UNIDAD III. CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS

UNIDAD III. CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Tecnologías RTC, RDSI y GSM (14hT + 6hP)
El contenido de la tercera unidad temática está centrado en el estudio de la conmutación de circuitos y el
análisis 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,
como son: técnicas
té i
d señalización,
de
ñ li
ió multiplexación,
lti l
ió jerarquización,
j
i
ió etc.
t La
L segunda
d parte
t trata
t t ell diseño
di ñ y la
l
planificación de las redes. Así, dado un determinado tráfico de acceso (+ expectativas de crecimiento), se
pretende 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 un
l d tecnologías
lado,
t
l í de
d acceso de
d usuario
i y de
d la
l red
d de
d enlaces
l
en la
l red
d troncal
t
l y, por otro,
t
l redes
las
d de
d
interconexión (redes multietapa) o conjunto de dispositivos que permiten realizar la conmutación de
circuitos. Se analizan, para esto, los conceptos de accesibilidad total y cálculo de bloqueo interno (condición
de Clos), según el método de Lee. La tercera parte presenta a modo de ejemplo una tecnología de red
b
basada
d en conmutación
t ió de
d circuitos
i it (GSM) detallando
d t ll d su estructura
t t
y arquitectura
it t
f
funcional,
i
l procedimientos
di i t
y 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
2. PLANIFICACIÓN DE RED
RED.
Tecnologías de acceso: ADSL, RDSI.
Tecnologías para la red de enlaces.
Redes de interconexión para conmutación de circuitos.
Cálculos de probabilidad de bloqueo
bloqueo.
Tema 3. GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.1
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
Contenidos del capítulo
Topología, encaminamiento y señalización
Evolución de la red.
Conmutación de circuitos
Su característica básica es la reserva de recursos (transmisión y conmutación) para uso
exclusivo de cada llamada.
llamada
Ejemplo de red de conmutación de circuitos
RED DE TELEFONÍA PÚBLICA
• El servicio telefónico es aquel que permite a distintos usuarios establecer comunicaciones
de 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).
(
) / 2 enlaces.
Total red: N·(N-1)
Ejemplo: N = 1.000.000 => 499.999.500.000 enlaces.
Inviable para conectar un número no trivial de usuarios.
Solución: red de conmutación
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.2
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Servicio telefónico se apoya en una red de conmutación de circuitos de bajo
retardo extremo a extremo, formada por:
• Terminales
telefónicos
(“teléfonos”),
iniciadores y terminadores de llamadas
telefónicas.
• Enlaces telefónicos, de capacidad
múltiplo de 1 llamada telefónica.
un
• Centrales de conmutación telefónica:
reciben llamadas por los enlaces de
entrada, y las encaminan hacia los enlaces
de salida en función de una dirección
telefónica (“número de teléfono”) de destino.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.3
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Dos tipos de enlaces:
• Bucle de abonado (terminal - central).
Capacidad = 1 llamada.
• Troncales (central - central).
Capacidad = número de llamadas simultáneas
que pueden atravesar el enlace
La red de abonados o
“last-mile” (terminales de
abonado + central local)
está constituida por N
enlaces con N terminales.
terminales
La red troncal o
transporte (centrales
conmutación + enlaces)
dimensiona en función
tráfico telefónico.
telefónico
de
de
se
del
Red Telefónica
Básica
Conjunto de medios que
permiten la p
p
provisión del
servicio telefónico
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.4
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Estructura de la red troncal o de transporte.
La interconexión total de centrales telefónicas también es inviable,
inviable ya que
implica un número de enlaces igual a C(C-1)/2 en la red.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.5
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Estructura de la red troncal o de transporte (cont.)
• Estructura
E t t
j á i de
jerárquica
d la
l red:
d
Central local: Conexión a usuario. Área de influencia hasta 4 o 5 km. con
decenas de miles de usuarios.
Central primaria: Interconecta centrales locales dentro del mismo sector. No hay
abonados conectados directamente.
Central secundaria: Interconexión de centrales en provincias pertenecientes a la
misma área multiprovincial.
Central terciaria: Interconexión de centrales secundarias en distintas áreas
multiprovincial.
Central internacional: Enlaces con otras centrales internacionales en otros
países.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.6
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Circuito telefónico internacional
CL
CP
CS
CTer
CT
CT
ABONADO
A
CTer
CS
CP
CL
ABONADO
RED
LOCAL
B
RED
TRONCAL
RED
INTERNACIONAL
CL
Centro local
CP
C
Centro
t primario
i
i
Ci i a 2 hilos
Circuito
hil
CS
Centro secundario
Circuito a 4 hilos
CTer Centro terciario
Teléfono
CT Centro de tránsito
internacional
Bobina híbrida
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.7
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Estructura jerárquica de la red troncal o de transporte
Ventajas:
• Disminuye el número de enlaces con
respecto a un red totalmente mallada.
• Facilita la tarificación, el crecimiento de la
red
d y ell encaminamiento.
i
i t
Desventajas:
• No hay redundancia.
• Cuanto más se sube de nivel más
recursos intervienen y, por tanto, el
control del establecimiento de llamada es
más complejo.
complejo
Solución:
• Central fuera de estructura jerárquica
((central tándem).
) Cursan llamadas entre
centrales del mismo rango (añaden cierta
redundancia)
La estructura cuasi-jerárquica es la empleada
actualmente en las redes telefónicas de
nivel nacional
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.8
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
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, sólo
existe una ruta posible para cada llamada.
Establecimiento de rutas directas entre
centrales del mismo nivel jerárquico y a través
de centrales tandem (redundancia y mayor
capacidad).
No hay adaptación a condiciones cambiantes.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.9
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Encaminamiento de llamadas (2)
En la actualidad los operadores utilizan un
encaminamiento variable con desbordamiento
donde las decisiones dependen tanto del
tráfico existente (una ruta se descarta si está
ocupada) como de patrones de tráfico
conocidos (secuencia de rutas a considerar)
Las llamadas pueden seguir distintas rutas, ¿qué
camino elegir dentro de la red en caso de que
existan varios disponibles?. Los criterios son
establecidos por las operadoras de la red.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.10
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Red troncal o de
t
transporte
t
Central de
conmutación
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.
control
Coloca señales de control en los enlaces de salida (a los abonados o a otras centrales) bajo la dirección
del 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 otras
centrales. Se utilizan varios conmutadores (etapas de conmutación) por razones de eficiencia y economía.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.11
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Señalización de control
Medio de gestionar la red y establecer, mantener y finalizar llamadas intercambiando información
entre abonado y conmutadores,
conmutadores entre los conmutadores entre sí y entre conmutadores y centro
de gestión de red.
Funciones
Comunicación
C
i
ió audible
dibl con ell abonado
b
d (tono
(
d marcar, de
de
d llamada,
ll
d señal
ñ l de
d ocupado
d 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 puede
desconectarse.
Generación de la señal que hace que el teléfono suene.
T
Transmisión
i ió de
d información
i f
ió con fines
fi
d tarifación.
de
t if ió
Transmisión de información indicando el estado de los equipos, las líneas para emplear en el
encaminamiento, mantenimiento y diagnóstico de fallos
C t l de
Control
d equipos
i
especiales
i l para canales
l vía
í satélite.
télit
Dos contextos de señalización
Entre usuario y red: tonos de información,, señales de timbre y ocupado,
p
, marcación,, etc.
Dentro de la red (entre centrales): canal asociado y canal común
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.12
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Ejemplo: central de conmutación local
Concentra el tráfico que proviene de fuentes con baja actividad sobre medios de transmisión
comunes y encamina la información de una fuente hacia el destino,
destino según un itinerario fijo o
variable 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
Función
ió de
d recepción
ió de
d información
i f
ió numérica:
éi
necesaria
i para ell intercambio
i t
bi de
d
información (marcación) entre el abonado y la central.
Función de control: encargada de establecer la comunicación interpretando la información
recibida.
recibida
Función de selección: encargada de elegir la ruta que ponga en comunicación a dos
abonados pertenecientes a la misma central o a distintas centrales.
Función de transmisión: encargada del intercambio de información y señalización.
señalización
Función de supervisión: una vez establecida la comunicación, detecta y corrige incidencias
en los diferentes elementos que intervienen en ella.
Funciones auxiliares: tarificación, identificación de abonadas, transferencia de llamadas ,
prioridades, rutas alternativas, etc.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.13
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Procedimiento de llamada
ABONADO
LLAMANTE
CENTRAL
CENTRALES
INTERMEDIAS
ABONADO
LLAMANTE
CENTRAL
Descuelgue.
Identificación del
abonado llamante
Tono de invitación a
marcar
Marcación del número
abonado llamado
Información de dirección, etc (encaminamiento)
Dirección completada
Tono de llamada
Notificación del abonado llamante
Timbre de llamada
Respuesta (Descolgar)
Conexión
Cuelgue
Liberación de la conexión
Cuelgue
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.14
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Señalización por CANAL ASOCIADO (INTRACANAL)
La señalización está directamente asociada al canal que transporta la información. La
voz viaja
i j por los
l mismos
i
circuitos
i it y conjuntamente
j t
t con las
l señales
ñ l de
d control.
t l
• 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 hay
señales de voz en el circuito.
• Fuera de banda
Transmite las señales de control utilizando el mismo recurso que las señales vocales pero a
una frecuencia diferente (aprovecha que las señales de voz no utilizan completamente los
4KHz de ancho de banda reservado a ellas). Ello permite una supervisión continua durante
la duración de toda la conexión.
conexión
Problema: ancho de banda pequeño.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.15
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Señalización por CANAL COMÚN
Transmite las señales de control sobre canales de señalización que
q
están
dedicados en exclusiva a esta función y que son compartidos por un número
determinado de usuarios.
Equipo de señalización
por canal común
• Ventajas
Se puede compartir un dispositivo de señalización común con capacidad de atender miles
de llamadas, ahorrando en equipo y transmitiendo mucha más información y más
rápidamente.
Reduce el tiempo de establecimiento con respecto a los métodos de canal asociado.
Permite la señalización durante todo el tiempo que dura la comunicación.
comunicación
Es más adaptable a las necesidades cambiantes futuras.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.16
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
TOPOLOGÍA, ENCAMINAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN
Señalización por CANAL COMÚN. Modos de funcionamiento
• Asociada
El haz de circuitos de voz entre dos centrales es señalizado por uno o más enlaces de
señalización con recorridos paralelos a la voz, que también están conectados directamente
a las centrales.
• No asociada
Se incorporan nodos adicionales denominados puntos de transferencia de señalización. La
señalización no viaja
j necesariamente en p
paralelo con los circuitos a los q
que señaliza
Asociada
No asociada
R dd
Red
de señalización
ñ li ió
P t de
Puntos
d transferencia
t
f
i de
d señalización
ñ li ió
Red de voz
Punto de conmutación de voz
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.17
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
La Red Telefónica Básica (RTC) experimenta una evolución digital a principios de los años
80. En esos años, la tecnología empieza a permitir la creación de nuevos servicios de
telecomunicaciones, pero el diseño original de la red telefónica RTC (pensada para la
transmisión analógica de voz) hacía difícil su integración. Así, la integración de servicios en
una sola red pedía que la nueva red fuese digital, de forma que el acceso y el transporte de
señales seria uniforme, independientemente del servicio. Además, la digitalización permitiría un
mejor
j aprovechamiento
h i t del
d l ancho
h de
d banda.
b d Como
C
resultado
lt d del
d l esfuerzo
f
d las
de
l compañías
ñí
telefónicas por crear un estándar que permitiese la comunicación digital extremo a extremo
aparece 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, de
las centrales de conmutación (desde las jerarquías superiores hasta las locales) y de los
sistemas
i t
d señalización
de
ñ li
ió entre
t centrales
t l (estándar
( tá d CCITT nº7
º7 por canall común).
ú )
B. RDSI BANDA ESTRECHA (RDSI-BE). Sobre la base de la RDI, provee de acceso digital a
los usuarios soportando un amplio abanico de servicios (voz, imagen, datos), utilizando un
número limitado de funcionalidades estandarizadas. Soporta aplicaciones de conmutación de
circuitos, de conmutación de paquetes y además servicios no conmutados (líneas dedicadas).
C. RDSI BANDA ANCHA (RDSI-BA). Soporta altas velocidades de transmisión que permiten la
inclusión de servicios que consumen gran ancho de banda, como vídeo de alta calidad. Está
b
basada
d en tecnología
t
l í ATM de
d conmutación
t ió rápida
á id de
d paquetes.
t
El ancho
h de
d banda
b d ofrecido
f id all
usuario es uno de los factores que marcan la diferencia entre RDSI-BE y RDSI-BA.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.18
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Esquema de la evolución de la red
RTB ( ANALÓGICA )
Bucle
B
l
abonado
Terminal
analógico
A
Instalación
Abonado
A
A
A
Terminal
analógico
RTB ( Mixta ANALÓGICO/DIGITAL)
Terminal
analógico
Terminal
analógico
Terminal
digital
A
D
D
A
A
D
D
A
D
RTB ( DIGITAL )
D
Terminal
analógico
Terminal
analógico
Terminal
digital
Central analógica
Central digital
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.19
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Primeras centrales analógicas
Interesa que haya conectividad
total y bloqueo
q
nulo o acotado
CONMUTADOR
ANALÓGICO
Ó
F
D
M
F
D
M
CONMUTADOR
ANALÓGICO
Ó
F
D
M
F
D
M
CONMUTADOR
ANALÓGICO
Ó
Centro de
conmutación
Las señales vocales son moduladas y multiplexadas en la central local y enviadas por la línea
utilizando un sistema de multiplexación
p
en frecuencia ((FDM).
) En cada sentido de transmisión,, el canal
vocal se modula en BLU utilizando una subportadora separada 4Khz de las adyacentes y que se suma
con los restantes para construir la SEÑAL MULTIPLEX FDM. La señal pasa a través de uno o más
centros de conmutación hasta alcanzar la central local destino. En cada centro de conmutación la
señal debe:
- Demultiplexarse y demodularse.
- Encaminarse hacia el puerto adecuado haciendo uso de
un multiplexor espacial.
- Modularse y multiplexarse.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.20
Acumulación de ruido
y coste elevado
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Primeras centrales analógicas. Jerarquías de multiplexado FDM
Primera implementación en 1918. Apenas se utiliza actualmente.
CANAL
VOCAL
GRUPO
PRIMARIO
1
3.1
KHz
12
48
12
11
10
9
8
0.3
3.4
7
5
f
KHz
4
3
60
GRUPO
TERCIARIO
240
312
552
f
KHz
812
2044
f
KHz
KHz
1232
300
GRUPO
CUATERNARIO 900
GRUPO
PRINCIPAL
1
f
108 KHz
KHz
GRUPO
SECUNDARIO 60
2
900
KHz
3872
KHz
8516
12388
f
KHz
3716
KHz
312
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.21
f
4028 KHz
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Evolución de centrales analógicas a digitales
Desde la invención del teléfono en 1870, se sucedieron varias generaciones de centrales analógicas
de conmutación. En las p
primeras la operación
p
era manual mediante clavijas.
j
Después
p
se introdujo
j el
disco de marcación. Desde principios del siglo XX se impusieron los sistemas de conmutación
electromecánicos que empleaban componentes electromecánicos para realizar el proceso de
conmutación (siempre espacial) y las funciones de control mediante programas de lógica cableada:
M di t movimiento
Mediante
i i t
horizontal se
selecciona uno
de los 10 contactos
en cada banco
CONMUTADOR DE
BARRAS CRUZADAS
(años 50)
Líneas de salida
10 bancos de
10 contactos
Líneas
de
entrada
Contacto
Mediante movimiento
vertical se selecciona
uno de los 10 bancos
de contactos
CONMUTADOR
ROTATORIO
( ñ 20)
(años
puntos de cruce
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.22
puntos de cruce activados
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Evolución de centrales analógicas a digitales
• Años 60. Comienza la utilización de la multiplexación digital TDM.
• Años 70. Control por Programa Almacenado (SPC, Stored Program
Control). Utilización de ordenadores para realizar las funciones de
control sobre barras o relés.
• En los años 80 nacen los sistemas automáticos digitales, en los que
tanto las funciones de control como de conmutación se llevan a cabo
mediante ordenadores.
ordenadores
• En 1993 se consolida en España la RDSI-BE, que es una red digital en
sus estructuras de transmisión, conmutación y señalización.
• Hasta la década de los 90 las redes instaladas utilizan PDH.
PDH Las redes
posteriores utilizan multiplexación SDH / SONET.
T
D
M
P
C
M
CONMUTADOR
CONMUTADOR
CONMUTADOR
DIGITAL
DIGITAL
DIGITAL
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.23
T
D
M
P
C
M
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Fundamentos de la conmutación digital
• Técnicas de digitalización
g
de la voz:
- Modulación PCM
- Velocidad de muestreo de 8000 muestras/seg.
- Cada muestra codificada con 8 bits.
- 64 Kbps
Kb cada
d canal.l
• Técnicas de multiplexación por división en el tiempo (TDM) para la
transmisión de la información entre centrales de conmutación.
• Tecnología
T
l í digital
di it l en las
l
centrales
t l
d conmutación
de
t ió para realizar
li
l
las
funciones 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
g
en banda base: medio de transmisión,, tasa de error,,
código de línea.
• Organización secuencial de las señales elementales que llevan la información digital
correspondiente a los diferentes canales telefónicos y de las señales auxiliares para
señalización y sincronismo (estructura de TRAMA).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.24
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
Ventajas de la conmutación digital
• Flexibilidad debido a que el control del conmutador se lleva a cabo mediante
programas.
• 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
Co
t apa t das de la
a co
conmutación
utac ó d
digital
g ta
• Requieren un mayor ancho de banda.
• Se hace necesaria una sincronización en el tiempo.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.25
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
¿Cómo es hoy una central de conmutación local?
A Di
A.
Distribuidor
t ib id
MDF entrada
MDF:
t d de
d
pares de abonado y de pares de
líneas dedicadas.
B Central
B.
de
conmutación
telefónica:
realiza
la
conmutación
de
llamadas
telefónicas
de
usuarios
conectados a la central local.
C. Digital Cross-Connect System
(DCS): Interfaz con la red de
enlaces entre centrales.
centrales
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.26
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
A. Main Distribution Frame
Digitalización de la voz
Regleta principal que conecta
los cables de pares hacia las
viviendas de usuario.
Cada
par
p
externo,,
correspondiente a un usuario, se
conecta a un punto de la regleta.
Cada punto de la regleta se
conecta a un puerto de entrada
de la central de conmutación
telefónica, que determinará el
número de abonado de ese par.
par
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.27
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
B. Central de conmutación telefónica
Sistemas altamente complejos con capacidad de conmutación de canales telefónicos
digitales (64Kbps), en función del número de teléfono.
• Interfaces de línea de abonado: manejan señalización de abonado, conversión A/D.
• Interfaces
I t f
d líneas
de
lí
t
troncales.
l
• Unidad de control.
Elemento inteligente del sistema que permite
efectuar las operaciones necesarias para
establecer las conexiones, supervisarlas y
liberarlas cuando los abonados cuelguen.
• Red de interconexión: conmutación de
canales de 64Kbps entre puertos de
entrada y salida.
1 pue
puerto
to de e
entrada
t ada y 1 pue
puerto
to de sa
salida
da pa
para
a
cada línea de abonado.
1 puerto de entrada y 1 puerto de salida, para
cada canal de cada enlace troncal que conecta
la central con la red de centrales.
centrales
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.28
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
C. Digital Cross-Connect System (DCS).
• 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”
gruesa (fracciones de ancho de banda)
• DCS C1/C2
Entran enlaces de capacidad C1
Capaz de repartir en agrupaciones de
capacidad C2<C1
Capacidad
C
id d para conmutación
t ió “gruesa”
“
” de
d
canales en el provisionamiento
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.29
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
¿Cómo es hoy la red de enlaces?
• Enlaces entre centrales que transportan llamadas entre usuarios servidos en
centrales locales diferentes
• La capacidad de interconexión de cada enlace (número de llamadas
simultáneas
i ltá
que permite)
it ) se dimensionada
di
i
d según
ú parámetros
á t
d tráfico
de
t áfi
que
debe soportar un enlace. Esto incluye:
Tráfico telefónico.
Tráfico asociado a líneas dedicadas.
• Transmisión entre centrales (multiplexación digital de canales).
P t
Potencialmente
i l
t a largas
l
di t
distancias.
i
Tecnologías PDH, SDH.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.30
Arquitectura de Redes
III.1 RED TELEFÓNICA BÁSICA
EVOLUCIÓN DE LA RED
¿Cómo es el acceso de datos en el bucle abonado?
• 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
• Otros alternativas existentes:
• Sobre cable de TV (CATV):
• Módems de cable
• Sobre
S b red
d eléctrica:
lé i
• PLC
Aplicaciones residenciales cada vez precisan mayor ancho de banda.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.31
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
Contenidos del capítulo
Tecnologías en el bucle de abonado y en la red de enlaces.
Redes de interconexión para conmutación de circuitos.
Cálculos de p
probabilidad de bloqueo.
q
Diseño de la Red Telefónica
Problema
Encontrar una solución que permita ofrecer a los abonados una grado de servicio (Grade of
Service, GoS) mínimo especificado al menor coste para el explotador.
Objetivo
Dado un determinado tráfico de acceso (+expectativas de crecimiento), determinar los
recursos necesarios (enlaces,
(enlaces conmutadores) que minimizan el coste de la red,
red manteniendo
un mínimo aceptable de calidad de servicio.
Aspectos
p
a diseñar
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).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.32
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
ESQUEMA GENÉRICO DE RED DE ACCESO Y DE TRANSPORTE
fija / móvil
RDSI / xDSL
PDH  SDH
Red Usuario
Red Acceso
Red Transporte
Proveedor
Acceso a Red
PYMEs
central
conmut
m ltiple ación
multiplexación
encaminamiento
control de congestión
gestión de tráfico
Residencias
Particulares
Redes Corporativas
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.33
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
EJEMPLOS
Red Universidad de
Zaragoza
R d Aragonesa
Red
A
d
de S
Servicios
i i
Integrados (RACI)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.34
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
• Cable de cobre instalado en el bucle de
abonado (UTP-3) con ancho de banda
de varios Mhz.
Mhz
• Filtrado de frecuencias por encima de
3.6kHz.
• Los codecs en los extremos del cable
muestrean la señal en banda vocal 8000
veces/seg y generan flujos de 64Kbps
Tecnologías
g
de acceso sobre cableado telefónico existente
• 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 a una máxima
Limitados
á i
velocidad
l id d tteórica
ó i a 35Kb
35Kbps.
• Accesos RDSI (Digital Subscriber Line)
• Accesos xDSL (ADSL, HDSL, SDSL, VDSL…)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.35
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Estructura de transmisión
Canalización
La información
L
i f
ió digitalizada
di it li d de
d RDSI es una cadena
d
d bits
de
bit estructurada
t t d en canales
l
multiplexados 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 o
ambos. Puede submultiplexar a 32-16Kbps o a velocidades más bajas. En el caso de mezclar
varios tipos de tráfico en un solo canal B, el destino debe ser el mismo para todos ellos.
Permite conexiones de conmutación de circuitos, de paquetes y semi-permanentes.
CANAL D. Transmite la señalización de los canales B asociados. También puede utilizarse
para conmutación de paquetes o transmisión de datos de telemetría durante los periodos en
los que no hay señalización a enviar.
CANAL H. Transmite información de usuario a altas velocidades. El usuario puede acceder
directamente a toda la capacidad o organizarla en subcanales para diversos tipos de datos,
con multiplexación temporal.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.36
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Estructura de transmisión
Agrupación de canales
L usuarios
Los
i pueden
d contratar
t t d
dos titipos
de servicio:
Acceso básico
básico. BRI
2B (64K, voz y datos) + 1D (16K, control).
Acceso primario. PRI
30B (64K, voz y datos) + 1D (64K, control)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.37
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Grupos funcionales y puntos de referencia
La configuración del cliente presenta las siguientes prestaciones: conexión de más de un
terminal para diferentes servicios a una línea de abonado,
abonado operación simultánea de varios
terminales de un mismo abonado, llamada selectiva de un terminal al servicio solicitado, y
transmisión a larga distancia. Así, en la definición de requisitos para el acceso del usuario a
la RDSI, la UIT-T utiliza una configuración de referencia basada en dos conceptos:
• Grupos funcionales: conjunto de funciones que pueden ser realizadas por un solo equipo
y que son necesarias en las disposiciones de acceso.
• Puntos de referencia: es un punto conceptual en la conjunción de dos grupos funcionales
que no se superponen.
superponen Puede representar interfaces reales ( físicos o virtuales)
U
Acceso Básico
BRI
TE1
S/T
CENTRAL LOCAL
NT1/2
4 hilos
2 hilos (bucle abonado)
Acceso Primario
PRI
TE1
S
R
TE2
T
NT2
TA
U
NT1
CENTRAL LOCAL
4 hilos
USUARIO
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.38
COMPAÑÍA OPERADORA
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Grupos funcionales
TR1 (NT1). Incluye funciones de nivel 1 OSI asociadas con la terminación eléctrica y física de
la red (terminación de línea de transmisión digital, control de calidad de la transmisión,
sincronización de las instalaciones de usuario con respecto a la red, transferencia de
alimentación de potencia y multiplexación de conexiones físicas). La TR1 se controla por el
proveedor RDSI y constituye una frontera entre la red publica y la privada (bucle de abonado).
Sobre el conector se puede insertar un bus pasivo,
pasivo que puede soportar hasta 8 terminales (con
un máximo de 2 accesos simultáneos, ya que las conexiones son punto a punto dado que el
bus pasivo, aún implementando CSMA para el acceso compartido, no funciona como una LAN).
TR2 (NT2).
(NT2) Realiza funciones de usuario hasta el nivel 3 OSI,
OSI como conmutación local (para
llamadas internas a la instalación), concentración de tráfico hacia la red o encaminamiento,
multiplexación de canales de conversación y señalización, mantenimiento de la instalación de
usuario. Un ejemplo de TR2 son las centralitas de conmutación privadas (PBX), los
concentradores, los multiplexadores.
ET1 (TE1). Son terminales diseñados para conectarse directamente a RDSI, es decir, cumplen
la interfaz estándar RDSI (ej: teléfonos digitales, terminales voz y datos, facsímil grupo 4, etc.).
ET2 (TE2). Abarca los dispositivos no compatibles con RDSI (teléfonos analógicos, ordenadores,
terminales con interfaz V.35, V.24) que necesitan un adaptador de terminal para RDSI.
AT ((TA).
) Proporciona
p
compatibilidad
p
RDSI a los equipos
q p
no RDSI. Por ejemplo,
j p
los
adaptadores para acoplar terminales V.35 y V.24 a RDSI.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.39
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Puntos de referencia
R. Interfaz funcional entre un equipo ET2 (equipo no RDSI) y el AT. Puede haber múltiples
posibilidades. Cada fabricante puede definir la suya. La interfaz R existe básicamente para
tener compatibilidad con terminales basados en estándares anteriores a la RDSI.
S. Define la comunicación entre los grupos funcionales ET1 y TR2.
S
TR2 Aísla los equipos terminales
de 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. Normalmente
separa los equipos proporcionados por el operador de red de los equipos del usuario. En la
práctica las interfaces S y T pueden considerarse idénticas y en muchos casos son
referenciadas como la interfaz S/T. La temporización de bits y octetos, la eliminación de
potencia la activación y desactivación y la petición y permiso para acceder al canal de
potencia,
señalización 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 de
abonado.
b
d En
E realidad
lid d no se ha
h llegado
ll
d a estandarizar,
t d i
d j d que se defina
dejando
d fi a nivel
i l nacional.
i
l
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.40
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Configuraciones de acceso (bus S0)
Si un teléfono, un fax y un ordenador comparten una misma línea dentro de una oficina solo dos de
ellos pueden utilizarla simultáneamente (2 canales B). En una oficina con dos escritorios adyacentes
se podría
d í compartir
ti una línea,
lí
con un teléfono
t léf
y un PC por escritorio
it i pero, para comunicar
i
estos
t 2
PCs entre ellos, se ocupan los 2 canales B, y no podrá entrar o generarse ninguna llamada
telefónica hasta que se liberen. Por lo tanto el ahorro en número de líneas es a coste de una cierta
probabilidad de encontrar la línea ocupada.
FAX
G3
ACCESO BÁSICO
TA
S/T
NT1
2B+D
192Kbps
4 hilos
FAX
G3
U
Bucle de
Abonado
160Kbps
2hilos
CENTRAL LOCAL
ACCESO PRIMARIO
TA
S
2B+D
192Kb
192Kbps
4 hilos
CENTRAL
DIGITAL
(NT2)
T
30B+D
2048 Kbps
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.41
NT1
U
Si t
Sistema
MIC30+2 (2 Mb
Mbps))
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Arquitectura de protocolos
Una sola pila de protocolos no sirve para representar todas las funciones requeridas en RDSI.
Por tanto ITU-T define el modelo de referencia I.320, compuesto de 2 pilas de protocolos:
Bloque de protocolos de usuario: rige la
transferencia de información.
información
Bloque de protocolos de control: utilizado para
soportar la señalización RDSI.
Establecimiento y terminación de conexiones.
Control de llamadas ya establecidas.
Control de llamadas multimedia.
Provisión de servicio suplementarios.
El modelo de referencia de RDSI incluye un plano de
gestión que permite el control de parámetros y modo de
operación de sistemas remotos y que permite al sistema
local recopilar datos de configuración y operación para
enviarselos a un sistema de gestión.
Modelo de referencia desarrollado por ITU-T
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.42
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Nivel 1 (Físico)
El nivel físico del acceso a velocidad básica depende del punto de referencia en que nos fijemos.
• El punto de referencia U, es una conexión digital de 2 hilos a 160Kbps
(144Kbps+bits de sincronización y mantenimiento).
• Los puntos de referencia S y T comparten la misma especificación de nivel físico.
Se trata de una interfaz de 4 hilos (1 par por cada sentido), en que cada par soporta transmisión
simplex 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 utilizan
violaciones de la norma para alineamiento de trama (entramado).
 ((192Kbps
p de tasa total de transporte).
p
) Cada sentido de
El formato de trama es de 48 bits/trama cada 250s
transmisión presenta formatos diferentes e incluyen los siguientes canales:
a) Transporte
de datos.
- 2 canales B
(B1 y B2) a 64K
(16bits) cada uno.
modo circuito.
- 1 canal D a 16K
(4bits). Usa medio
compartido.
Transporte
p
de datos
efectivos ocupa
144Kbps.
Acceso básico. Estructura de trama en los puntos de referencia S y T.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.43
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Nivel 1 (Físico)
b) Gestión del interfaz.
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 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 p
para el balance de contínua en el sentido ET a TR
- 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.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.44
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Nivel 2 (Enlace)
El nivel 2 depende del canal:
- Canal D.
D Usa protocolo LAPD.
LAPD
- Canal B. En servicios modo paquete (transporte para conmutación de paquetes) usa el protocolo de nivel
de enlace de la tecnología de paquetes usada (LAPB en X.25, LAPF en Frame Relay). En servicios en modo
circuito 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 protocolo
HDLC. 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 interfaz
S0 (4bits)
Info … Data
Nivel 3. (Q.931)
Nivel 2. (Q.921)
Flag
DLCI
Control
1 oct.
2 octs.
1 ó 2 octs.
Info … Data CRC Flag
N octs.
2 octs. 1 oct.
F L B1 E D A FA N B2 E D M B1 E D S B2 E D L F L
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.45
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Nivel 2 (Enlace): protocolo Q.921
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.46
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Nivel 3 (Red): protocolo Q.931
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.47
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Procedimiento de llamada
Fase de
establecimiento
t bl i i t
(canal D)
Fase de transmisión
(canal B)
Fase de liberación
(canal D)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.48
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
RDSI. Aplicaciones y servicios
Comunicaciones de
datos punto a punto.
Transmisiones de
imagen sonido y
imagen,
datos de manera
simultánea.
Back-up de circuitos.
Interconexión de
redes de área local
local.
Acceso a servicios de
Internet e Intranet.
Interconexión de
centralitas.
Comunicaciones de
voz de alto tráfico.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.49
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line).
g
de banda ancha
• Definición: Tecnología
que utiliza la infraestructura telefónica
convencional para la transmisión simultánea
de servicios de voz y datos sobre el par de
cobre clásico.
• ¿Cómo lo hace? Utiliza multiplexación en
frecuencia de voz y datos (splitter) y
duplexación en frecuencia de cada sentido
de transmisión de forma asimétrica:
- Descendente
D
d
(d
(downstream,
t
d centrall
de
local al usuario): mayor ancho de banda
para permitir descargas de gran tamaño
(KB t MB t ) desde
(KBytes-MBytes)
d d ell servidor.
id
- Ascendente (upstream, del usuario a la
central local): menor ancho de banda para
peticiones/envíos desde el usuario hacia el
servidor (Bytes).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.50
RTC
4 24
ADSL
ascendente
130 138
ADSL descendente
1.104 f(KHz)
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
ADSL. Estructura funcional
Solución con splitter o microfiltros
• El filtro splitter es un conjunto de dos filtros
(paso bajo y paso alto) que separa las señales:
- Baja
j frecuencia: voz telefónica ((vía RTC))
- Alta frecuencia: datos ADSL
El splitter se coloca a la entrada de la vivienda
(después del PTR) y es el elemento que accede
al bucle de abonado hasta la central local
• La solución con microfiltros permite filtrar paso
bajo la banda de voz para la conexión telefónica.
Se colocan entre la roseta y el teléfono (3 como
máximo) aunque existan más rosetas sin utilizar.
Esta solución es más económica (no requiere
splitter ni ampliación de cableado) pero menos
posibilidad de ruidos ((un mal
fiable y con más p
contacto de rosetas afecta a la conexión del PC).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.51
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
ADSL. Estructura funcional
DSLAM (DSL Access Multiplexer)
La modulación asimétrica implica dos módems
ATU (ADSL Terminal Unit) distintos:
• ATU-R (Remote) en la instalación de usuario (trx
upstream y rcx downstream).
• ATU-C (Central) en la central local, (trx down y
rcx up),
up) agrupados en tarjetas integradas en un
chasis de acceso múltiple DSLAM, que
concentra el tráfico hacia una red WAN del
proveedor.
N3
N2
N1
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.52
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN EL BUCLE DE ABONADO
ADSL. Estructura funcional
CENTRAL LOCAL
BUCLE ABONADO
SPLITTER
Splitter
Módem
Mód
ADSL
Asymetric DSL
ADSL. Tecnologías xDSL
DSL Access
Multiplexor
(DSLAM)
Symetric DSL
High DSL
RTC
Punto
Acceso
Internet
Operador
Autorizado
Very high DSL Rate Adap DSL
ADSL
SDSL
HDSL
VDSL
RaDSL
medio de trx. (bucle de abonado)
1 par
1 par
2 pares
fibra
1 par
reparto
t d
de BW
(up/down-stream)
asimétrico
512k-2M
simétrico
2M-2M
simétrico
2M-2M
distancia media bucle al DSLAM
3kms
3kms
5kms
0.3-1.5km
3kms
comportamiento
ante pérdidas/SNR
según
d y SNR
similares
a ADSL
menores
que ADSL
menores
que ADSL
+ robusto
(variable)
compatibilidad voz 4kHz con datos
SÍ
Reutilizar
par clásico
 más BW
aspecto clave
ámbos
asimétrico
2M - 2M/9M 64k-2M+
NO  VoIP NO VoIP
SÍ
SÍ
mejora UP mayor dist Up/Down++ down++
sobre 1par
2 pares
menor dist BWvariable
simétrico simétrico
1 par
+ robusto
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.53
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
• Las centrales se encuentran enlazadas siguiendo una estructura cuasi-jerárquica
por enlaces troncales multiplexados. Su dimensionado se realiza en función del
tráfico (número de llamadas simultáneas) que se espera deban soportar.
soportar
• Inicialmente la voz no era digitalizada en las centrales locales, y se transmitía en
formato analógico multiplexado en frecuencia en los enlaces entre centrales. Esta
t
tecnología
l í se encuentra
t en desuso,
d
a partir
ti de
d la
l generalización
li
ió del
d l proceso de
d
digitalización de la red.
• Hoy en día los enlaces entre centrales transmiten la voz correspondiente a una
conversación en formato digital en flujos de 64Kbps. Los flujos son agrupados
multiplexados en el tiempo sobre señales binarias de mayor capacidad y
transmitidos sobre medios físicos adecuados (principalmente fibra óptica).
• Existen dos tecnologías fundamentales de capa física para transmisión de estas
señales multiplexadas por división en el tiempo:
• Jerarquía digital plesiócrona (PDH): Los dos extremos del enlace operan con un reloj
(de cuarzo en general) independiente. La diferencia de sincronismo entre ambos relojes
no puede ser despreciada, lo que da un funcionamiento “casi síncrono” (plesiócrono).
• Jerarquía digital síncrona (SDH en Europa,
Europa SONET en EE.UU.):
EE UU ): Las dos centrales
comparten una señal de reloj común, de gran precisión.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.54
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)
• La jerarquía digital plesiócrona, creada en la década de los 70, es el mecanismo de
transmisión
i ió empleado
l d ampliamente
li
en los
l primeros
i
sistemas
i
d telefonía,
de
l f í principalmente
i i l
en
medios de transmisión basados en cobre.
• Las señales multiplexadas (tributarias), procedentes de fuentes con temporizaciones
i d
independientes,
di t
se entrelazan
t l
a nivel
i l de
d bit.
bit Aunque
A
sus velocidades
l id d nominales
i l son iguales,
i
l
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 del
enlace,, efectuando un relleno de bits extra a los enlace más lentos.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.55
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)
• Existen un número limitado de capacidades de enlace PDH, organizados en jerarquías de
transmisión.
i ió
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.56
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH) en Europa
• E1 (MIC 30+2)
Sincronismo
Señalización
S
ñ li
ió por
canal común
• 30 canales de datos + 2 de control
• Velocidad:
32x8/125 μs = 2048 Kbps
• Velocidad de canal:
2048 Kbps/32 = 64 Kbps
E-carrier Digital Multiplexing
Hierarchy
Nomenclatura
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.57
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
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
Delimitación de tramas por digitos añadidos:
− N
Necesario
i para asegurar la
l sincronización
i
i
ió de
d las
l tramas
t
− Se usa una combinación predefinida de bits a modo de
canal
de
control.
Ejemplo:
bits
alternantes
01010101…,que resultan poco probables en un canal de
datos.
− El receptor compara los bits de entrada en una
determinada posición con el patrón dado.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.58
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH). Limitaciones
• Las derivas entre relojes (limitación de velocidad alcanzable) impiden identificar con precisión el punto
donde empieza un flujo de bits multiplexado de nivel más bajo dentro de un flujo de nivel más alto. Para
acceder a un canal individual dentro de una señal multiplexada, todos los canales deben ser
demultiplexados (carencia de flexibilidad y encarecimiento del equipamiento PDH).
Circuitos dúplex PDH de 140Mbps
Multiplexor para
derivar o insertar
B
C
CLIENTE
34 Mbps
140 Mb
Mbps
Equipo
terminal
de línea
140
140
8 Mbps
34
34
34
34
2 Mbps
8
8
8
demultiplexor
multiplexor
140 Mbps
Equipo
terminal
de línea
8
2
2
Multiplexor para
derivar o insertar
CLIENTE
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.59
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (Sinchronous Digital Hierarchy, PDH)
• Jerarquía digital basada en la tecnología SONET
(S
(Synchronous
h
O ti l Network,
Optical
N t
k en USA y
Canada) y diseñada para ser usada en redes de
fibra óptica. Aunque existen ligeras diferencias
entre SDH y SONET son “interconectables”.
interconectables .
• Posee una red de sincronismo independiente de
la red de transporte (sincronismo fuera de banda)
basada en un reloj común muy preciso (reloj
atómico).
ó i )
• Elimina las derivas producidas en la velocidad de
transmisión permitiendo establecer la posición
exacta de los bits de los afluentes dentro de un
tributario y, por tanto, extraer cada canal
individual, accediendo directamente a su posición
en 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).
jerárquico) En SDH
la unidad de información es el octeto.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.60
Niveles de multiplexado
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Características principales
• Flexibilidad
Una única estructura de trama permite acomodar diferentes módulos de transporte (tanto
flujos plesiócronos como síncronos) en función de la demanda del tráfico.
• Accesibilidad
Se puede acceder a un tributario cualquiera dentro de la trama principal sin necesidad de
demultiplexar la trama. De la misma forma, se puede incluir un nuevo tributario sin recurrir a
equipos de multiplexación intermedios. Por ello, a los equipos SDH se les denota A&DM (Add
and Drop Multiplexer)
• Control
En la trama principal se incluyen canales de datos para el control de los tramos de
regeneración y multiplexación. Se proporciona una gestión y supervisión del conjunto de la
red de modo centralizado,
centralizado desde un único centro de gestión.
gestión
• Capacidad
Acepta velocidades de hasta 10 Gbps. Esta capacidad le permite adaptarse a las actuales
necesidades del mercado.
• Costes competitivos
Los costes iniciales de inversión y los costes de operación son inferiores a los de una red
PDH, puesto que los elementos de la red son muy competitivos y la gestión puede realizarse
de forma centralizada.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.61
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Configuraciones topológicas
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.62
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de trama básica
• STM-1 se compone de múltiples tramas que se repiten con un periodo de 125μs. Cada trama está
compuesta de 9 segmentos (filas) de 270 octetos (2430 octetos - 155.52Mbps). Cada segmento se
compone de 9 bytes de cabecera y 261 bytes de carga útil.
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) .
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.63
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de multiplexación
• Al contenedor se añade una cabecera (PoH) para vigilar y
administrar extremo a extremo el contenedor asociado. El
contenedor más el gasto extra de camino constituyen un
contenedor virtual (VC-x).
• El contenedor virtual no tiene por que estar sincronizado con
el inicio de la trama STM
STM-1
1 por lo que hace falta un puntero.
El puntero más el contenedor virtual constituye una Unidad
Tributaria. Si la unidad tributaria contiene más de una
tributaria se llama Grupo de Unidades Tributarias (TUG).
• El VC más grande se llama Unidad Administrativa (AU).
En una trama STM-1 se
pueden multiplexar un
ú i VC-4
único
VC 4 o tres
t
VC 3
VC-3
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.64
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Estructura de multiplexación
• Contenedor
Capacidad disponible para el transporte de información (payload).
(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 Virtual
Se forma añadiendo una cabecera al contenedor.
contenedor Dicha cabecera se denomina POH (Path OverHead).
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
Formada por un contenedor virtual de orden superior y por un puntero que indica la posición del primer
octeto del contenedor. Las unidades administrativas definidas son UA-3 y AU-4 que transportan un
contenedor virtual de orden 3 y 4 respectivamente.
• Grupo de Unidades Administrativas
Agrupamiento de varias unidades administratvas (3 UA-3 o una única UA-4).
• Unidad Tributaria
Formada por un contenedor virtual de orden inferior y por un puntero que indica la posición temporal del
primer octeto del contenedor.
contenedor Sirve para adaptar las capacidades entre los contenedores inferiores y
superiores.
• Grupo de Unidades Tributarias
Agrupamiento de varias unidades tributarias. Se define para permitir la transmisión de tributarias de distintas
capacidades sobre una misma trama STM
STM-1
1. En consecuencia,
consecuencia los grupos no tienen por que ser
homogéneos entre si.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.65
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
TECNOLOGÍAS PARA LA RED DE ENLACES
Jerarquía Digital Síncrona (SDH). Método de multiplexado
CONTENEDOR 1
CONTENEDOR-1
VC-1 POH
TU-1 Puntero
VC-1
TUG-2
AU-4 Puntero
AU-44 Puntero
AU
SOH
VC-1
TUG-3
TUG-2
TUG-3
TUG-2
VC-4 POH
VC-1
TU 1
TU-1
VC-1
TU-1 Puntero
TU-1 Puntero
CONTENEDOR-1
TUG-3
VC-4
VC-4
AU-4
VC-4
AUG
AUG
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.66
AUG
STM-N
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
• En el contexto de conmutación de circuitos telefónicos, llamamos red de
interconexión de M entradas y N salidas al conjunto de dispositivos que
permiten
it realizar
li
l conmutación
la
t ió de
d circuitos
i it de
d voz desde
d d las
l M entradas
t d hacia
h i
una de las N salidas.
• Cuando una llamada entrante no puede ser conmutada hacia el puerto de salida,
que la llamada es bloqueada.
q
Existen dos causas de bloqueo
q
de una
se dice q
llamada entrante:
Bloqueo externo: La llamada no puede ser conmutada porque el puerto de salida
se encuentra ocupado por otra llamada.
llamada
Bloqueo interno: El puerto de salida está libre, pero la red de interconexión no es
capaz de configurarse para conmutar esa llamada.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.67
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
• Clasificación de las R.I. por número de puertos
• Clasificación de las R.I. por comportamiento de las llamadas
entrantes.
− Modo concentrador: Las llamadas entrantes pueden ser conmutadas a
cualquier puerto de salida (concentradores suelen usarse en este
modo).
− Modo encaminador: Las llamadas entrantes pueden ser conmutadas a
cualquier puerto de salida entre un conjunto concreto de puertos de
salida (distribuidores suelen usarse en este modo).
− Modo conmutador: Las llamadas entrantes demandan puertos de salida
concretos (expansores suelen usarse en este modo).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.68
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
R. I. de una central local
• Puertos de entrada y de salida:
− Puertos de abonados: llamadas desde/hacia abonados de la central (hasta decenas de
miles 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).
expansora
pa so a hacia
ac a las
as líneas
eas de abo
abonado
ado (e
(en modo
odo co
conmutador).
u ado )
− R.I. e
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.69
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
R. I. de una central de tránsito
• Diseñadas para trabajar en modo encaminador.
• La ocupación de los puertos es alta: no existe etapa concentradora.
• Centrales de baja jerarquía: se pueden diseñar con un pequeño bloqueo
interno.
• Centrales internacionales: en general, se diseñan sin bloqueo interno
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.70
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Diseño básico de R. I. analógica: conmutación por división en espacio
Un conmutador por división en el espacio es aquel en
el que las rutas que se establezcan serán físicamente
independientes unos de otros (división en el espacio).
Fue originalmente desarrollada para los entornos
analógicos y, posteriormente, se ha desplazado al
contexto digital.
Cada conexión requerirá el establecimiento de un
camino físico a través el conmutador que se dedique
exclusivamente a la transferencia entre los dos
puntos finales. El bloque básico de un conmutador de
este tipo consiste en una matriz de conexiones (o de
puntos de cruce) que se pueden habilitar o
deshabilitar por una unidad de control (matriz de
puntos de cruce o crossbar)
El número de puntos de cruce necesarios para una
matriz de M entradas y N salidas es de MN.
Se activa el punto de cruce (a,b) para que la llamada
entrante en puerto a, salga por el puerto de salida b.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.71
crossbar
M
N
Los circuitos o rutas establecidos son
físicamente independientes unos de
otros.
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Propiedades de las matrices de puntos de cruce crossbar
• Sin bloqueo interno. Se dice que una red de interconexión no presenta bloqueo
i t
interno
sii para cualquier
l i par entrada/salida
t d / lid existe
i t un camino
i libre
lib en caso de
d que la
l
red estuviera ocupada completamente. En este caso, una llamada siempre puede
producirse si el puerto de salida se encuentra libre ya que sólo sería necesario
activar el punto de cruce adecuado.
adecuado
• Accesibilidad total. Se dice que una red de interconexión es de accesibilidad total,
si una llamada,
llamada desde cualquier puerto de entrada podría alcanzar cualquier puerto
de salida, si la red estuviera desocupada completamente; por tanto, este concepto
depende de cómo se establezcan los múltiples cruces entre las etapas intermedias.
• Número de llamadas simultáneas. En el momento de mayor utilización es igual a
mín{M,N}.
• Eficiencia de los puntos de cruce. El porcentaje que, como máximo, un punto de
cruce está siendo utilizado es mín{M,N}/M·N. En el caso de matrices simétricas es
i
igual
l a 1/N.
1/N
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.72
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
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
conmutadores
t d
grandes.
d
- La pérdida de un punto de cruce impide el establecimiento de la conexión entre los
dispositivos cuyas líneas se cruzan en ese punto.
- Los p
puntos de cruce se utilizan ineficientemente incluso cuando todos los dispositivos
p
estén activos. Sólo una fracción de los puntos de cruce estarán habilitados.
Para evitar estas limitaciones se emplean
conmutadores de múltiples
p
etapas
p tal q
que:
- El nº de puntos de cruce se reduce.
10 líneas de entrada  100 puntos de
cruce para crossbar simétrica, y 48 para
la red multietapa de la figura.
figura
- Hay más de un camino posible a través
de la red para conectar dos estaciones,
aumentando así la seguridad.
g
- El sistema de control es más complejo
en una red multietapa: se han de
habilitar las puertas que permiten
obtener un camino libre: por tanto,
tanto son
bloqueantes (los crossbar no lo son).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.73
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Ejemplos de redes multietapa
Sean 1000 líneas de acceso:
A) CROSS-BAR
CROSS BAR SIMÉTRICA.
SIMÉTRICA
6
- 10 puntos de cruce.
- PBint = 0. Si la entrada y la salida están libres,
siempre existe un camino que las une.
- Accesibilidad completa
completa. Desde cualquier
entrada se conecta a cualquier salida.
B) ETAPAS 1000x100.
2·(1000 x 100) = 2·105 puntos de cruce.
PBint  0.
0 Son bloqueantes
Accesibilidad completa.
C) ETAPAS 100x10.
2·(100 x 10)·10 = 2·104 puntos de cruce.
PBint  0.
0
NO Accesibilidad completa (cualquier salida
no puede conectarse con cualquier entrada).
D) ETAPAS 100x10 multicruce.
M = [2·(100
[2 (100 x 10) + (10 x 10)]·10=
10)] 10= 2·10
2 104 + 103.
PBint = ¿?.
Accesibilidad completa.
B
.
.
.
C
.
.
.
.
.
.
D
Bloqueo interno nulo   Accesibilidad total
La condición de bloqueo interno es más restrictiva
que la de accesibilidad total.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.74
1000
x
100
.
.
.
100
x
1000
.
.
.
.
.
.
1
100 .
x ..
10
.
.
.
10
x
100
.
.
.
2
100 .
x ..
10
.
.
.
10
x
100
.
.
.
.
.
.
10
x
100
.
.
.
10
…
100 .
x ..
10
.
.
.
.
.
.
100
x
10
10
x
10
10
x
100
.
.
.
.
.
.
100
x
10
10
x
10
10
x
100
.
.
.
.
.
.
100
x
10
10
x
10
10
x
100
.
.
.
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
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 = Nin*N
Nout/nout + Nin*N
Nout/nin
• Nº de enlaces entre matrices necesario = NinNout/(ninnout)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.75
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas genérica
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.76
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Bloqueo interno en una matriz de tres etapas
Red de camino múltiple: una llamada desde un
puerto de entrada (p0) a un puerto de salida
(p0), puede ser encaminada a través de k2
caminos distintos.
¿Cuándo una llamada sufre bloqueo interno?
− Sea una llamada desde puerto 0 a puerto 0,
disponiendo de k2 posibles caminos para
ser encaminada.
− Un camino válido sería si está desocupado
el enlace entre etapas 1
1-2
2 y el enlace entre
etapas 2-3.
Cada llamada encaminada, ocupa dos enlaces: una
entre módulos de etapas
p 1 y 2,, y otro entre módulos de
etapas 2 y 3 (llamada p0-p0 ocupa enlace 1-B y B-1.
Ejemplo:
• llamadas establecidas anteriormente:
− (p0-A-p3) => ocupa 1-A ; A-2
− (p2-B-p1) => ocupa 2-B ; B-1
• Consecuencia: llamada p1-p0 sufre bloqueo interno.
− Si ninguno de los k2 caminos es válido, la
llamada no puede ser encaminada (bloqueo
interno)
interno).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.77
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas: condición de Clos
¿Cuál es el número de etapas intermedias k2
con el que puedo diseñar mi red de
interconexión para asegurar que no exista
bloqueo interno?.
¿k2?
• Estudiar caso peor:
Llamada desde p0 a p0 (módulo de
entrada 1, módulo de salida 1).
nin-1
1 enlaces etapa 1-2,
1 2 ocupados por
llamadas desde módulo 1 de primera
etapa, destinados a cualquier módulo de
salida salvo el módulo 1 .
nout-1 enlaces etapa 2-3, ocupados por
llamadas originadas en cualquier módulo
de entrada (salvo el 1), y destinadas al
módulo
ód l de
d salida
lid 1.
1
• Condición de Clos (1953) para no
bloqueo en sentido estricto:
k2 ≥ (nin-1)+(nout-1) +1  k2 ≥ nin + nout - 1
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.78
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas: condición de Clos (red simétrica)
k2 ≥ (nin-1)+(nout-1) +1
 k2 ≥ nin + nout - 1
Condición de Clos
k ≥ 2n - 1
Número de puntos de cruce
N
N
M = 2(
2(n·k)
k) + k  
n
n
M ópt  4N
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.79

2

2N -1
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas: redes reconfigurables (1)
Ejemplo:
• llamadas
ll
d establecidas
t bl id anteriormente:
t i
t
− 1º llamada) (p0-A-p3) => ocupa 1-A ; A-2
− 2º llamada) (p2-B-p1) => ocupa 2-B ; B-1
• Consecuencia: llamada p1-p0
p1 p0 sufre bloqueo interno.
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 llamada
entrante un camino libre.
• Deben intentar prevenir situaciones de bloqueo para
FUTURAS llamadas entrantes. Por ejemplo: si el algoritmo
h bi
hubiera
d idid encaminar
decidido
i
l llamada
la
ll
d p2→p1
2
1 por ell módulo
ód l
A, 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,
rápida para no retrasar el establecimiento de llamada.
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.
intermedios por ej.:
ej : búsqueda de módulo libre,
libre siguiendo
siempre en el mismo orden.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.80
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas: redes reconfigurables (y 2)
• Redes cuyo hardware es capaz de reencaminar llamadas que se están cursando.
modificando la etapa intermedia (redes reconfigurables).
− Cada vez q
que una llamada entra,, el algoritmo
g
de encaminamiento busca camino
en la red de 3 etapas.
− Si no encuentra camino, se intenta reencaminar las llamadas que están en
curso, con ell objetivo
bj ti de
d crear un camino
i libre
lib para la
l nueva llamada.
ll
d
• ¿Cuántos módulos intermedios (k2) son necesarios en una red reconfigurable para
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 en
sentido amplio en redes reconfigurables.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.81
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Matriz de tres etapas: resumen probabilidad de bloqueo
¿Cómo p
¿
podemos calcular en un caso g
general la p
probabilidad de bloqueo?
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 para
cualquier par entrada/salida. Por tanto, la condición de bloqueo interno es más
restrictiva
i i que la
l accesibilidad
ibilid d total.
l
− En redes multietapa hay que comprobar la Condición de Clos (k ≥ 2n – 1) y:
Si se cumple
l PBint
PBi t = 0
no bloqueante.
bl
t
Si NO se cumple PBint ≠ 0
bloqueo en sentido estricto, y además:
Si hayy reordenación ((k ≥ n))
NO bloqueo
q
en sentido amplio.
p
Si NO hay reordenación (k < n)
Sí bloqueo en sentido amplio.
En estos casos, hay que buscar los caminos posibles entre entrada y salida
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.82
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Diseño básico de una R.I. : conmutación de canales TDM
Antes de la digitalización de la voz:
− Entradas y salidas de la R.I.
R I son enlaces que pueden transportar
1 llamada en estado analógico. Cada llamada entra por un puerto
de entrada y es conmutada hacia un puerto de salida.
− R.I. se diseñan a partir de crossbar basados en puntos de cruce.
− 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.
T
Tras
l digitalización:
la
di it li
ió
− 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
y
cada 125 μ
μs => C conversaciones transmitidas a través de ese enlace.
− Esto requiere dos tipos de conmutación:
A Conmutación Espacial: variar el enlace de salida de una conversación.
A.
conversación
B. Conmutación Temporal: variar el canal (slot) de salida de una conversación.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.83
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
A. Conmutación espacial de enlaces TDM (etapas S)
• Entrada: k enlaces de capacidad n.
• Salida: m enlaces de capacidad n.
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 compone
de NxN puertas AND y de N puertas
OR, dispuestas de tal manera que
cualquiera de las entradas puede ser
encaminada a cualquiera de las
salidas.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.84
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
A. Conmutación espacial de enlaces TDM (etapas S). Ejemplo
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.85
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
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 datos
que llegan al TSI sobre una memoria (buffer) que reorganizan los slots en la trama
de salida atendiendo a las conexiones existentes.
existentes Sin embargo,
embargo el tamaño de tales
conmutadores (el nº de conexiones que permiten) está limitado por la velocidad de
acceso a memoria. (por ej., para un sistema de 24 fuentes a 64Kbps con 8 bits por
slot, la tasa de llegada es de 192000 slots por segundo, y el tiempo de acceso a
memoria será 1/(2·192000)  2.6ms)
Dos implementaciones
p
habituales:
• Escritura secuencial-lectura controlada
• Escritura controlada-lectura
controlada lectura secuencial.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.86
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T)
Escritura secuencial
Lectura controlada
Proceso de almacenamiento de muestras entrantes
La muestra entrante en el time-slot i (1 ≤ i ≤ nin) se
almacena (secuencialmente) en la memoria de
muestras en la posición i.
Proceso de transmisión de muestras salientes
Paralelamente, el proceso de obtención de la muestra
saliente en el time
time-slot
slot j (1 ≤ j ≤ noutt),
) comienza leyendo
la posición j de la memoria de conexiones, que es un
número entre 1 y nin. Este número indica la posición
dentro de la memoria de muestras que debe ser leída
(acceso directo de lectura a la memoria de muestras),
ya que contiene la muestra que debe transmitirse.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.87
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T)
Escritura controlada
Lectura secuencial
(*)
(*)
la realidad de implementación
que el
de estas memorias hace q
tamaño de la memoria de
muestras sea el máx {nin, nout}
Proceso de almacenamiento de muestras entrantes
El proceso de
d almacenamiento
l
i t de
d la
l muestra
t entrante
t t
en el time-slot i (1 ≤ i ≤ nin) comienza leyendo la
posición i de la memoria de conexiones, que es un
número entre 1 y nout. Este número indica la posición
d t de
dentro
d memoria
i de
d muestras
t
que debe
d b ser escrita
it
(acceso directo de escritura a memoria de muestras).
Proceso de transmisión de muestras salientes
La muestra saliente en el time-slot j (1 ≤ j ≤ nout), se lee
(
(secuencialmente)
i l
t ) en la
l memoria
i de
d muestras
t
en la
l
posición j.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.88
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T). Ejemplo
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.89
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
B. Conmutación temporal de enlaces TDM (etapas T). Ejemplo
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.90
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
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,
individual las redes de conexión de
las 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 de
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 la
organización como el número de conmutadores de cada tipo.
Red de
conexión TS
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.91
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Conmutación multietapa de enlaces TDM. Ejemplo Etapas TS
• Matriz espacial de 3 x 3. Múltiplex de entrada/salida con 16 ranuras temporales.
• Conexiones:
C
i
circuito
i it E2 canall 10 con circuito
i it S1 canall 15
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.92
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Conmutación multietapa de enlaces TDM. Ejemplo Etapas ST
• Matriz espacial de 3 x 3. Múltiplex de entrada/salida con 16 ranuras temporales.
• Conexiones:
C
i
b E2 canall 10 con circuito
bus
i it S1 canall 15
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.93
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
REDES DE INTERCONEXIÓN PARA CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Equivalente analógico de un conmutador de enlaces TDM
Cada canal representado
por un puerto
t distinto.
di ti t
La representación de las
etapas S y T como R.I.
analógicas permite aplicar
conocimientos
i i
d
de bl
bloqueo
ya adquiridos.
1 … C1
1 … n
1 … n
1
1 … n
…
k
T
1 … C2
1
S
…
1 … n
m
Arquitectura
T-S-T
• Interconexión de una etapa
S y una etapa T.
• La etapa S selecciona el
enlace de salida.
• La etapa T selecciona el
time slot de salida.
• Interconexión de una etapa
T y una etapa S.
• La etapa T selecciona el
time slot de salida.
• La
L etapa
t
S selecciona
l
i
ell
enlace de salida.
Arquitectura
S-T-S
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.94
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
El análisis de sistemas de conmutación multietapa de naturaleza híbrida (unidades S y T) y el
cálculo de la probabilidad de bloqueo es, en general, una tarea compleja. Dada una red de
conmutación, con un determinado número de entradas y salidas, y un tráfico ofrecido se
pueden calcular los siguientes tipos de bloqueo:
• Bloqueo interno: Probabilidad de que una llamada entrante, destinada a un puerto de
salida concreto (libre), pueda ser conmutada.
• Bloqueo de llamada: Idem bloqueo interno,
interno pero teniendo en cuenta la probabilidad de que
el puerto de salida esté ocupado por otra llamada.
Existen muchos caminos a considerar en un conmutador llevando a problemas de
combinatoria. De forma más significativa aún, las dependencias entre las probabilidades de
bloqueo de distintos enlaces a lo largo del camino o ruta, hacen el problema prácticamente
intratable. Por tanto, resulta necesario hacer aproximaciones para obtener una estimación a
la solución del problema.
problema
La aproximación más simple para el cálculo de la probabilidad de bloqueo (PB) en un
conmutador o red de conmutación de circuitos multietapa en la que NO se cumple la condición
de Clos, es el Método de Lee. Este método permite calcular la PB interno (Pbint  0) utilizando
el equivalente analógico y asumiendo un conjunto de hipótesis.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.95
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Método de Lee: 1ª Hipótesis de partida
Todos los puertos de entrada reciben el mismo tráfico telefónico (tráfico balanceado). Los
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 a
toda
oda la
a R.I.,, no
o po
por pue
puerto
o de e
entrada.
ada
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.96
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Método de Lee: 2ª Hipótesis de partida
Para los cálculos de bloqueo, el tráfico ofrecido al sistema, se supone igual al tráfico cursado. Esta
suposición
p
es razonable cuando las p
probabilidades de bloqueo
q
obtenidas finalmente son bajas.
j
Como consecuencia el tráfico en cualquier parte del
sistema se conserva. En cualquier matriz crossbar de la
R.I., el tráfico que entra es igual al tráfico que sale (las
probabilidades de ocupación de los enlaces en una
misma etapa son independientes).
1
a
1
…
n
k

p
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.97
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Método de Lee: 3ª Hipótesis de partida
En cualquier instante, la probabilidad de que una línea se encuentre ocupada es igual al
tráfico medio que circula por ella.
ella A su vez,
vez la probabilidad de ocupación de una línea se
considera independiente de la ocupación del resto de líneas de la R.I (las probabilidades de
ocupación entre las etapas sucesivas son independientes )
Bl
Bloqueo
d llamada
de
ll
d
(Hipótesis 1) Igual a la probabilidad de bloqueo de
una llamada desde el puerto 0 al puerto 0.
(Hipótesis 2 y 3) Igual a la probabilidad de que el
enlace intermedio esté ocupado o que el puerto de
salida esté ocupado (una u otra situación provocan
bloqueo).
BllamM.C. = 1 – P(llamada se produzca) =
= 1 – (1-a)*(1-Tout) =
= 1- (1-0,45)*(1-0,36) = 0,648
Cierto
Ci
t porque se asumen
probabilidades independientes !!!
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.98
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
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 analógico
resolución.
• Idea general
− Se representa cada matriz de la R.I. como un nodo.
nodos
− Cada 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 dentro
del g
grafo de red. De esta forma,, se p
pretende buscar todos los caminos p
posibles.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.99
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Grafos de Lee: bloqueo interno
• Se toma una llamada entrante por
un puerto concreto y saliente por
otro puerto concreto (p.e. puerto 0 a
puerto 0).
• Se dibujan únicamente los nodos y
enlaces por los que esa llamada
podría ser encaminada (no todos
los nodos de la red!!!).
Bint
Resolución del g
grafo:
Bint = a = 0,45
Grafos 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
Cierto porque se asumen
probabilidades independientes !!!
Bint
Resolución del grafo:
Bllam = 1- (1-a) )·(1-Tout) =
= 1 - (1-0,45)
(1 0 45) ·(1
·(1-0,5)
0 5) = 0
0,725
725
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.100
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Grafos de Lee: PB para grafos simples y compuestos
Simplificación
p
de enlaces
en serie en un grafo de Lee
Simplificación
p
de enlaces en
paralelo en un grafo de Lee
pequiv = 1 – [(1-p
[(1 1)·(1-p
) (1 2)·...·(1-p
) (1 k)]
PB serie  1   1  pi 
N
pequiv = p1· p2 · ... · pk
PBparalelo   pi
PB para un grafo tipo telaraña
PB telaraña   P(m)PB(m) aplicando

N
N!

m ! ( N  m)!
m
m0
si la probabilidad de ocupación de todas las entradas es la misma y, por tanto, el sumatorio
de posibilidades se convierte en una multiplicación según las reglas de la combinatoria.
P(m): prob.
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)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.101
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo R.I. de tres etapas
Bint
Resolución del grafo:
Bint = (1- (1-a)·(1-b))3 = (0,84)3 = 0,602161
Bllam
Resolución del grafo:
Bllam = 11 (1-B
(1 Bint)·(1-T
) (1 Tout) = 0
0,761297
761297
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.102
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueo
La 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 analógico.
1
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.
1a Encontrar los equivalente analógicos de cada etapa T y S.
S
1 … C
1 … k
1 … L
T
1
…
1
CxL
C
1 … k
1
1 … k
1
…
N/n
…
1
S
…
1
1
N/n
N/n
1
1 … k
…
N/n
1
2
N/n
…
L
Cada enlace de entrada/salida es un slot
de la trama original de entrada/salida
…
En el equivalente analógico se
sustituye
y p
por un módulo de
comunicación para cada slot
temporal.
…
N/n
1
…
N/n
1
k
…
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).
MIC1
MIC2
1 2 3 4
1 2 3 4
T
T
1 … k
1 … k
T
MIC1
4xk
…
S
T
MIC2
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.103
2x2
2x2
… kx4
…
4xk
…
2x2
… kx4
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueo
Paso 1b. Establecer el equivalente completo de la estructura multietapa (ej: TST).
1
1 … n
T
N
1 … k
1
…
…
N/n
1 … n
1 … k
T
1 … k
T
1
S
N/n
…
…
N/n
…
1
nxk
n
…
T
1
…
1
1
N/n
…
N/n
k
1
…
1
kxn
k
…
…
…
n
…
k
N
N/n
1
nxk
…
n
N/n
1
1 … n
1
…
N
N
N/n
1 … k
1
1
1 … n
1
1
…
N/n
k
1
…
N/n
k
…
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.104
1
kxn
…
n
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Metodología de trabajo para calculo de probabilidad de bloqueo
Paso 2. Sobre este equivalente se puede comprobar si se cumple la condición de Clos (k ≥ 2n – 1).
Paso 3.
3 En el caso de que no se verifique,
verifique se explica el método de Lee para el cálculo de la PB.
PB
Paso3a. Establecer cada grafo canal Gci encontrando todos los caminos posibles entre cada entrada/salida.
2x2
2x2
2x2
2x2
2x2
2x2
Equivalente analógico
PBRED 
1
N
  PB
i
GCi
Grafo de red
Grafos canal
siendo
i d  i ell nºº de
d caminos
i
asociados
i d a GCi de
d los
l N totales
l
i
Paso 3b. Expresar correctamente las probabilidades pi de cada enlace:
Cálculo del factor
de expansión ()
na k  p  p a
n a

k 
ya que  
k
En general
general,  an   pk  i
n
Paso 3c. Resolver matemáticamente las probabilidades aplicando las expresiones:
P
Para
casos elementales:
l
t l
PBserie  1   1  pi 
PBparalelo   pi
PB telaraña   P(m)PB(m) aplicando

P(m): prob. de que haya m enlaces libres
PB(m): prob. bloqueo con m enlaces libres
combinatoria del nº enlaces
libres (m) respecto del total (N)
N
Para casos complejos:
m 0
m
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.105
N
m

N!
m ! ( N  m))!
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 1
Construir una red de conmutación de 8x8 a partir de 4 unidades 4x4 y 8 unidades 2x2, de forma que
proporcione la menor probabilidad de bloqueo posible. Considerar la probabilidad de ocupación de las
líneas de entrada del sistema de valor a=0.1.
OPCIÓN A
a4
a
a
GRAFO DE RED
a
a
a
a
a
a
a
a
a4
a
GRAFO CANAL
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.106
a
PBA = { 1- [(1- a)2(1- a4)] }2 = 0.0361
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 1 (cont.)
OPCIÓN B
a
a
a
a2
a
a
a
PBB = { 1- [(1- a)2(1- a2)] }4 = 0.0015
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.107
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 1 (cont.)
OPCIÓN C y D. Son simétricas y, por tanto, presentan la misma PB.
OPCIÓN C
a
a
a
a
a
a
a2
a
a
a4
PBC = 11 [(1[(1 a)(1a)(1 a2 )(1)(1 a4)] = 0.1091
0 1091
OPCIÓN D
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.108
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 1 (cont.)
OPCIÓN E y F. Son simétricas.
OPCIÓN E
OPCIÓN F
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.109
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 1 (cont.)
OPCIÓN E
OPCIÓN F
N
PBGC2   P(m)PB(m)
m 0
siendo
i d N=4
N 4 enlaces
l
N!
siendo Nm 
m ! ( N  m)!

PBE = P(0)· PB(0) + P(1)· PB(1) + P(2)· PB(2) =

4
 
4

 1· a 2   2a (1- a )·1  (1  a ) 2   (1- a ) 2 ·1  (1  a )(1  a 2 )   0.0103
PBF = P(0)· PB(0) + P(1)· PB(1) + P(2)· PB(2) + P(3)· PB(3) + P(4)· PB(4) =
m=0  P(0) = a 4 , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados
m=1  P(1) =

m=2  P(2) =
  a (1  a)
4
1
4
a 3 (1  a )  4a 3 (1  a)
2
2
2
 6a 2 (1  a) 2 PB(2)=
  a(1  a)  4a(1  a)
m=4  P(4) =   (1  a)  (1  a)
m=3  P(3) =
3
4
3
4
4
4
4
3
(
PB(
PB(
PB(
PB(1)=
( ) PB
PB(3)=
PB(4)=
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.110
)
) = 1  [(1  a )(1  a)]
) = 1  [(1  a )(1  a)]
) = 1  [(1  a )(1  a)]
= 1  ((1  a ) 2 
2
2
2
3
2
4
2
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 2
Input
A
Input
B
1
2
1
A
3
1
2
2
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
1
1
1
2
2
3
2
1
2
Output
#1
1
2
3
1
B
3
1
2
3
Output
#2
1
2
1
2
2
1
2
1
2
3
1
1
2
2
A
Output
#3
1
2
1
2
B
Cálculo del factor
de expansión ()
Como n = k :
β●= 1
na k  p  p a
3
n a

k 
ya que  
k
n
p
p1
p2
p3
Como 2p = 3p1 : Como p + p1 = 2p2 : Como 2p + p1 = 2p3 :
β = 3/2
β▲ = 6/5
β■ = 3/4
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.111
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo 2 (cont.)
A
1
2
1
A
2
B
3
Grafos Canal: GC1=A1(6) + B1(6) = 12
B
a
1
b
2
c
3
GC2=A2(6) + B2(6) = 12 = GC3=A3(6) + B3(6) = 12
12
12
1
2
PBRED  12
36 PBGC1  36 PBGC2  36 PBGC3  3 PBGC1  3 PBGC2
 
p
p1
p2
p3

PBGC1  1  (1   2 )(1  1 )  1  1  p22  1  1  (1  p ) 2  1  (1  p )(1  p1 ) 
N
PBGC2 = PBGC3   P(m)PB(m) aplicando
m0
   m! ( NN ! m)!
N
m
m=0  P(0) = p 3 , PB(0) = 1 ya que todos los enlaces son ocupados
m=1  P(1) = p 2 (1  p ),
) PB(1)=PB(1a)+PB(1b)+PB(1c)
 PB(1a) = 1  (1  p )(1  p 3 ) 1  (1  p )(1  p 2 ) 
 PB(1b) = 1  (1  p )(1  p3 ) 
 PB(1c) = 1  (1  p1 )(1  p3 ) 1  (1  p1 )(1  p 2 ) 
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.112
etc. m=2, m=3
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo propuesto
Dada la siguiente red de interconexión, calcular:
• Suma
S
d puntos
de
t de
d cruce
• Grafo de Lee para Bint y Bllam
• Calcular probabilidad de bloqueo interno y de llamada para los parámetros de
funcionamiento indicados
Datos:
• Tin=0.5 ; nin=10 ; nout=12 ; k1=4 ; k2=15 ; k3=4 ; G1=4 ; G2=5
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.113
Arquitectura de Redes
III.2 PLANIFICACIÓN DE RED
CÁLCULOS DE PROBABILIDAD DE BLOQUEO
Ejemplo propuesto (solución)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.114
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Contenidos del capítulo
 Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
 Estructura de transmisión
 Estructura funcional
 Arquitectura de protocolos
 Aplicaciones y servicios
Redes de Telefonía Móvil
Sistemas 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 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)
• sistemas
i t
d radiomensajería
de
di
j í (tradicional
(t di i
l BUSCA).
BUSCA)
• Sistemas trunking
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.115
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Concepción inicial
Maximizar la zona de cobertura
•Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada.
•Potencia de los móviles (MS) elevada.
N canales
Eficiencia 
Superficie
N canales
BWTotal

BW Canal
R
“handicap” Eficiencia en términos de número de canales por unidad de superficie es
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, el
sistema funciona bien siempre y cuando la demanda sea pequeña. Si el
número de usuarios es elevado se hace necesario un ancho de banda
yg
grande.
muy
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.116
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Principios básicos de una arquitectura celular
• Fragmentación en células de la zona a cubrir.
n.N canales
• Potencia de las BS y los MS reducida.
Eficiencia 
Superficie
• Reuso de frecuencias.
“Reuso de frecuencias”
limitación:
I t f
Interferencias
i (cocanal
(
l
y canal adyacente)
f3
f2
f3
f4
f2
f3
f4
f1
f7
f1
f4
f7
f2
f1
f7
f6
f5
f6
f5
f6
f5
“CLUSTER”
conjunto de células que emplean frecuencias
diferentes. En este caso el cluster es de 7 células.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.117
“Localización y
traspaso”
limitación:
Complica el
control de la red
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Fragmentación celular
Permite al sistema adaptarse a crecimientos en el número de abonados. Cuando el tráfico
alcanza cotas de servicio insatisfactorias, la celda o celdas afectadas pueden subdividirse en
celdas más pequeñas con potencias de transmisión más reducidas. El reuso de frecuencias
puede repetirse a escala reducida. Podemos tener entornos macro, micro o picocelulares en
función del volumen de tráfico que deba cursarse.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.118
Arquitectura de Redes
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Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Componentes básicos
de un sistema celular
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.119
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Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Componentes básicos de un sistema celular: movilidad
Usuarios alcanzables en cualquier momento y lugar:
• Handover: Siempre que el terminal se mueva de
una estación a otra, la conexión radio se traspasa
sin necesidad de ser interrumpida.
g g Mecanismo p
para alcanzar al terminal cuando
• Paging:
hay 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
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.120
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Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
Evolución de los sistemas móviles
1G Analógicos
1G.
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
TACS (Total
(T t l Access
A
C
Communication
i ti System)
S t )
NMT (Nordic Mobile Telephone)
NTT (Nipon Telephone and Telecommunications).
2G Digitales
2G.
GSM (Global System for Mobile Communications).
3G. Digitales + integración de servicios
UMTS (Universal Mobile Telecomunic System).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.121
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Las características técnicas del SISTEMA GSM permiten:
• Transmisión de datos con distintas velocidades. Posibilidad de interconexión con
RDSI.
RDSI
• Implantación de sistemas criptográficos que mejoran la seguridad de
transmisión de voz
• Implantación
I l t ió de
d técnicas
té i
d acceso múltiple
de
últi l que permiten
it aumentar
t ell número
ú
de canales disponibles para las mismas frecuencias asignadas que en el caso
analógico.
• Mejoras en calidad de servicio al incorporar códigos para control de errores y
ecualización.
• Mayor calidad en presencia de interferencias.
• Mayor eficacia de las baterías de los portátiles. Reducción del volumen y
consumo.
• Capacidad
p
de seguimiento
g
automático,, tanto nacional como internacional.
• Utilización de los sistemas de señalización avanzados.
• Coste para el usuario no superiores a los sistemas anteriores.
• Posibilidad de coexistencia
coe istencia con la primera generación de sistemas móviles,
mó iles
utilizando los mismo emplazamientos de estaciones base.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.122
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Introducción a la telefonía celular: evolución y especificaciones
 Bandas de frecuencia:
Canal ascendente (móvil-base) de 890-915 Mhz
Canal descendente (base-móvil) de 935-960 Mhz
 Transmisión duplex
La transmisión y recepción se efectúa a través de dos canales separados en frecuencia
45MHz.
 Separación entre portadoras 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). La
duración de cada intervalo es de 0.577ms.
 Modulación GMSK
 Canales de tráfico: Se establecen canales para tráfico de voz y datos.
datos
Canales de voz: a 13kbps
Canales de datos: a 2.4, 4.8 y 9.6 Kbps.
 Señalización entre las estaciones base y la MSC similar a la de RDSI.
Sistema de señalización SS7 por canal común.
 Seguridad
p j sistema de autenticación p
para
Cifrado de las comunicaciones de voz y datos y un complejo
el acceso al sistema por parte de los terminales.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.123
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Estructura de transmisión
Canales físicos: estructura frecuencial (FDMA)
Las bandas de frecuencias
asignadas
i
d son:
Enlace MS-BS: 890-915 Mhz
Enlace BS-MS: 935-960 Mhz
Las bandas
L
b d
están
tá divididas
di idid
en
125 parejas de portadoras
separadas 200KHZ, empezando
por e
po
el pa
par 890/935 MHz ((1 pa
par
de control y 124 pares de
tráfico). Para una variante de
GSM, el sistema DCS1800, las
b d de
bandas
d frecuencia
f
i son 17101710
1785 y 1805-1880MHz.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.124
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Estructura de transmisión
Canales físicos: estructura temporal (TDMA)
Cada portadora sustenta una trama de 4,615ms dividida en 8 intervalos de tiempo de 0,577ms.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.125
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Estructura de transmisión
Canales físicos: estructura temporal (TDMA)
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.126
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Estructura de transmisión
Canales físicos: estructura temporal (TDMA)
El canal ascendente está retrasado tres slots con respecto al descendente. El MS transmite
y recibe en instantes diferentes con lo cual no es necesario el uso de duplexores
p
en la
antena para separar la transmisión y recepción en el MS.
Además de la recepción y transmisión se requiere la monitorización de las celdas vecinas
para,, en su caso,, solicitar un cambio de celda.
p
Retardo fijo de transmisión de 3 time-slots
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.127
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Estructura de transmisión
La consideración individual
de cada uno de los intervalos
asociados
i d a un canall físico,
fí i
a
lo largo de la sucesión
temporal de tramas, configura
un canal lógico (o más de
uno).
)
Por tanto,
P
t t
un canall físico
fí i
puede
soportar
varios
canales lógicos que se
repartirán los intervalos de
ti
tiempo
d l canall físico.
del
fí i
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.128
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Estructura de transmisión
Canales lógicos
Canales de TRÁFICO. TCH (Traffic Channel).
Constituido
C
tit id físicamente
fí i
t por un par de
d portadoras
t d
y de
d intervalos
i t
l de
d tiempo
ti
asignados
i
d a un
móvil para efectuar una comunicación. Puede sustentar la transmisión de información de voz y
datos, así como canales especiales de señalización asociada a la llamada que ocupan ciertos
intervalos de la trama.Los canales de tráfico se dividen también de acuerdo a su velocidad en:
• Velocidad completa TCH/FS o Bm (Bearer mobile channel).
• Velocidad mitad TCH/HS o Lm ( Low mobile channel).
Canales de SEÑALIZACIÓN.
Estos pueden subdividirse en:
• Canales de difusión- BCH.
BCH (Broadcast)
− BCCH (Broadcasting Control Channel) Es un canal que se transmite
permanentemente para permitir la transferencia de parámetros del sistema e
información general de la red, de la célula actual y las adyacentes, así como para el
envío de ráfagas de sincronización. Permite al MS orientarse en el sistema.
− SCH (Synchronization Channel). Sincronización de trama e identificación de BS.
− FCCH (Frequency Correction Channel). Información de corrección de frecuencia
para sincronización de la portadora en el móvil.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.129
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III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Estructura de transmisión
Canales lógicos (cont.)
 Canales comunes-CCCH.
Sirven para regular
Si
l ell acceso de
d los
l
t
terminales
i l
all sistema.
i t
E tá permanentemente
Están
t
t a
disposición 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) (up).
( p) Por el que
q e se cursan
c rsan las peticiones del móvil
mó il a la red de
recursos dedicados (ej: registro o establecimiento de la llamada- Protocolo ALOHA ranurado).
− AGCH (Access Grant Channel) (down). Utilizado para asignar al móvil los recursos que
previamente había pedido.
 Canales dedicados-DCCH.
Son canales dedicados a funciones específicas y se asocian a cada comunicación. Utilizan
un par de portadoras y se dividen en:
− SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel). Canal bidireccional. Se utilizan para efectuar la
transferencia de datos de usuario.
− ACCH (Associated Control Channel). Canal bidireccional. Se utilizan siempre en conjunción con
un canal dedicado (TCH o SDCCH) y transportan información necesaria para la comunicación.
comunicación Se
subdividen 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 de
canal.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.130
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Estructura funcional
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.
funcional
MS. Mobile Station
OSS
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
IInterfaz
t f
Abis
MS
BTS
BTS
ADC
NMC
OMC
OMC
BSC
E
BSS
RED DE
ACCESO
Interfaz Radio
Um
PSTN / RDSI
Interfaz
A
MSC
B
MSC
VLR
IWF
VLR
D
C HL
GMSC
G
R
H
AuC
F VLR NSS
EIR
RED
TRONCAL
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.131
BSS. Base Station Subsystem
- BTS Base Transceiver Station
- BSC Base Station Controller
NSS. Network and Switching Subsystem
- MSC Mobile Switching Center
- GMSC Gateway Mobile Switching Center
- HLR Home Location Register
- VLR Visitor Location Register
- EIR Equipment Identity Register
- AuC Authentication Center
OSS. Operation Support Subsystem
- OMC Operation and Maintenance Center
- NMC Network Management
g
Center
- ADC ADministration Center
IWF
Conjunto de operaciones que permiten
conectar el sistema GSM a redes
externas: ej modems, canceladores de
eco, etc.
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Estructura funcional
MS (Mobile Station)
ME (Mobile Equipment)
Puede
P
d proporcionar
i
un interfaz
i t f con ell usuario
i humano
h
( i óf
(micrófono,
auricular,
i l pantalla
t ll y teclado
t l d
para gestionar llamadas con transmisión de voz), ofrecer un interfaz con otros equipos
terminales (fax, ordenadores personales, etc) o ambas. Puede incluir terminales RDSI
conectados a través de los interfaces R o S definidos para esa red, ya sea directamente o a
t é de
través
d adaptadores.
d t d
SIM (Subscriber Identity Module).
Proporciona una identidad al terminal móvil dentro de la red. Contiene algoritmos de cifrado,
datos de configuración (celda de localización,
localización frecuencia de la base).
base) Puede utilizarse la
misma SIM en distintos terminales. Puede almacenar mensajes cortos provenientes de la red.
Para proteger la SIM antes de usarla, los usuarios deben introducir un número de cuatro
dígitos de identificación personal (PIN).
MT0
Configuraciones
del móvil
TE2
TE1
S
MT1
TA
S
MT1
TE2
MT2
R
Um
Entorno GSM
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.132
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Estructura funcional
BSS (Base Station Sub-system)
Subsistema que incluye funciones asociadas con aspectos radioeléctricos y constituye el primer
nivel
i l de
d concentración
t ió de
d tráfico
t áfi hacia
h i la
l red.
d Esta
E t formado
f
d por:
BTS (Base Transceiver Station)
Se suele denominar simplemente estación base y está constituida por los equipos
transmisores/receptores de radio (transceptores),
(transceptores) los elementos de conexión al sistema
radiante, las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte, pararrayos, tomas de
tierra, etc.).
Funciones: Formación del múltiplex GSM. Realiza medidas de las señal radio
proveniente del móvil.
móvil Establece el enlace radio con el móvil (modulación/demodulación,
(modulación/demodulación
codificación). Sincronización.
BSC (Base Station Controller)
Monitoriza y controla varias estaciones base, típicamente varias decenas. Su función
principal es la de gestionar el interfaz radio entre BTS y MS, asignar, supervisar y liberar
canales 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 se
envía a la BSC que decide el cambio de canal. Fija el contenido de los canales de
radiodifusión y asigna los mensajes de paging. Realiza el control de potencia. La BSC
puede estar situada en el mismo sitio que la BTS, estar sola o en el mismo sitio que el
centro de conmutación móvil (MSC).
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.133
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Estructura funcional
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.
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 una
central telefónica completa capaz de encaminar, con ayuda de sus registros (HLR, VLR),
l llamadas
las
ll
d provenientes
i t de
d la
l red
d fija,
fij vía
í BSC y BTS,
BTS hacia
h i la
l estación
t ió móvil.
ó il Establece
E t bl
también llamadas desde el móvil hacia la red fija y entre móviles. Es responsable de la
gestión de movilidad (localización y autentificación) en conjunción con HLR y VLR.
Controla varias BSC y gestiona los procedimientos de traspaso entre distintas BSC. Si el
tráfico en la red celular requiere más capacidad que la que puede dar la GMSC se hace
uso 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
p
pertenecientes a un área
p
relacionada con una GMSC. Los datos pueden ser permanentes (número telefónico, clave
de autentificación, servicios suplementarios, etc.) o temporales (VLR actual, servicio de
desvío de llamadas, etc.). HLR proporciona al GMSC los datos necesarios acerca del
usuario cuando la llamada se ha originado
g
en la red fija
j
VLR (Visitor Location Register) Registro de visitantes.
Contiene datos relevantes de todos los móviles que están en ese momento localizados en
la MSC. Los datos permanentes son los mismos que los contenidos en el HLR. Los datos
temporales difieren ligeramente.
ligeramente El duplicar los datos de usuario tanto en el VLR como en
el HLR reduce el tráfico hacia el HLR. VLR, sirve para proporcionar al MSC los datos del
usuario cuando la llamada se ha originado en el móvil
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.134
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Estructura funcional
Mobile Switching Centre: Áreas de Localización
MCC
MNC
LAC
CI
Mobile Country Code (España:214)
Mobile Network Code (Vodafone: 01, Movistar:07 Orange:03)
Location Area Code
Cell ID
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.135
Arquitectura de Redes
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Estructura funcional
OSS (Operation Support Subsystem)
Subsistema encargado de la gestión y mantenimiento de todos los
subsistemas GSM. Sus componentes son:
AUC (Authentication Center)
Genera parámetros de autenticación a usar por el móvil y el
cifrado de los datos de usuario en el enlace aéreo dentro del
sistema GSM.
EIR (Equipment Identity Register)
Registra
R
i t
l
las
estaciones
t i
móviles
ó il
GSM y los
l
d
derechos
h
d los
de
l
usuarios. De este modo las estaciones móviles robadas o con
problemas se pueden bloquear e incluso localizar.
OMC (Operation and Maintenance Center)
Centro de control de los subsistemas de radio y red
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.136
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Arquitectura de protocolos
La arquitectura de protocolos de GSM se estructura en tres capas:
Capa FÍSICA.
I l
Incluye
t d aquellos
todos
ll mecanismos
i
que hacen
h
posible
ibl la
l comunicación
i
ió entre
t MS y BTS a
través del canal radio (modulación, control de potencia, codificación, etc).
Capa de ENLACE.
Entre MS y BTS se usa el protocolo LAPDm (adaptación de LAPD para entorno radio).
Responsable de la transferencia fiable de información a nivel 3 sobre el interfaz radio.
Funciones: organización de la información de capa 3 en tramas. Transmisión de señalización
entre
t capas pares. Establecimiento,
E t bl i i t mantenimiento
t i i t y terminación
t
i
ió de
d uno o más
á enlaces
l
d
de
datos sobre canales de señalización. Transmisión y recepción de tramas de información
numeradas con reconocimiento y no numeradas sin reconocimiento. Entre BTS y BSC se
utiliza
ut
ae
el p
protocolo
otoco o LAPD.
Capa de RED o SEÑALIZACIÓN GSM.
Contiene todas las funciones necesarias para el establecimiento, mantenimiento y terminación
d conexiones
de
i
móviles
ó il para ttodos
d llos servicios
i i ofrecidos
f id por lla red
d GSM
GSM.
Se puede dividir en tres subcapas:
Gestión de recursos radio
Gestión de movilidad
Gestión de conexiones
RR = Radio Resource Management Sublayer
MM = Mobility Management Sublayer
CM = Connection Management Sublayer
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.137
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Arquitectura de protocolos
Gestión de recursos
Responsable de la gestión del espectro de frecuencias, de la reacción de GSM a los cambios en
las condiciones del canal radio y mantenimiento de un canal de comunicaciones adecuado entre
el móvil y la red.
Procedimiento
Procedimientos:
- Asignación y liberación de canal.
- Cambio de canal y procedimientos de handover.
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.
cifrado
La decisión de handover la toma
la BSC. Este puede ser:
• Intra BSC
• Inter BSC
• Inter MSC
de Handover
SWITCHING
POINT
BSC
BSC
SC
vieja
nueva
Decisión de traspaso basada en:
• Máxima
Má i
potencia
t
i transmitida
t
itid desde
d d
MS, BTS, BTS vecinas.
• Medidas realizadas por MS.
• Medidas realizadas por la BTS.
C
id d de
d la
l celda,
ld carga.
• Capacidad
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.138
MS
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Arquitectura de protocolos.
Gestión de movilidad
Maneja todos los aspectos relacionados con la movilidad de los usuarios, autentificación y
seguridad.
g
Procedimientos:
- Actualización de localización.
- Localización
L
li
ió periódica.
iódi
- Autentificación.
- IMSI Attach (Registro del móvil).
- IMSI Detach.
- Reasignación de TMSI.
Procedimiento
de Localización
HLR
MSC/VLR
vieja
MSC/VLR
nueva
MS
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.139
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Arquitectura de protocolos
Gestión de conexión
Agrupa todas las funciones necesarias para el control de llamadas y gestión de servicios
suplementarios.
p
Procedimientos:
- Establecimiento de llamadas originadas en el móvil (MOC).
- Establecimiento
E t bl i i t d
de llllamadas
d tterminadas
i d en ell móvil
ó il (MTC)
(MTC).
- Restablecimiento de llamadas.
Terminal
Fijo
RTC
RDSI
(1) MS ISDN
GMSC
(2)Procedimiento de
interrogación
HLR
(3) Routing number
MSC/
VLR
Paging
BTS
Paging
BSC
Procedimiento MTC
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.140
BTS
Paging
Arquitectura de Redes
III.3 GSM. Global System for Mobile communications
Aplicaciones y servicios
En GSM se especifican tres clases de servicios:
• Servicios p
portadores. Se establecen entre las terminaciones de red a ambos lados.
Ofrecen al usuario una capacidad de transporte independiente del tipo del contenido de la
información, en régimen síncrono/asíncrono, modo de conmutación de circuitos y
paquetes y velocidad hasta 9,6Kbps.
• Teleservicios. Se prestan entre terminales móviles: Telefonía digital con codec a 13Kbps
en conmutación de circuitos. Llamadas de emergencia. Mensajes cortos. Permite a los
usuarios enviar y recibir mensajes
j breves a través de un centro de control conectado a la
red fija, incluyendo mensajes de difusión a grupos de usuarios. Es decir punto a punto o
punto-multipunto. Facsímil. Conexión entre aparatos de FAX del Grupo 3. Videotex.
Teletex.
• Servicios suplementarios. Identificación del abonado llamante. Redireccionamiento de
llamadas. Llamada en espera. Terminación de llamadas de usuarios ocupados. Grupos
cerrados de usuarios. Grupos
p
de usuarios con acceso limitado. Tarificación ((llamadas
gratuitas, a cobro revertido, avisos). Mantenimiento de llamada. Transferencia de
llamadas. Multiconferencias. Prohibición de determinadas llamadas desde el terminal.
Unidad III. Conmutación de circuitos: RTC, RDSI, GSM – pág.141
Arquitectura de Redes