Sección 4: Sistema telefónico

Univers idad
Católica
Andrés Bello
Sección 4:
Sistema telefónico
Prof. Wílmer Pereira
Sistema telefónico
Servicio de transmisión de voz que se utiliza
en informática si la comunicación más allá del
ámbito de una red local (LAN)
Red Telefónica
~ 64Kbps
1 error × 105 bits
vs
Red Informática
10 Mbps -100Mbps
1 error × 1013 bits
La evolución va hacia permitir tráfico de
de diversa índole sobre la red telefónica:
Datos
Voz
Video (TV)
ISDN (Red Numérica de Integración de Servicios)
Historia y Arquitectura del
Sistema Telefónico
Graham Bell patentó el teléfono en marzo de 1876 (y Elisha Grey ...)
Se tendía un cable entre cada par de teléfono o líneas públicas
El primer centro de conmutación (manual) en 1878
La conmutación automática fue desarrollada por propietario de funeraria
Arquitectura
El número telefónico referencia a la jerarquía de conmutación
Cables de 2, 4 o 6 hilos dependiendo de los servicios ofrecidos
La última milla va al abonado y los cables entre centrales son troncales
Conmutación a comienzos del siglo 20 …
Transmisión Digital
vs
Transmisión Analógica
Menos errores a pesar de la mayor atenuación,
restaura más eficientemente
Permite mezclar muchos servicios
Mantenimiento más sencillo (El eco se evita con supresores)
Más barato
Última milla
Analógico hacia el teléfono y digital para el tráfico entre centrales
Multiplexado
Se usa tanto digital como analógico con fuerte
preponderancia al uso de fibra óptica
FDM
(Frecuency Division Multiplexing)
El espectro disponible se divide en canales de uso exclusivo
para cada comunicación (básicamente analógico)
TDM
(Time Division Multiplexing)
El ancho de banda lo tiene todo el canal lógico pero sólo por
cierto tiempo (adecuado a transmisión digital)
FHSS o DSSS
técnicas de espectro disperso …
FDM en telefonía
Un canal de voz en telefonía fija se modula sobre 3 KHz
(4 KHz por solapamientos)
Normalmente se multiplexa entre la banda de 60 a 108 KHz
Un grupo conformado por 12 canales de voz
Un supergrupo (5 grupos) con 60 usuario
Un mastergrupo (10 supergrupos) 600 usuarios
TDM en telefonía
La conversión de analógico a digital (antes de los troncales)
lo hace el CODEC realizando 8000 muestra/seg
125 µseg/muestra
PCM
193 bits cada 125 seg
1,54 Mbps (T1)
Estandares PCM
Señalización de canal común:
Todos los 8 bits son de datos y el bit extra adopta
el patrón 0101010101 en las tramas nones y
señalización para todos los canales en la tramas
pares
Señalización por canal asociado:
Cinco de cada seis tramas tienen 8 bits de datos
y la sexta tiene sólo siete bits
PCM Diferencial:
Para compactar se transmiten sólo los cambios
entre el valor actual y el previo por lo que bastarían
5 bits en lugar de 7
Multiplexado de canales T1
No obstante a pesar de esta multiplexación cada canal sigue estando a 64 Kbps
La recomendación Ex es la que se usa en Venezuela
E1 a 2,048 Mbps hasta E5 a 565,148 Mbps
Hay una recomendación sobre soporte óptico (SONET)
OC-1 a 51,8 Mbps (33 veces un T1 y 25 veces un E1)
SONET o SDH (Jerarquía Digital Síncrona)
Objetivos:
Interconexión de distintos operadores y PCM
Troncales larga distancia
Multiplexar más canales digitales
Apoyo a administración y mantenimiento
STS-1
810*8 = 6480 bits a 8000 veces
por segundo => 51,84 Mbps
Conmutación
Troncales y
última milla
fuera
vs
Conmutadores
dentro
Conmutación de circuitos:
Camino se fija al comienzo antes de enviar datos
La congestión es al momento de la conexión
Conmutación de mensajes:
No establece conexión
Sin límites en el tamaño del mensaje
Ocupa el canal largo tiempo (telégrafo)
Conmutación de paquetes:
Ningún usuario se monopoliza el canal
Cada paquete se conmuta independientemente
Jerarquía de conmutadores
Un árbol que sólo se altera por caminos muy congestionados
Cada conexión se intenta en el nivel más bajo
En Venezuela
CANTV tiene
653 centrales
locales
Política y Telefonía en USA
El gobierno interpuso demanda a AT&T por monopolio
y ganó para dividir a AT&T a partir del 1 de enero de 1984.
(AT&T Long Distance + 23 BOC´s)
LEC:
LATA:
IXC:
Aumento de la competencia
Precios reducidos
Mejor servicio
Compañías de telefonía local
Áreas de acceso y transporte local
Compañías de tráfico interLATA
AT&T, WorldCom, Sprint …
LEC no puede dar servicio interLATA
ni IXC telefonía local
pero … CATV y telefonía celular no estaban en el dictamen …
En 1996 el congreso
permitió la libre
competencia
entre LEC y IXC
ofreciendo PCN
Señalización
Control operativo y cobro de la transmisión
(Fuera de banda)
Alertas
Transmisión de la dirección destino
Supervisión (circuitos libres, tono de ocupado,
colocar líneas no usadas como disponibles, etc
La señalización de troncales (SS7) es diferente de
la señalización en la última milla (solo se ocupa
de la llamada y sus tonos)
Tonos audibles:
Disponible, retorno de campana
ocupado y troncal ocupado
Otros servicios:
Reenvío de llamadas, conferencia,
Señalización (SS7)
Telefonía Celular
Telefonía inalámbrica que tiende a mezclar diversos
dispositivos con múltiples servicios (3G)
Telefonía fija : 5 millones, Telefonía celular: 28 millones
Sistemas similares:
Beeper (unidireccional e unicelular con poco ancho de banda)
Teléfono inalámbrico (poco alcance y ancho de banda)
Teléfono unicelular (no escalable y pocos usuarios)
Principios de la telefonía celular
Celdas conformadas por la estación base (direccional o no)
Reuso de frecuencias en celdas no adyacentes
Ante congestión se subdividen más las celdas
Cambio automático de celda ante usuario en movimiento
handoff
Suave, Duro e Intracelda
Estación de conmutación independiente de la estación base
(conexión vía microondas o cableada)
Canal de señalización (paging, control, access y data)
GSM (Digitel), CDMA1x (Movistar), CDMA1x (Movilnet)
Funcionamiento de
la telefonía celular
Al encender
Cuando se enciende el móvil, busca entre los canales de control
El que encuentre disponible (posiblemente el más fuerte)
Gracias al canal de control averigua el canal de paging y el de access
El móvil emite su serial hasta que la estación base anuncia su existencia
al conmutador (cada cierto tiempo el móvil se reregistra)
Al llamar
Coloca el número y SEND por lo que el conmutador busca un canal libre
y notifica al móvil por el canal de control
El móvil cambia al canal de voz y espera que el destinatario responda
u obtenga señal de ocupado.
Al recibir
Escucha del canal de paging
Si el móvil está encendido, se le asigna un canal de voz y comienza a repicar
GSM
Standard europeo (Sistema Global de Comunicaciones Móviles)
Usa TDM + FDM
Canales de 200 KHz
por usuario
33.8 Kbps
GSM usa modulación GMSK
Minimiza interferencia con salto en frecuencia
Arquitectura GSM
Usa las bandas de:
* 850 Mhz
* 900 Mhz
* 1,8 Ghz y
* 1,9 Ghz
Canales de control:
* Difusión
* Frecuencia
* Sincronismo
* Paging ...
82% del mercado
Creadores del SMS
Evoluciona a UMTS
Elementos de la Arquitectura
BTS (Base Transceiver Station):
Conforma la celda con antenas sectorial u omnidireccionales
8 usuario por canal
BSC (Base Station Controler):
Mantenimiento de la llamada con el control del handover,
gracias a la potencia del móvil
MSC (Mobile Switching Centre)
Establecimiento, enrutamiento y terminación de llamadas
para tarificar. Además es interfaz a otras redes
HLR (Home Location Register)
Información del estado de cada usuario (nivel de subscripción,
servicios suplementarios, etc)
VLR (Visitor Location Register)
Información temporal de los usuarios al momento de utilización
del servicio telefónico
AUC (Authentification Centre)
Servidor de autentificación gracias a datos del SIM
GPRS
(General Packet Radio Service)
Sistema de transmisión de datos sobre una red de conmutación
de circuitos con optimización de uso de canales
(sólo usa canales mientras envía o recibe datos)
Ofrece enlaces a las redes de conmutación de paquetes (PDN)
con velocidades de 56 a 114 Kbps
Características de GPRS
GSN (Gateway Support Node) provee la interconexión entre GSN
para enlazar GSM con Internet por conmutación de paquetes
HSN (Home Support Node) llegan los paquetes dirigidos al móvil
en base al valor de su dirección de la respuesta
Los enlaces de voz tienen prioridad sobre los enlaces de datos en
algunos tipos de servicios aunque puede no haber simultaneidad
En el protocolo la señalización es in-band donde los
paquetes de datos y control circulan por el mismo canal
Ofrece SMS, MMS, mensajes instantaneos y conexión a Internet
(WAP y P2P)
Se supone 2.5G aunque está migrando hacia 3G con EDGE
Dispositivos GPRS
Existen tres clases de dispositivos móviles teniendo en cuenta la
posibilidad de usar servicios GSM y GPRS simultáneamente:
Clase A
Pueden utilizar simutáneamente servicios GPRS y GSM.
Clase B
Sólo pueden estar conectados a uno de los dos servicios. Mientras
se utiliza un servicio GSM (llamadas de voz o SMS), se suspende
GPRS, que se reinicia automaticamente cuando finaliza el servicio
GSM. La mayoría de los teléfonos móviles son de este tipo.
Clase C
Se conectan alternativamente a uno u otro servicio. El cambio
entre GSM y GPRS debe realizarse de forma manual.
EDGE o EGPRS
Es la evolución de GSM y GPRS. Usa GMSK y 8PSK para
modulación y codificación
En 1992 ITU lanzo IMT-2000
Velocidad de transmisión del servicio (2000 Kbps)
Ancho de banda (2000 KHz)
Año de puesta en servicio (año 2000)
pero … nada se cumplió … sólo China
Tanto EDGE como UMTS son parte de la telefonía 3G
aprobada por IMT-2000 y de hecho son competidores
Alcanza velocidades 384 Kbps en modo paquete. Aunque UMTS
tiene mayor velocidad de transferencia, EDGE está apoyada por
el standard GSM/GPRS ampliamente usado en el mundo
CDMA
Acceso Múltiple por División de Código
Standard militar recuperado por la industria
Conocido inicialmente como IS-95 (CDMAOne), propuesto por Qualcomm
Cada estación se le asigna una secuencia única de bits (chip)
Para transmitir 1 envía el chip y para transmitir 0 el complemento del chip
La velocidad de transmisión de CDMA es mayor que sus competidores
Propiedades de los chips:
Cada chip es ortogonal. Por ejemplo S· T = 0 y S· S = 1
S· T = 1/m Σi=0,m Si * Ti
Para saber que se transmitió el receptor aplica la fórmula para cada chip
Si resultado
1 transmitió 1
-1 transmitió 0
0 no transmitió
Ejemplo CDMA
Tendencias de CDMA
Servicios de IMT-2000 (Tercera Generación)
Transmisión de voz de alta calidad
Mensajería (mejor que e-mail y SMS)
Multimedia y acceso a Internet
Propuesta tecnicas de IMT-2000
EDGE y EGPRS (evolución de GSM sin CDMA)
WCDMA (Ericsson) interactúa con GSM (UMTS)
UMTS: espectro disperso + TDMA
sobre distintas bandas de frecuencia
CDMA2000 (Qualcomm) compatibilidad CDMAOne
(1xRTT (144 Kbps) y 1xEVDO (baja 2.5 Mbps y sube 154 Kbps)
Todos
incompatibles
Qualcomm tiene todas las patentes sobre CDMA y solo fabrica chips
vendio manufactura de: celulares a Kyocera y estaciones base a Ericsson
Actualmente está en una guerra de patentes con Broadcom (2007)
Web Inalámbrica
WAP1.0 de Nokia, Ericsson, Motorola y phone.com. Poca aceptación porque
el cobro era minutos y se va a WAP2.0
WAP2.0
Se puede montar sobre cualquier estandar última milla de telefonía
celular: GSM, CDMA, AMPS-D, etc
Modelo push (actualización automática) y pull (recepción automática)
Integra telefonía en las aplicaciones
Mensajería multimedia
Incluye pictogramas
Interacción con dispositivos de almacenamiento
Soporte de plug-ins para el navegador
WAP2.0 usa WHTML que busca ser estandar internacional por sobre i-mode ...
i-mode: Servicio exitoso
Servicio de información sobre terminales
telefónicos japonés de NTTDoCoMo
35 millones de usuarios en 3 años
Está constituido por tres componentes:
Una red de voz (conmutación de circuitos) separada de una
red de datos (conmutación de paquetes) a 9600 bps
Un nuevo microteléfono a 120x160 pixel a 256 colores
Un nuevo lenguaje para el diseño de páginas Web (cHTML)
El servicio de voz se cobra por minutos y servicio de datos por paquetes
y no se puede usar simultáneamente
El terminal presenta al usuario lista por categoría (40.000 sitios Web)
El servicio más popular es correo (500 bytes) y mejor que SMS (160 bytes)
El modelo de cobro es cuota básica por una cantidad de paquetes más
1$ o 2$ por acceder al sitio
Los sitios oficiales dejan que NTT CoMoDo facture y se quedan con el 9%
El usuario puede acceder directamente a Internet sin pasar por la lista
Detalles de i-mode
No soporta JavaScript , hojas de estilo, imágenes de fondo, …
pero si soporta Perl, PHP, JSP y cualquier otro lenguaje del lado del servidor
Incluye 166 emoji (parecido a los emoticones). Signos astrológicos, cerveza,
cumpleaños, hamburguesa, …
El cargo del servicio es sobre la factura telefónica porlo que no es necesario
tarjeta de crédito
WiFi es un rival de peso (54 Mbps contra 9600 bps). Sin embargo puede
establecerse un modelo híbrido: si hay WiFi lo usas, sino se encauza vía WAP
¿Por qué es exitoso i-mode?
En Japón no es común computador en casa con conexión a Internet
Es muy costosa la conexión !!!
El japonés promedio está mucho tiempo en el metro o tren …
Comentarios y conclusiones sobre
telefonía celular
Crecimiento acelerado de la telefonía celular y disminución
de la telefonía fija.
El tráfico de datos pronto será mayor que el tráfico
voz. Además los usuarios quieren equipos multifuncionales
CDMA es mejor en el radio enlace mientras que GSM será el
standard de centros de conmutación. Sin embargo los problemas
de la patente con Qualcomm debilitan las propuestas
última milla de espectro disperso (CDMA2000 y W-CDMA)
Eventuales problemas de salud (discutible)
3G ofrece servicios sobre multimedios pero WiFi y WiMax
son fuertes oponentes. Además UMTS vs EDGE ??? 4G viene …
Unir bajo un mismo enfoque telefonía fija y celular
Buhoneros de la telefonía …
Italia 1930
Malasia 1920