Telefonia PSTN - WordPress.com

Enfasís III
REDES CONVERGENTES
Ms (c) Oscar Daniel Ibarra Tobar
Compilación
Version 1.0, Agosto 2012
TELEFONÍA
Ms (c) Oscar Daniel Ibarra Tobar
Compilación
Version 1.0, Agosto 2012
TELEFONÍA.....Sonido a Distancia
El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por la perturbación de
un medio elástico (normalmente el aire), debido a cambios rápidos de presión,
generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro. La función del medio
transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vació. Por ello, para
que exista el sonido, es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un
medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) a través del cual se propague la
perturbación
El oído capta las ondas sonoras son recibidas por el tímpano, se oyen sonidos entre
20 Hz y 20.000 Hz
LA VOZ HUMANA tienen un rango entre
100 - 10000 Hz
04/03/2014
Profesor Oscar Daniel Ibarra Tobar
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TELEFONÍA.....Sonido a Distancia
Anchos de Banda
20
100
300
3400
10.000
18.000
Teléfono
Rango de la voz
Rango de audición
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Convergencia - Historicamente
VOZ: Señal
mécanica 20 a
10000 Hz
TRANSDUCTOR
SEÑAL
ELECTRICA: 300
a 3400 Hz
La señal mecánica debe ser convertida a una señal eléctrica para poder ser
transmitida, esta conversión se realiza en el teléfono, el cual cuenta con un
transductor que convierte la señal mecánica en una señal eléctrica de naturaleza
analógica.
Con esta señal se puede establecer una comunicación 100 % analógica con otro
teléfono receptor; sin embargo hay que tener en cuenta que si hay varios
abonados(usuarios) es necesario un mecanismo de conmutación para establecer el
circuito con el receptor adecuado.
04/03/2014
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TELEFONÍA.....Sonido a Distancia
El telefono, originalmente, se compone de dos circuitos: el circuito de conversación y
el circuito de señalización.
El circuito de conversación, transmite la voz como una señal eléctrica análoga por la
red telefonica y el circuito de señalación se encarga de la marcación de la llamada
La señalización permitirá establecer la llamada
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Conmutación Telefónica
Conexión en
malla
Conexión en
estrella
La conmutación en telefonía ha pasado por muchas etapas:
1. Una conexión en malla (todos con todos) no requiere un nodo central de
conmutación
2. Esta solución es inviable porque por cada N usuarios se requiere N*(N-1)/2
enlaces
3. Se establece entonces una topología en estrella donde hay varios nodos de
conmutación.
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Conmutación Manual
La conmutación igualmente ha sufrido una
evolución según la tecnología disponible en
el momento de la historia.
Conmutación Manual, “Las primeras
centralitas de este tipo se crearon en 1878 y
hacían uso de un cuadro de conmutación
constituido por clavijas y cordones que eran
operados manualmente por una operadora,
conectando físicamente una línea con otra.
La operadora preguntaba al usuario el
número con el cual deseaba comunicarse y
luego establecía la conexión introduciendo
los conectores terminales de un cordón
(plugs) en los respectivos Jacks de los
abonados”
04/03/2014
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Conmutación Manual
De este proceso de conmutación manual se
puede deducir varios conceptos que aun se
utilizan en las técnicas de conmutación
actuales:
1. Conmutación de circuitos, la operadora
era la encargada de establecer un circuito
físico para realizar la transmisión:
2. El proceso que era llevado por la
operadora podría resumirse en las
siguientes partes:
• Establecimiento de la comunicación
• Mantenimiento de la comunicación
• Liberación del canal
Los protocolos de telefonía actual como SIP
realizan funciones similares
04/03/2014
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Conmutación Automáticas
Centrales electromecánicas
Se basó en el empleo de un
selector electromecánico cuyos
puntos de cruce eran contactos
de barrido que se movían para
seleccionar una salida en
función del número marcado
por el usuario. La llamada era
conectada a través de varios
selectores
activados
progresivamente a
medida
que se iban marcando las cifras
mediante el disco telefónico
Son ejemplos de este tipo:
• Centrales paso a paso
• Centrales
de
barras
cruzadas CrossBar
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Conmutación Automáticas
Centrales automáticas electrónicas
Surgen en la década de los 60´s para remplazar a las centrales electromecánicas
debido a su mayor capacidad, velocidad de conmutación, flexibilidad y fiabilidad. La
conexión de las vías de voz analógicas se realizaba mediante conmutadores
electrónicos (micro-switches a base de “reed relays” o relés de lengueta) y disponían
de un órgano central de control formado por procesadores controlados por programa
almacenado (SPC/Stored Program Control).
Centrales Digitales
Son centrales controladas también por programa almacenado (SPC), pero en este
caso las vías de voz son completamente digitales, Sólo hasta 1976 fue posible la
introducción de la primera central digital ESS4 en la red telefónica de larga distancia
de los Estados Unidos. Esta central tenía una capacidad muy superior a las existentes
y permitía la interconexión a través de enlaces digitales de transmisión PCM. El
control de estas centrales presenta las mismas características básicas del control de
las centrales electrónicas.
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Red Telefónica Publica Conmutada
PSTN Public Switched Telephone Network
PSTN PUBLIC SWITCHED TELEPHONE NETWORK
•
•
•
•
•
•
La Red Telefónica Publica Conmutada es una red que soporta los servicios de telefonía
publica y esta conformada por centrales de conmutación análogas y digitales.
Los usuarios se denominan abonados
A Los dispositivos de usuario final se les conoce como CPE (Customer Premise
Equipment)
El medio físico típicamente utilizado en la PSTN es el par de cobre
La conexión entre el CPE y el primer nodo de conmutación (ya sea el POP, punto de
presencia, o el CO, Central Office) se conoce como Lazo de Abonado.
La PSTN puede ofrecer servicios a sistemas residenciales o a sistemas empresariales
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Sistemas Residenciales
Lazo de Abonado
•
•
•
•
•
Línea POTS (Plain Old Telephone Service), El terminal del abonado dispone de:
altavoz, micrófono, timbre, teclado, y un generador dual multifrecuencia (DTMF).
Sistema es alimentado por el par de hilos desde la central que proporciona la ruta de
audio y la señalización de llamada.
Todos los conectores telefónicos existentes en la casa se encuentran cableados en
paralelo de forma continua con la Central Office (CO).
Cada circuito requiere de un par de hilos.
Existe conexión directa (sin Conmutación) con la CO.
Red Telefónica Publica Conmutada
PSTN Public Switched Telephone Network
CO
CO
Pares de Cobre
Abonados A
Sw
Telefónico
TRONCALES
ENTRE CO
Sw
Telefónico
Red
Backbone
de Transporte
CO
CO
Pares de Cobre
Sw
Telefónico
Abonados B
TRONCALES
ENTRE CO
Sw
Telefónico
• Los abonados se conectan con las CO, a esta conexión se le conoce como lazo de
abonado
• Las CO se encuentran conectadas por una Red de Backbone, esta red de Backbone
normalmente es una red en fibra óptica y la voz se transmite de manera digital
utilizando técnicas de multiplexación TDM
Red Telefónica Publica Conmutada
PSTN Public Switched Telephone Network
La comunicación entre el CPE
y la CO es análoga y la
comunicación
entre
diferentes COs es digital, de
modo que la señal analógica
de voz debe digitalizarse,
esta conversión A/D se
realiza por medio de
CODECs, para el caso de la
telefonía
se
utiliza
codificación PCM.
La capacidad necesaria para transmitir una llamada
telefónica, de manera digital y sin compresión es de
64 Kbps, a esta unidad de medida se conoce como
DS0 o Digital Signal Level 0
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PCM Pulse Code Modulation
La función de la codificación es convertir una señal análoga a un código digital que la
represente de una manera fiel, de este modo se requiere realizar varias etapas que
son: la discretización del tiempo (muestreo), la discretizacion de la amplitud
(cuantización) y finalmente la codificación .
El muestreo, como se mencionó, en primer lugar se debe discretizar el tiempo
continuo de una señal análoga, esto se logra tomando muestras en intervalos iguales
de tiempo.
El Teorema de Shannon establece que para digitalizar una señal, se debe muestrear
al menos al doble de la frecuencia máxima, como el ancho de banda del canal
telefónico es de 4 Khz (300 a 3200 Hz), la frecuencia de muestreo debe ser de 8Khz o
dicho de otro modo 8000 muestras por segundo.
Como en cada segundo se toman 8000 muestras, cada muestra se realiza cada 125uS
PCM Pulse Code Modulation
Cuantización, al igual que el
muestreo, tiene que ver con la
discretización pero esta vez de la
amplitud en lugar del tiempo.
En la cuantizacion se establecen
unos niveles que puede tomar la
señal y la cantidad de bits necesarios
para representar eso niveles.
Con 8 bits se pueden tener 256
diferentes niveles.
Si cada una de las muestras que se
toman a 8Khz se necesita una
capacidad de 64Kbps
04/03/2014
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CODECS CON COMPRESIÓN
Según la ITU el CODEC de voz que utiliza PCM y no tiene compresión es el G.711, la
voz paquetizada en este códec requiere de 64 Kbps para ser transmitido.
Para optimizar la capacidad que requiere una llamada al ser transmitida se han
desarrollado otros codecs que utilizan algoritmos de compresión u otras técnicas de
digitalización, en la siguiente tabla se presentan algunos de ellos:
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Multiplexación
La multiplexación es una función de algunos elementos de las redes llamados
multiplexores MUX, los multiplexores toman varias señales de entrada y producen
una sóla señal de salida que combina la señales de entrada.
Existen diferentes técnicas de multiplicación como TDM, FDM, WDM.
Frequency Division Multiplexing (FDM),
Code Division Multiplexing (CDM)
Wavelength Division Multiplexing (WDM).
Time Division Multiplexing (TDM)
En la división por multiplexación de tiempo, se tienen diferentes fuentes y a cada
una se le asigna un tiempo para transmitir, de modo que el tiempo total se divide en
Slots de tiempo
04/03/2014
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TDM
T.D.M : TIME DIVITION MULTIPLEXING
A4
B4
C4
DIGITAL
A3
B3
C3
FRAME
CONTROL DE TIEMPO
MUX
B3
B2
A2
FR
C1
B1
A1
FR
SALIDA DEL MUX
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Multiplexación TDM
• Los DS0 (64 Kbps) son multiplexados en estructuras de mayor jerarquía, los DS1
DS1
Estándar Americano
T1 = 24 Usuarios + 1 Canal de
Señalización
T1 = 24 DS0 + 8 bits
T1 =1.544 Mbps
Estándar Europeo
E1= 30 Usuarios + 2 Canales
de Señalización
E1 = 30 DS0 + 16 bits
E1= 2.048 Mbps
• De igual manera los DS1 se multiplexan es estructuras de mayor jerarquía:
E2 = 8 Mbps
E3 = 34 Mbps (34.368 Mbps)
E4 = 140 Mbps
STM1 = 63 E1 = 3 E3 = 1 E4 = 140 Mbps
04/03/2014
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Multiplexación TDM
SDH y SONET
04/03/2014
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Multiplexación TDM
Las tecnologias de SHD y SONET, utilizan TDM, estas tecnologias recogen el tráfico
que vienen en E1 o T1 y lo transportan utilizando TDM
El multiplexor de SDH se llama ADM o Add Drop Multiplexer
04/03/2014
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Sistema Switcheados
Los usuarios o abonados, en una red PSTN, se conectan por medio del lazo de
abonado con la CO, allí el abonado es conectado con el sistema de switcheado.
En términos generales la PSTN es una red de switches, estos switches realizan
algunas de las siguientes funciones:
•
•
•
•
Inicialización de la llamada
Conmutación de la llamada
Mantener la llamada
Finalización de la llamada
Estas funciones suelen ser
denominadas señalización y
se realizan por medio del
Protocolo SS7
04/03/2014
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Sistema Switcheados
Los swithces de la PSTN están organizados en diferentes jerarquías y clasificaciones,
como se muestra en las siguiente figura:
04/03/2014
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Línea de Abonado Digital
La digitalización de la señal de voz análoga puede llevarse a cabo en diferentes
partes del sistema, típicamente la señal viaja de manera análoga en lazo de
abonado y se digitaliza en el CO; sin embargo es posible que la conversión se
realice directamente en el teléfono y la señal que viaja por el lazo de abonado
sea digital, en este caso se tiene una línea de abonado digital
La RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) concibe la idea de que se puede
transmitir por el lazo de abonado diferentes servicios de una manera integrada,
de modo que se puede transmitir no solo voz, sino también datos, así la RDSI
requiere de líneas de abonado digital
Estas tecnologías dan pie para que se genere las tecnologías xDSL, como por
ejemplo ADSL (línea de abonado digital asimétrica)
04/03/2014
Profesor Oscar Daniel Ibarra Tobar
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Sistema Switcheados
04/03/2014
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Características PSTN
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Conmutación de Circuitos
Unidad Básica = Canal PCM = 64 Kbps
TDM
Redes Sincrónicas
Tráfico Sensible al retardo
Servicio con Calidad del Servicio. Único problema es la congestión en el inicio de
una llamada (CAC)
Probabilidad de bloqueo baja
Una vez establecido un canal, se reserva y garantiza todos los recursos.
Codificación G.711, u-law o a-law
Retardo controlado
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Arquitectura xDSL
Acceso Fijo VOZ + DATOS
Acceso Fijo VOZ + DATOS
Acceso Fijo Voz + Datos + Video
Triple Play
TV /
Video
Internet
Voice
DSL operators