un día • Picos naturales y picos por descuento • Recuperación del tráfico perdido De qué sirve reducir la tarifa tan tarde ??

100%

80%

60%

Porqué el beneficio es mayor si se adelanta la reducción ??

40%

20%

0% 1

3

5

7

9

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11

13

15

17

19

21

23

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Métodos de tarificación • Sin cargo: tarifa plana – El más agresivo en aspectos de mercado y barato para el operador

• • • •

Cargo fijo por llamada Cargo dependiente del tiempo de utilización Combinación de los dos anteriores Por utilización de recursos – El más razonable desde un punto de vista de estructura de costes y costoso para el operador

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Planificación

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85


Otros planes • Calidad de servicio

– Cobertura sobre disponibilidad, GoS, O&M, objetivos

• Seguridad y fiabilidad

– La complejidad obliga a prever situaciones límite

• Grado de Servicio (GoS)

– Dimensiones de la red y objetivos de calidad

• Mantenimiento

– Soporte técnico, documentación, recambios

• Operaciones

– Seguimiento de la planificación

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Objetivos e interrelaciones GRADO DE SERVICIO

PLAN DE TRANSMISION PLAN DE ENCAMI-

CALIDAD

PLAN DE NUMERACION

DE SERVICIO

NAMIENTO

PLAN DE FACTURACION

PLAN DE

PLAN DE SEGURIDAD DE FUNCIONAMIENTO

PLAN DE MANTENIMIENTO

SEÑALIZACION

PLAN DE SINCRONIZACION

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PLAN DE OPERACIONS

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Planificación • Ubicación y la definición de áreas • Selección de equipos de conmutación y transmisión • Determinación de las cantidades de circuitos, el encaminamiento del tráfico y la jerarquía de conmutación • Elección de los trayectos de transmisión • Todo ello relacionando costes y demanda !!

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Puntos de partida / Objetivos •

Configuración actual de la red – Ubicación y área de centrales – Equipos instalados de conmutación y transmisión – Situación geográfica de las redes de abonados y entre las centrales

•

Predicción de demanda – Abonados : ubicación y categoría – Tráfico : cantidad y dispersión

•

Equipos de conmutación – – – –

Capacidad : líneas de abonado, enlaces, intentos de llamada, etc. Costos: abonados, enlaces, unidades de conmutación Capacidad de tráfico cursado Requerimientos de espacio

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Puntos de partida / Objetivos • Equipos de transmisión – Capacidad – Costo : sistemas, equipo terminal, repetidores; interfaces a otros sistemas – Atenuación y resistencia de bucle

• Edificios y conductos – Situación actual y posibles extensiones futuras

• Criterios de calidad – Grado de servicio – Plan de transmisión

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Compromiso: conmutación-transporte • La menor distancia hasta el abonado disminuye los costes de bucle y mejora la calidad • El mayor número número de centrales incrementa las inversiones

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Señalización

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Funciones • Establecimiento y supervisión de las conexiones • “Carga extra para el correcto funcionamiento de la red”: Overhead • Funciones de establecimiento y desconexión • Funciones de dirección, información y suplementarias

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Dos áreas • Entre terminales y centrales o PBX (1)

– Señalización con poca semántica, económica, ...

• Entre centrales o PBX (2, 3, 4)

– Necesidades más elevadas y costes mayores 1

2

PBX

1: CC, multifrecuencia 2: DPNSS, QSIG 3: DSS1, QSIG 4: E y M, R2, SSS7

PBX

3 1

CL

4

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CP

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Señalización del terminal analógico • Cicuito abierto: colgado • Circuito cerrado: descolgado

– Dos significados cada uno dependiendo de que sea origen o destino

• Disco para marcar la numeración

– Sistema mecánico de lengüeta y muelle de retorno – 10 p.p.s. con alta tolerancia

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Tonos c.a.

• Tono permanente de 400 Hz: – disponible e invitación a marcar

• Intermitente: Destinatario ocupado • Intermitente: Llamada • Corriente desde la central: timbre 25 Hz y 75 v

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Multifrecuencia • 1/4 altas + 1/4 bajas en banda: Rec. ITU-T

Hz

1029 1336 1477 1633

697

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*

0

#

D

Conmutación y PABX

97


Acceso RDSI • NT1 su función es convertir la señal en T en apta para la interfaz RDSI • NT2 su función es admitir el uso simultáneo de más de un terminal: p. ej. PBX TE2

TA NT2 S

NT1

RDSI

T

Conmutación y PABX

98


Conexión PBX-RDSI PBX

NT1+NT2

PBX

NT1

RDSI

PBX S

T

Conmutación y PABX

99


Accesos RDSI • Básico 2B+D = 64 + 64 + 16 = 144 Kbps • Primario y otros. • 8.000 veces por segundo se transmiten (básico) – 8 + 8 + 2 = 18 bits

• La señalización de abonado permite intercambio de datos entre abonados a través del canal D – 3 primeros niveles OSI

Conmutación y PABX

100


DSS1: Digital Subscriber Signaling • DSS1 suministra señalización a accesos básicos y primarios • Permite acceso a los terminales a los canales B (tráfico) y D (señalización) • Canal Común: la capacidad del canal D se utiliza de manera dinámica según las necesidades • DSS1 permite conmutación de circuitos y de paquetes

Conmutación y PABX

101


DSS1: niveles • Nivel físico: – Tipo de acceso, conexión, etc – Rec. I. 430, I. 431

• Nivel de enlace: – Protocolo LAPD (Q.920, Q.921)

• Nivel de red: – Procedimientos de llamada según Q.930, Q.931

Conmutación y PABX

102


DSS1: nivel 2

• Tramas que contienen: – – – – –

Flags: para delimitar la trama Dirección: identifican al receptor del comando Control: indican el tipo de trama Información: de la capa 3 Check: para detección de errores

• Modos de transferencia – Sin acuse de recibo – Con acuse de recibo: establecimiento y secuencia – Punto-Punto o Broadcast

Conmutación y PABX

103


DSS1: nivel 3 • Responsable de: – establecer, mantener y liberar la llamada de circuitos – dar acceso a modo paquetes

• Los mensajes siguen un protocolo: – – – –

Discriminador: conmutación de circuitos, otros, … Referencia: identifica la llamada, elegido por el origen Tipo: define la función del mensaje Información: el mensaje, de longitud variable • Set-up, reconocimiento, clear, ...

Conmutación y PABX

104


DSS1: otros servicios • Señalización entre usuarios – Durante el establecimiento/liberación – Durante la fase de conversación

• Servicios suplementarios – A través de códigos desde el teclado – Inteligencia del terminal

Conmutación y PABX

105


Señalización entre centrales o PBX

Conmutación y PABX

106


Señalización canal asociado • Señalización asociada al canal – La información de señalización es transportada sobre el canal al que se señaliza

Voz + señalización Central

Central

Conmutación y PABX

107


Canal común •

Señalización por canal común

– La señalización es transportada sobre canales de señalización diferentes a los de tráfico – Modos quasi-asociado y asociado Voz

Central

Central Señalización CC Voz STP Central

Señalización CC

Conmutación y PABX

Central

108


E y M analógico • Señalización de línea por cambios de estado sobre un tono de 3.825 Hz • Posibilidad de niveles de transmisión muy bajos al ser fuera de banda

Disponible Toma Respuesta Colgar Desconexión

M salida P A A A P

Conmutación y PABX

M llegada P P A P P

109


Señalización E y M de enlaces E1 • Señalización asociada al canal: – Sistema R2 (UIT-T) digital – Señalización de línea E y M fuera del canal • El canal 16 de cada trama contiene 4 bits asociados como señalización a cada uno de los 30 canales • Indican presencia o ausencia de un sistema E y M

– Para señalización de registrador sistema en banda 2/6: R2 analógico • Desaprovechamiento de las capacidades de señalización

Conmutación y PABX

110


DPNSS • Digital Private Network Signaling System • Desarrollado por BT, ahora más de 12 fabricantes • Nivel 1(físico): Slot 16 o portadora separada – incluyendo modem a 9,6 KHz

• Nivel 2(enlace): Los paquetes se mandan repetidamente hasta recibir confirmación • Nivel 3 (red): 40 servicios suplementarios – extensiones propietarias

Conmutación y PABX

111


QSIG: fines • DSS1 adaptado a señalización entre PBX • Plataforma soportada por organismos de estandarización • Permite interconexión multi-vendedor • Sinergia con RDSI y aplicaciones de negocios • Permite innovaciones propietarias del fabricante – Servicios diferenciados

Conmutación y PABX

112


Ámbito • Fabricantes – MoU firmado por 12 y aceptado como abierto por ETSI

• Topología y nodos – Ilimitados: cualquier topología y plan de numeración

• Interconexión – 2 o 4 hilos analógica – Digital – Servicios VPN de los operadores

Conmutación y PABX

113


Interoperabilidad Servicio a través de la red

Fabricante A

Fabricante B

Fabricante A

Conmutación y PABX

114


Configuración referencia PBN TE

S

T SW Q

INA

Publica ISDN

C

IVN

PBX INA: IVN Adaptation IVN: Intervening Network (ISDN o no)

Conmutación y PABX

115


QSIG: niveles y puntos • Señalización en el punto Q (entre PBX) • No incluye nivel 1, que depende del interfaz a IVN – Independiente del escenario de conexión de enlaces

• Intercambio de mensajes sobre la capa 2 (enlace) – Canal D entre PBX conectadas a ISDN – Otras portadoras de la IVN

• El punto Q puede ser físicamente visible o no – QSIG si debe ser visible en C

• En el caso de conexión a RDSI:

– QSIG y DSS1 coinciden en los dos primeros niveles (LAPD)

Conmutación y PABX

116


Relación con otras capas Control de llamada

Control de protocolo

Control de llamada

QSIG

Control de protocolo

Capas de enlace y física

Capas de enlace y física Conexión entre PBX

Conmutación y PABX

117


QSIG: algunos servicios de red • Notificación de cargo

– Tarifa activa, cargo acumulado y final

• Finalización

– Sobre abonado ocupado: cuando se libere – Sobre “no contesta”: cuando se ocupe y se libere

• Desvío de llamadas

– Sobre ocupado, no contesta, incondicional, etc

• Intercepción, intrusión, espera • No molestar

– Aviso al que llama y posibilidad de “insistir”

• Identificación

Conmutación y PABX

118


Llamada básica

Conmutación y PABX

119


Señalización por Canal Común • La información es transportada en mensajes o bloques de información estructurados en campos • Posible “doble red” de señalización y tráfico • Mayor capacidad y flexibilidad en la información de señalización y gestión • Ej. CCITT nº 7: – Modo asociado – Modo cuasi-asociado

Conmutación y PABX

120


Ejemplo: 2 centrales + BD Conmutación Control

Voz

Conm. Control

TC

BD INAP TC

ISUP

ISUP

SCCP MTP

MTP

SCCP MTP

Señalización

Conmutación y PABX

121


Calidad

Conmutación y PABX 122


Atenuación • SLR y RLR: Sender & Reciever Loudness Rating

– Incluye desde el transductor hasta un punto determinado de interfaz eléctrico – Del equipo, hasta la central, etc.

• CLR: Circuit Loudness Rating

– Pérdidas del circuito telefónico – Depende de calibres de cable, etc

• OLR: Overall Loudness Rating

– Incluye todo el circuito entre transductores – OLR=SLR(equipo)+CLR1+CLR2+...+RLR(equipo)

Conmutación y PABX

123


Distorsión • Limitación de ancho de banda – Voz de 300 a más de 4.000 Hz – Canal 300 a 3.400 Hz

• Distorsión (en cualquiera de los elementos de la transmisión) – De amplitud y de fase

O dB

– Máscaras de atenuación del canal

Conmutación y PABX

f

124


Ecos y retardos 1

X

3

X

3

4

2 1: Retardo 2: Efecto local

3: Eco eléctrico 4: Eco acústico

Conmutación y PABX

125


Efecto local • Tendencia a elevar el nivel de la voz si es escaso o disminuirlo si es excesivo • Se mide en dB y depende – Del balance de impedancias en el retorno (analógico) – Del circuito de efecto local (digital)

• Recomendado entre 7 y 12 dB

Conmutación y PABX

126


Retardo de propagación • Si es excesivo dificulta la fluidez de la conversación – Inaceptable más de 400 ms.

• Entre 300 y 400 ms. – Solo con canceladores de eco, baja distorsión, atenuación exacta, etc.

• En condiciones normales – Entre 25 y 300 ms.

Conmutación y PABX

127


Ejemplos de retardos Coaxial Fibra óptica Satélite geoestacionario PBN-PSTN

4 µ s/Km 5 µ s/Km 260 ms 5 ms

Acceso básico RDSI GSM

1 ms 90 ms

Codec PCM Modulador FDM

0,3 ms 0,75 µ s 0,45 ms 1,5 ms

PABX digital PABX analógica

Conmutación y PABX

128


Ruidos • Ruido aditivo – Térmico: P=KTB ; P= -228.6 dBW + 10 log T + 10 log B – Impulsivo: más perjudicial en datos – Figuras de ruido de los dispositivos (amplificadores, moduladores, etc.)

• Valores típicos – PBX digital conectada a PSTN: 500 pWp – Con elementos analógicos: 1.000 a 2.000 pWp

Conmutación y PABX

129


Diafonía e intermodulación • Causa principal de la diafonía: – las líneas suelen discurrir paralelas a las de los vecinos

• Dos tipos de diafonía – Inteligible: • muy molesta • afecta a la confidencialidad de la llamada

– Ininteligible

• Intermodulación: alinealidades en dispositivos

Conmutación y PABX

130


MOS (Mean Opinion Score) • Evaluación subjetiva sobre paneles de usuarios • Puntuación de 1 a 5 • Normalizado por la UIT-T MOS

Descripción

Distorsión

5

Excelente

Imperceptible

4

Muy buena

Perceptible pero no molesta

3

Buena

Perceptible y algo molesta

2

Pobre

Molesta e inteligible

1

Mala

Pérdida de inteligibilidad

Conmutación y PABX

131


Fuentes de q.d.u. • 1 qdu (quantizing distorsion unit) se define como la introducida por un par de codecs G.711 • Equivale a 35 dB de relación señal/distorsión Par de codecs PCM ADPCM a 32 Kbps Convertidor A-µ(o inversa) Conversión PCM-ADPCM (o inversa) Par de transmultiplexión PCM

Conmutación y PABX

1 3,5 0,5 2,5 1

132


Calidad: A o D • Retardos y ecos

– Igual que en analógico “+125 µs” de espera

• Distorsión

– Ahora repercute en “BER”

• Diafonía:

– Si la línea es digital la diafonía no es inteligible, pero perjudica seriamente

• Ruidos

– Efecto muy inferior al ser más robusto

• Cambio por ruido de cuantificación y ancho de banda

Conmutación y PABX

133


Resumen calidad Causa

Efecto

Medida

Ancho de banda

Timbre

Banda

Distorsión

Timbre

Efecto local

No controlamos nivel de voz

Atenuación Variación fase Nivel

Eco

Inteligibilidad

Nivel y tiempo

Retardo

Dificulta la conversación

Tiempo

Ruido

Timbre a inteligibilidad

Relación S/N

Diafonía

Inteligibilidad

Nivel

Conmutación y PABX

134


Ejercicio: calidad • ¿Cómo puede medirse cada uno de los parámetros? – Proponer un método de medida sencillo para cada uno – Determinar los instrumentos necesarios

• Ordenar de más a menos cada uno de los problemas de calidad – la tolerancia – la ocurrencia

• Determinar en qué parte del circuito telefónico se produce cada pérdida de calidad – Terminal, bucle de abonado, conmutación, transmisión, etc.

Conmutación y PABX

135


Diferentes conexiones PBN-PSTN • Conexión digital o analógica • PSTN digital, mixta o desconocida

PBX PBX

PSTN o ISDN

PBX PBN

Conmutación y PABX

136


Calidad en la PBX • Tiempo hasta tener tono (“tener línea”) y otros – % de llamadas que exceden cierto tiempo – Del orden de segundos

• Probabilidad de que no haya enlace disponible (Bloqueo de enlaces) – Del orden del 1%

• Probabilidad de que habiendo enlace, la matriz “X” no lo pueda conectar (Bloqueo interno) – Debe ser despreciable frente al anterior

Conmutación y PABX

137


Medidas ∀ λ tasa horaria de llegadas en BHCA o CAPS • d duración de la ocupación del equipo • M número de líneas • PB probabilidad de bloqueo • w tiempo medio de espera hasta obtener tono

Conmutación y PABX

138


Cálculos de calidad • Central con N enlaces a un mismo destino A= M× λ × d PB = B( A → N ) • Caso de dos o más centrales PB = 1 − ∏ (1 − PBi ) • Central con R posiciones de registrador A′ = M × λ × d ′ d′ w = PD R − A′

PD = C ( A′ → R )

Conmutación y PABX

139


Otras medidas de calidad • Errores de encaminamiento – Difíciles de detectar por el usuario que cree que ha marcado mal

• Interrupciones (cortes) – En telefonía fija principalmente por señalización – En móvil principalmente por handoff

• Indisponibilidades de larga duración – (las de corta son bloqueo y retardo en obtención de línea)

Conmutación y PABX

140


Ejercicio: calidad • ¿Cuál es la definición correcta del tiempo de selección? • Identificar qué parámetros de calidad de la central perjudican al operador y cuáles al usuario • Asociar todos los parámetros de calidad conocidos a las fases de la llamada • ¿Cómo repercute un mal funcionamiento en cualquiera de las fases?

Conmutación y PABX

141


Tiempos • A qué se debe y cómo repercute un tiempo excesivo ? Descuelga Marcación establecimiento Tono y timbre

Respuesta conversación

Una parte cuelga Liberación de todos los circuitos

Conmutación y PABX

142


Ejercicio: calidad Relación señal/ruido Disponibilidad de línea del abonado Deslizamiento Rutas de alto uso Intensidad de congestión de tráfico Longitud desconocida de un número Número de conversiones A-D Período de espera después de marcar Encaminamiento alternativo Liberación prematura Demora de instalación de línea Fluctuación lenta de fase (wander) Ruta congestionada y acción consiguiente Tiempo medio entre fallos del sistema Parte de transferencia de mensaje

Tiempo medio de ocupación Tiempo de propagación Areas de tarifa Gestión de red Número de quejas del usuario Distribución de tráfico Tasa de tomas con respuesta Control de paridad Demora de reparación de una avería Número de puntos transitados Eco Tiempo medio de conversación Programas de supervisión de tráfico Número de puntos de tránsito Anchura de banda Programas de grabación de tráfico Número de conversiones 2/4

Conmutación y PABX

143


Redes virtuales

Conmutación y PABX

144


Centrex: Central Exchange • El usuario no dispone de la PBX • Las funcionalidades de PBX le son suministradas por su operador desde la central local • Las extensiones disponen de los servicios de PBN (Plan de Numeración Privado, PNP) – Marcación reducida, espera, sin tarificación para llamadas internas, desvíos, etc

Conmutación y PABX

145


• Mejoras

Costes

– La inversión inicial en PBX no existe – Las necesidades de mantenimiento, personal y formación se reducen – Menos riesgos: de obsolescencia, fallos (a cargo del operador), etc. – Flexibilidad a cambios y avances tecnológicos

• Empeora – Costes mensuales elevados – Dependencia del operador

Conmutación y PABX

146


Ejemplo RDSI NT1 TA

NT1

PBX RDSI

NT1 abonados centrex

TA

NT1

Conmutación y PABX

Central local RDSI

Central local RDSI

147


Servicios RDSI • De acceso – Grupo cerrado de usuarios – Marcación de entrada directa en PBX

• De conexión – Marcación abreviada, rellamada, llamada fija – Llamadas completadas, espera y desvíos – Restricciones y cobros revertidos

• De información – De tarifas, estados de la red, identificación de llamante, ...

Conmutación y PABX

148


VPN sobre RI • Ventajas de un Centrex con tecnología más avanzada – Más facilidades en ámbito geográfico – Más servicios disponibles y combinaciones de ellos – Gran flexibilidad de configuración

Conmutación y PABX

149


Terminología • Proveedor de red: posee la infraestructura • Proveedor de servicio: comercializa servicios sobre la IN • Abonado: cliente del servicio • Usuario: realiza las llamadas

Conmutación y PABX

150


Esquema RI SCP

SCP

SS7 (INAP)

PBX

SSP

SSP

SSP

SS7 DTMF

PSTN PBX

QSIG

Conmutación y PABX

151


Identificación y acceso • Identificación: CLI, UID, PIN, AUTZ • Tipos de acceso: líneas y extensiones de PBX – On-net: conocidos en los SCP y conectados a SSP – On-net virtual: conocidos en los SCP a través de PSTN – Off-net: no conocidos en los SCP, vía PIN

• Datos de una llamada – Código de servicio, Número destino (PN o no), CLI – Para OVR, off-net, etc: UID, PIN, AUTZ, Número destino

Conmutación y PABX

152


Accesos SCP (a,b,c)

SCP (a,b,c) PBX a

SSP

SSP

SSP

c

PSTN

b PBX

d a-c: on-net (dedicado) b-c: on-net virtual (conmutado) d-a: off-net (necesita PIN) Conmutación y PABX

153


PNP en RI • Traducción de PN a líneas con numeración E.164 – Traducción completa: 1237=911611001 – Traducción de prefijo: 123X=9116100X

• Traducción dependiente de – Origen (CLI), hora o día, tráfico, elección

• Conviene usar nemotecnia en los prefijos – Ej. 93XX en Barcelona, 91XX en Madrid

Conmutación y PABX

154


Servicios • PNP y ABD – PNP es configuración y ABD servicio – ABD: activación, desactivación, dígito de acceso ABD, etc

• ATT con CD, QUE, LIM, etc – Las posiciones pueden ser por idioma, zona, etc – Algoritmos de distribución por hora, tráfico, último tiempo, etc. – Log on/off, posiciones de ATT en la VPN, etc

• Desvíos y llamada completada – Sobre libre u ocupado

• Grupo cerrado, tarjeta, etc

Conmutación y PABX

155


Ejemplo tabla servicios • • • • • • •

9: ATT 0: LLamada off-net 15: PIN (AUTZ) 180: desactivar FMD 181: FMD a un número VPN 182: FMD a un número PSTN Otro: Llamada on-net a PNP

Conmutación y PABX

156


Voz sobre redes de paquetes

Conmutación y PABX

157


Transmisión de ráfagas • Basada en la multiplexación estadística • Solo se transmite cuando el interlocutor realmente habla: – 50% de ahorro a pesar de mantener “full-duplex”

• La tasa de actividad real es del 30 a 40% – Beneficio mejor que el 50% – Teórico 1/0,35=2,86 conversaciones/canal

• Control necesario para llevarla a cabo

Conmutación y PABX

158


Esquema DSI N < M canales

M conversaciones activas entre terminales o conmutadores

Conmutación y PABX

159


El hangover • El hangover permite evitar un exceso de señalización debido a respirar, pensar, etc.

TS

TS

HO

HO

TS

HO t

TS y HO separado

nuevo TS

nuevo TS t

Actividad resultante

Conmutación y PABX

160


Calidad • Mutilación al inicio de la ráfaga – Debido a la falta de recursos – Siempre se producirá si hay menos canales que conversaciones en curso – Tablas de relación recorte-MOS

• Falta de “ruido” mientras el interlocutor no habla – Difícil de solventar en sistemas de transmisión de forma de onda

Conmutación y PABX

161


FR y voz • FR es económico y ubicuo • Permite especificar “voz” en el campo tipo de datos • Orientado a conexión – Circuitos virtuales permanentes o conmutados

• Capaz de soportar calidad de servicio • Falta de capacidades de señalización, numeración, enrutamiento, etc.

Conmutación y PABX

162


Celdas FR • La voz es transmitida sobre líneas FR alquiladas o conmutadas (PVC o SVC) • FR básicamente pensado para datos !!! • Las celdas FR contienen: – El OH de FR – Paquetes con datos correspondientes a la voz digitalizada

• Normalmente voz comprimida a 8 Kbps

Conmutación y PABX

163


Calidad • Debido a la compresión – Relación vocoder - MOS

• Jitter debido a retardos estadísticos – Al estar FR pensado para datos los paquetes están sujetos a retardos variables – Se compensa con buffer antijitter en destino

• Retardo alto debido al buffer anti-jitter

Conmutación y PABX

164


Jitter Eliminación de jitter = retardo fijo + pérdidas 1

2

3

1

1

4

5

2 3

4

2

3

6

7

5

4

8

6

5

9

7

6

8 9

7

8

9

Pérdida

Retardo Conmutación y PABX

165


Necesidad de FRAD • FR proporciona transporte económico pero tiene problemas de señalización, numeración, etc • PBX los tiene resueltos pero debe ser transportada sobre líneas full-duplex a 64 kbps • El Frame Relay Adaptor Device se ubica entre la PBX y la red FR

Conmutación y PABX

166


Funciones del FRAD • Del lado PBX – Voz a 64 Kbps o analógica – Señalización PBX: E y M, etc – Numeración telefónica

• Del lado red FR – Voz comprimida (por ejemplo a 8 Kbps) – Celdas FR con su OH necesario. Establecimiento de canal sobre PVC o SVC – Direccionamiento FR

Conmutación y PABX

167


PBX y FRAD

PBX

E y M, 64 Kbps

PBX

FRAD

FR: CIR = 8 Kbps

FRAD

FRAD

PVC o SVC

Conmutación y PABX

168


Ventajas FR • Los mismos CIR sirven para voz y datos: gran economía • El FRAD permite la utilización de terminales y numeración convencionales en lugar “voz desde el PC” o CTI • La pérdida de calidad es “asumida” por los usuarios (¿ventaja?)

Conmutación y PABX

169


Voz sobre IP • Videoconferencia sobre IP para CTI – En LAN, WAN, Internet

• Basado en estándares abiertos de IETF e UIT – Rec UIT-T H323

• El usuario reduce costes y dispone de más servicios

Conmutación y PABX

170


Pila de protocolos

Conmutación y PABX

171


Componentes H.323 • Terminales: deben soportar voz • Pasarela: opcional para pasar a otro tipo de redes • Guardián de Puerta: – Traducción de direcciones: mapea LAN a IP suministra Lookup – Gestión de capacidad: limita el número de conexiones

• Controlador Multipunto (MCU): – Soporta conferencias entre 3 o más puntos – Consiste de MC (Controlador) y MP (Procesador)

Conmutación y PABX

172


Esquema VoIP Cam. LAN

Pasarela

MCU

Firewall

PSTN

Firewall

Internet

Conmutación y PABX

173


Ejercicio • LAN1 en Barcelona, LAN 2 Madrid • ¿Cuáles son los costes relativos? – – – –

Llamada de LAN1 a LAN2 De LAN1 a PSTN en Barcelona LAN2 a PSTN en Barcelona LAN 1 a PSTN en Madrid

• Añadir equipo para mejorar este último coste

Conmutación y PABX

174


QoS en VoIP • IP es “best effort” sin garantías de BW, jitter ni latencia • RSVP (Resource Reservation Protocol) de IETF – Compromete recursos de la red a flujos – Un flujo = camino asociado origen y destino (1 o más) – Los routers intermedios propagan solicitud de BW para RSVP – Si se acepta en destino se confirma hacia atrás

Conmutación y PABX

175

Conmutacion y PABX

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