Conmutacion y PABX

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1Conmutación y PABX

Conmutación y PABX

Francisco Barceló ArroyoDept. de Ingeniería Telemática (UPC)c/ Jordi Girona 1-3, Barcelona 08034

Tel: 93 401 6010 e-mail:[email protected]

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2 Conmutación y PABX

Índice– El circuito telefónico 3– Modulación PCM 14 – Multiplexación 30– Conmutación de circuitos 42 – Topología 66– Encaminamiento 76– Planificación 85– Señalización 92– Calidad 122– Redes virtuales 144– Redes de paquetes 157

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El circuito telefónico

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Características del circuito telefónico

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

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Inercia en telefonía

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

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El terminal telefónico

TIMB

RE

GA

NC

HO

CO

NM

UTA

DO

R

MARCACION

HIB

RID

OY

EFECTO

LOC

AL

• Simple, robusto, económico

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Circuito establecido

XXBucle deabonado

Terminal Transporte

Central deconmutación

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Tramos a 2/4 hilos• Bucle de abonado a 2 hilos

– Por sencillez– En analógico necesita adaptación de impedancias y en

digital mecanismos especiales

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

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El bucle de abonado

Caja

CentralLocal

Red

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Banda Base• Frecuencias: 300 a 3.400 Hz

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

de potencia de la señal vocal• Satisface:

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

0 300 3400 4000Voz

Canal Telefónico

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Central local: lado de abonado

• Funciones de la línea analógica– Alimentación del bucle de abonado

– Protección a sobretensiones

– Timbre de aviso

– Supervisión (estado de la línea)

– Señalización

– Conversión de 2 a 4 hilos

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Interfaz de línea

Control

DetectorColgado/Descolgado

Alimentación

Generador de tonosRegistrador

Conmutación

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Ejercicio: alternativas en el bucle de abonado

• El mantenimiento de estándares “hacia atrás” conlleva dificultades de evolución

• Señalar las “inercias” realmente necesarias en la PSTN actual (con VLSI, µP, etc)

• Señalar las repercusiones negativas de algunas de las inercias “existentes”

• Proponer alternativas favorables si pudiera evitarse la situación de “inercia”

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Modulación y codificación PCM

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Muestreo ideal: PAM

• Teorema del muestreo y criterio de Nyquist• Debe ser fm ≥ 2 Bmax para recuperar la señal

original exacta• Debe ser muestreo ideal• Recuperación mediante filtro interpolador (paso

bajo)

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Muestreo ideal: recuperación exacta

t

t

t

t

Muestreo ideal F.P. Bajo

1/fm

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Espectros de las señales

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

fBmax-Bmax

fBmax-Bmax fm

Original

Muestreada (Nyquist)

fBmax-Bmax fm

Submuestreada

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Problemas• La forma del pulso influye en el resultado

– El pulso de recuperación debe ser estrecho

• Si hay submuestreo se produce solape (aliasing)– Hay que muestrear a más de 2 x 3.400 Hz

(muestras/segundo)– O más de 2 x 4.000 Hz para incluir señalización

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

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Codificación PCM

• 1 muestra codificada con 8 bits• 125 µs entre muestras• 8.000 muestras/segundo x 8 bits/muestra

– Canal telefónico digital: 64.000 bps

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

• Ruido de cuantificación– Las muestras transmitidas no se corresponden con

las reales de la señal

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Ruido de cuantificación

t

t t

Muestreo idealCuantificación

DecodificaciónF.P. Bajo

1/fm

1 1 1 1 0 1 3 1 0 1 2 1

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Reducción del ruido

• Aumentar el número de bits por muestra– Aumenta el número de niveles y disminuye ∆

– Pero aumenta la velocidad de transmisión

• Cuantificador no uniforme– Más concentración de niveles en las potencias más

frecuentes

• Niveles bajos de señal

– Dos estándares

• Leyes A (Europa) y µ (USA, Canadá, Japón)

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Cuantificación no uniforme

• Margen dinámico– Mayoría de personas 25 dB; Pocos 45 dB; – Encoder 50 dB

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

• Sin cambiar el número de bits n– Disminuye ∆ para niveles bajos a costa de aumentar para

niveles altos. Lo mismo ocurre con el error

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Esquema PCM

Señal analógica

CodificaciónLey A o Mu

Cuantificación2̂ 8 niveles

Sample & Hold8.000 muestras/segundo

Filtro anti-solape300-3.400 Hz

Voz PCM a 64 Kbps

PAM

También evita problemas de c.c.

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Ubicación funciones PCM

• Funciones central local: BORSCHT

HOFPb-S&H-A/D

FPb-S&H-D/AB,R,S,T

BatteryOvervoltageRingingSignallingCodingHybridTest

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ADPCM (Adaptive Diferential PCM)

• Se basa en la naturaleza predecible y redundante de la voz

• Transmite únicamente la diferencia entre la predicción y la muestra de la señal real

• Utiliza 4 bits para la diferencia: 32 Kbps– 2 canales de voz en 64 Kbps– Hay otras recomendaciones (desde 16 Kbps)

• Mejor que PCM a partir de BER=10-4

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ADPCM

PCM8 bits

14 bitsUniforme

HistoriaDIF Cuantificador

4 bits / 15 niveles

MOS BER=0 10-5 10-4 10-3

PCM 4,5 4 3,5 2,2ADPCM 4 3,9 3,9 3,5

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Otros métodos de forma de onda

• PCM, ADPCM: forma de onda– Calidad comparable

• Modulación delta (DM)– Solamente con 1 bit por muestra– Indica si la señal de voz aumenta o disminuye– Calidad muy inferior– Velocidad a 8 Kbps– Arquitecturas propietarias

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

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Vocoders• Toma parámetros en origen

– filtros, voz/silencio, frecuencias, ...• Utilizan predictores• Sintetiza en destino en función de los parámetros• Retardos

– No se mandan muestras– retardo de adquisición + proceso (alto)+ look ahead

• Híbridos: parte de forma de onda + parámetros• Con anchos de banda inferiores a 32 Kbps consiguen MOS

aceptables• Frecuentes en telefonía móvil, voz en redes de datos, etc.

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Codificadores: comparación

Organismo ITU ITU ITU ITU ETSI ETSIRec G.711 G.726 G.728 G.729 GSM (FR) GSM (HR)

Codificador PCM ADPCM LD-CELP CS-ACELP RPE-LTP VSELPFecha 1972 1990 1994 1995 1987 1994

Velocidad 64 32 16 8 13 5.6Calidad 4,5 4 >4 >4 4 4

MIPS <<1 1 30 20 4,5 30RAM (Bytes) 1 50 2000 2500 1000 12000

Tamaño trama (ms) 0.125 0.125 0.625 10 20 20Retardo algoritmo (ms) 0.25 0.25 1.25 25 40 44

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Multiplexación

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

x

84 Kz

F.P.Banda

SUM

AD

OR

MDF

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Multiplex división en frecuencia

• Señales de los canales individuales a bandas separadas mediante modulación

• Son combinadas y transmitidas en un solo medio físico– De más capacidad

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

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Jerarquías MDF0.05 12 MHz41.30.26

12 60 300 900 2700

ETL

SISTEMA MULTIPLEX MDF

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• Necesidad de amplificadores espaciados• Sujeto a distorsión y ruido

– dispositivos– líneas

• Necesidad de transmisión de frecuencias piloto– Señalización y sincronización

• Para extraer un canal hacen falta todos los demultiplexores

Características MDF

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Multiplex división en tiempo

• Cada 125µs hay una muestra por canal

• Para multiplexar 32 canales hacen falta 32 muestras cada 125 µs

• A 8 bits/muestra: 32 x 8 / 125 µs = 2 Mbps– También 64 Kbps x 32 canales = 2 Mbps

• Buffers 8 bits a la entrada; leídos secuencialmente

• Necesidad de información de sincronización y señalización

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Recepción• Es necesaria sincronización

– De trama: en slot 0 secuencias prefijadas– De bit: reloj del código de línea

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

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

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Esquemas de implementación

Paralelo(8 bits)Serie

30 x 64 Kbps2 Mbps

Secuencias reloj+

Control

Serie(8 bits)Paralelo

64 Kbps2 Mbps

Sincronismo + Control

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Estándares 1er nivelE1 T1

Frecuencias 300-3400 Hz 300-3400 HzMuestreo 8.000 Hz 8.000 HzBits por muestra 8 8-1/6 (sign.)Slots por trama 30+2(sinc+sign) 24Bits por trama 256 193(192+FA)Velocidad 2048 Kbps 1544 KbpsSeñalización 2 Kbps y canal 1,3 Kbps y canalCodec A µ

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Trama E1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0 1 2 3 4 5 16 17 30 31 32

Trama: 32 slots

Multirama: 16 tramas

Sincronización

Señalización

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Sistemas MIC

• Cables– Atenuación, diafonía y ruido de impulsos

• Regeneradores espaciados (en lugar de amplificadores)

• Codificación de línea necesaria– HDB3– Obliga a alternancias y violaciones de repetición

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Jerarquías MDT

CENTRALANALOGICA

CENTRAL DIGITAL

2 565 Mb/s140348

.

.

.

30 120 480 1920 7680

ETL

SISTEMAS MULTIPLEX MIC

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Conmutación de circuitos

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Ejercicio• Remarcar las diferencias entre los dos ejemplos de

conmutación que siguen

• Ejemplo 1: Red telefónica capaz de establecer un

circuito FD con cualquier teléfono del mundo

siempre que ambos estén disponibles

• Ejemplo 2: Internet capaz de ofrecer

conversaciones de voz mediante paquetes

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Prehistoria

• De la línea individual a la organización en red

Nº de conexiones necesarias

( ) 22

1 NNN ⇒−×

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Historia• Básicamente el conmutador disponía de las mismas

funciones que en la actualidad !

Bombilla / TimbrePanel de conexión

Auricular supervisiónNotas de duración

Larga distancia

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Necesidades de conmutación

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

R T X S

Enlace dest.1

Enlace dest.1

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Secuencia

• El control detecta descolgar• Se adjudica registrador• Tono de invitación cuando ya hay registrador• Análisis de dígitos y elección de un enlace de

salida (del grupo de destino)• Señalización al enlace de salida

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Fases de la llamada

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

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

• Fase de liberación– Hasta que todos los recursos asociados a la

llamada vuelven a estar disponibles

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Ejercicio: fases

• ¿ De qué factores y elementos de red depende cada uno de los tiempos implicados ?

DescuelgaMarcación

Respuesta

Tono y timbre

Una parte cuelga

Liberación de todos los circuitos

establecimiento

conversación

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PBX, PNX, PABX ...

• Equipo de conmutación capaz de establecer conexiones de circuitos para uso fuera de la PSTN con posible conexión a ésta

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Interfaces PBX

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

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

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

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Conmutador 20x20

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Conmutador “plegado”

Líneas

2 enlaces hacia otras centrales

• N2-N posibles puntos de cruce (conmutación interna)Matriz de puntos de cruce

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Conmutador triangular

Líneas

enlaces hacia otras centrales:no cambia

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

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Conmutador por etapas

• - ptos de cruce

• + ptos activos

• Control más complejo

10 x 3

10 x 3 3 x 10

3 x 10

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División en espacio

• Trayectos de conversación separados físicamente para cada canal de voz

• Evolución– Electromecánicos con control hacia adelante usando

impulsos desde el dial

– CPA con control común mucho más rápido y eficiente

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Conmutador S digital

Matriz de puntos de cruce

4 x 4

Tramas E1

Slot\Trama 1 2 3 41 2 4 3 12 2 3 1 43 1 2 3 44 4 1 2 35 1 3 4 26 2 4 3 17 ... ... ... ...

Tabla en la memoria de control

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S con multiplex en tiempo

• La matriz de puntos de cruce se organiza de manera diferente para cada slot de la trama portadora

• Equivale a tantos S analógicos como slots en la trama

• La memoria de control MC necesita:– 32 x 4 x log

24 bits

• La MC puede controlar la entrada o la salida

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División en espacio y en tiempo1 2 n

1

2

F

12

n

12

n

Memoria de control

Matriz depuntos de cruce

12

F

12

F

Memoria de control

Memoria de palabraContador

Conmutador Espacial Conmutador Temporal

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7

SM-A

Intervalos detiempo entrantes

1

0

21

31

SM-A

3

0

21

31

SM-A

2

2

Desde A

0

21

31

2

CM-A

1

2

31

7

0

21

31

7

CM-C1 2 3

31

CM-B

0

21

31

7

Intervalos detiempo internos

Intervalos detiempo salientes

1

0

21

31

3

0

21

31

2

20

21

31

SM-A

SM-A

SM-A

317

Hacia B

21

3

Intervalos detiempo internos

Red TST

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Velocidad y estructura interna

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

normalizadas• Las palabras no son de 8 bits, sino de 12, 16,

etc.– Transportan información adicional a la voz para control

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Concentración: motivos

• Coste del cable– Peso, instalación

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

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

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

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Concentración y ganancia

1

2

L

1

2

L

1

2

K

Enlacesentre

Centrales

Al equipo deconmutación

Unidad en laCentral

Unidadremota

• L abonados conectados mediante K pares a la central

• Ganancia = L/K

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Unidad Remota de Abonados

CL

FV

FV

DSN

MIC

Central Local

Red de conmutación digital Abonado remoto

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U.R.A.

• Etapa de abonados sacada de la central y ubicada más cerca de los abonados a los que sirve

• De cientos a miles de abonados. Algunos fabricantes usan la misma tecnología de la central

• “Las de pequeña capacidad son como los concentradores y las de gran capacidad como las centrales”

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Topología

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Topología

• Esquema lógico de interconexión• Formada por:

– nodos:• Centros de conmutación

– aristas:• Capacidades de transmisión

• Es independiente de la distribución geográfica

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Zonas de la red: local• Red o zona local

– Redes metropolitanas grandes

– Redes urbanas:• Debido a la simetría de los tráficos son redes muy

malladas

– Redes rurales:• Existe gran dispersión de los abonados y necesidad de

medios de concentración, radioenlaces, etc.

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Red local: conceptos

• Centrales locales– A las cuales los abonados están

conectados.

• Línea de abonado– El circuito que conecta los aparatos

telefónicos a la central local

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

Troncal

Area de central local

Central tandem

Central local

Línea de AbonadoCircuitos de interconexion

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Red PBN• Conecta extensiones a la PBX • Conecta PBX entre si a través de líneas

dedicadas o conmutadas• Conecta la PBN a la PSTN a través de

determinados interfaces• Topologías sencillas para planes de numeración

y encaminamiento sencillos

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

T

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

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Evolución de las redes• Experiencia de trafico superpuesta al diseño

original• Redes mixtas con cualidades de fiabilidad mixta

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Diseño de red PBN

• Ubicación de nuevas PABX• Ubicación de unidades de abonados remotos

(UAR)• Tamaño de redes de abonados y extensiones• Cantidad de circuitos de interconexión entre

PABX y tipos de rutas – ej. Circuitos dedicados

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Función de la PBX en red

• Para una llamada determinada: interna o externa

FinalOrigen

FinalDestino

Tránsito

GatewayPSTN

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Encaminamiento y numeración

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• En distancia total– Minimiza retardo

• En número de nodos atravesados– Minimiza tiempo de establecimiento

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

• En costes de oportunidad– Incluye además la demanda

Conceptos de distancia

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Métodos lógicos

• Encaminamiento fijo

• Encaminamiento dinámico– Dependiente del tiempo:

• A lo largo del día o de la semana para adaptarse a las demandas de tráfico

– Dependiente del estado de la red:• Esquemas adaptativos en función del estado de

congestión de los nodos. Necesita señalización adicional

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

establecerse

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Plan de marcación de grupo

34xx

2xx3xx

2xx

4xx

2xx

3xx

24xx

14xx

Dentro del área bastan 3 cifras

Fuera hace falta AC+DSC+3 dígitos

DSC: Distant Steering Code

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Tendencias• Nuevos servicios relacionados con la numeración

– Desvíos de llamadas

– Planes internos en centralitas

– Portabilidad del número

• Relación con Red Inteligente– Mayor inversión del operador

– Reducción drástica de los costes de los servicio

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Tarificación PSTN: objetivos

• Fijar criterios y estructura tarifaria• Suavizar la curva de demanda de tráfico

– A lo largo del día y la semana: evitar congestiones– En distintos segmentos del mercado– Políticas de descuentos por horario o segmento

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

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Segmentos y beneficios

Negocios Residencial TodoInternacional andNacional

+++ + ++

Metropolitano ++ - +Urbano + - - -Rural +/- - - - - -Todo ++ - +

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

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Demanda en un día• Picos naturales y picos por descuento• Recuperación del tráfico perdido

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

De qué sirve reducir la tarifa tan tarde ??

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

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Métodos de tarificación• Sin cargo: tarifa plana

– El más agresivo en aspectos de mercado y barato para el operador

• Cargo fijo por llamada• Cargo dependiente del tiempo de utilización• Combinación de los dos anteriores• Por utilización de recursos

– El más razonable desde un punto de vista de estructura de costes y costoso para el operador

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Planificación

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tínua


Otros planes

• Calidad de servicio– Cobertura sobre disponibilidad, GoS, O&M, objetivos

• Seguridad y fiabilidad– La complejidad obliga a prever situaciones límite

• Grado de Servicio (GoS)– Dimensiones de la red y objetivos de calidad

• Mantenimiento– Soporte técnico, documentación, recambios

• Operaciones– Seguimiento de la planificación

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Objetivos e interrelaciones

PLAN DE

ENCAMI-

NAMIENTO

CALIDAD

DE

SERVICIO

PLAN DENUMERA-

CION

PLAN DEFACTURACION

PLAN DETRANS-MISION

PLAN DE

SEÑALIZACION

PLAN DE SINCRONIZACION

GRADO DESERVICIO

PLAN DE SEGURIDAD DE

FUNCIONA-MIENTO

PLAN DEMANTENI-MIENTO

PLAN DEOPERACIONS

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Planificación

• Ubicación y la definición de áreas• Selección de equipos de conmutación y transmisión • Determinación de las cantidades de circuitos, el

encaminamiento del tráfico y la jerarquía de conmutación

• Elección de los trayectos de transmisión

• Todo ello relacionando costes y demanda !!

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Puntos de partida / Objetivos• Configuración actual de la red

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

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

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

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Puntos de partida / Objetivos

• Equipos de transmisión – Capacidad– Costo : sistemas, equipo terminal, repetidores;

interfaces a otros sistemas– Atenuación y resistencia de bucle

• Edificios y conductos – Situación actual y posibles extensiones futuras

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

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Compromiso: conmutación-transporte• La menor distancia hasta el abonado disminuye los costes

de bucle y mejora la calidad• El mayor número número de centrales incrementa las

inversiones

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Señalización

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Funciones

• Establecimiento y supervisión de las conexiones• “Carga extra para el correcto funcionamiento de la

red”: Overhead

• Funciones de establecimiento y desconexión• Funciones de dirección, información y

suplementarias

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Dos áreas

• Entre terminales y centrales o PBX (1)– Señalización con poca semántica, económica, ...

• Entre centrales o PBX (2, 3, 4)– Necesidades más elevadas y costes mayores

PBX PBX

CL

1 2

3

CP

1: CC, multifrecuencia2: DPNSS, QSIG3: DSS1, QSIG4: E y M, R2, SSS7

41

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Señalización del terminal analógico

• Cicuito abierto: colgado• Circuito cerrado: descolgado

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

• Disco para marcar la numeración– Sistema mecánico de lengüeta y muelle de retorno– 10 p.p.s. con alta tolerancia

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con

tínua


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

• Intermitente: Destinatario ocupado• Intermitente: Llamada

• Corriente desde la central: timbre 25 Hz y 75 v

Tonos c.a.

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con

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Multifrecuencia

• 1/4 altas + 1/4 bajas en banda: Rec. ITU-THz 1029 1336 1477 1633

697 1 2 3 A

770 4 5 6 B

852 7 8 9 C

941 * 0 # D

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con

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Acceso RDSI

TE2 TA

NT2 NT1 RDSI

• NT1 su función es convertir la señal en T en apta para la interfaz RDSI

• NT2 su función es admitir el uso simultáneo de más de un terminal: p. ej. PBX

S T

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Conexión PBX-RDSI

PBX

S T

PBX NT1RDSI

PBX

NT1+NT2

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Accesos RDSI

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

– 8 + 8 + 2 = 18 bits

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

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con

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DSS1: Digital Subscriber Signaling

• DSS1 suministra señalización a accesos básicos y primarios

• Permite acceso a los terminales a los canales B (tráfico) y D (señalización)

• Canal Común: la capacidad del canal D se utiliza de manera dinámica según las necesidades

• DSS1 permite conmutación de circuitos y de paquetes

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DSS1: niveles• Nivel físico:

– Tipo de acceso, conexión, etc– Rec. I. 430, I. 431

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

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

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DSS1: nivel 2• Tramas que contienen:

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

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

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con

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DSS1: nivel 3• Responsable de:

– establecer, mantener y liberar la llamada de circuitos– dar acceso a modo paquetes

• Los mensajes siguen un protocolo:– Discriminador: conmutación de circuitos, otros, …– Referencia: identifica la llamada, elegido por el origen– Tipo: define la función del mensaje– Información: el mensaje, de longitud variable

• Set-up, reconocimiento, clear, ...

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DSS1: otros servicios

• Señalización entre usuarios– Durante el establecimiento/liberación– Durante la fase de conversación

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

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Señalización entre centrales o PBX

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Señalización canal asociado

• Señalización asociada al canal– La información de señalización es transportada sobre el canal

al que se señaliza

Central Central

Voz + señalización

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Canal común• Señalización por canal común

– La señalización es transportada sobre canales de señalización diferentes a los de tráfico

– Modos quasi-asociado y asociadoVoz

Central Central

Señalización CC

Voz

Central CentralSeñalización CC

STP

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E y M analógico• Señalización de línea por cambios de estado sobre un

tono de 3.825 Hz• Posibilidad de niveles de transmisión muy bajos al ser

fuera de banda

M salida M llegadaDisponible P PToma A PRespuesta A AColgar A PDesconexión P P

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Señalización E y M de enlaces E1

• Señalización asociada al canal: – Sistema R2 (UIT-T) digital

– Señalización de línea E y M fuera del canal• El canal 16 de cada trama contiene 4 bits asociados como

señalización a cada uno de los 30 canales

• Indican presencia o ausencia de un sistema E y M

– Para señalización de registrador sistema en banda 2/6: R2 analógico

• Desaprovechamiento de las capacidades de señalización

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DPNSS

• Digital Private Network Signaling System• Desarrollado por BT, ahora más de 12 fabricantes• Nivel 1(físico): Slot 16 o portadora separada

– incluyendo modem a 9,6 KHz

• Nivel 2(enlace): Los paquetes se mandan repetidamente hasta recibir confirmación

• Nivel 3 (red): 40 servicios suplementarios – extensiones propietarias

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QSIG: fines

• DSS1 adaptado a señalización entre PBX• Plataforma soportada por organismos de

estandarización• Permite interconexión multi-vendedor• Sinergia con RDSI y aplicaciones de negocios• Permite innovaciones propietarias del fabricante

– Servicios diferenciados

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con

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Ámbito• Fabricantes

– MoU firmado por 12 y aceptado como abierto por ETSI

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

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

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Interoperabilidad

Fabricante A Fabricante AFabricante B

Servicio a través de la red

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Configuración referencia PBN

INA: IVN AdaptationIVN: Intervening Network (ISDN o no)

TE

SW

Publica ISDN

INA IVN

S T

Q C

PBX

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

– Independiente del escenario de conexión de enlaces• Intercambio de mensajes sobre la capa 2 (enlace)

– Canal D entre PBX conectadas a ISDN– Otras portadoras de la IVN

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

• En el caso de conexión a RDSI:– QSIG y DSS1 coinciden en los dos primeros niveles (LAPD)

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Relación con otras capasControl de llamada

Control de protocolo

Capas de enlacey física

Control de llamada

Control de protocolo

Capas de enlacey física

QSIG

Conexión entre PBX

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QSIG: algunos servicios de red

• Notificación de cargo– Tarifa activa, cargo acumulado y final

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

• Desvío de llamadas– Sobre ocupado, no contesta, incondicional, etc

• Intercepción, intrusión, espera• No molestar

– Aviso al que llama y posibilidad de “insistir”• Identificación

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Llamada básica

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Señalización por Canal Común

• La información es transportada en mensajes o bloques de información estructurados en campos

• Posible “doble red” de señalización y tráfico• Mayor capacidad y flexibilidad en la información de

señalización y gestión• Ej. CCITT nº 7:

– Modo asociado– Modo cuasi-asociado

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Ejemplo: 2 centrales + BD

ISUPTC

Control

Conmutación

ISUPTC

Control

Conm. BD

Señalización

Voz

MTP

SCCP

MTP

SCCP

MTP

INAP

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Calidad

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Atenuación

• SLR y RLR: Sender & Reciever Loudness Rating– Incluye desde el transductor hasta un punto determinado

de interfaz eléctrico– Del equipo, hasta la central, etc.

• CLR: Circuit Loudness Rating– Pérdidas del circuito telefónico– Depende de calibres de cable, etc

• OLR: Overall Loudness Rating– Incluye todo el circuito entre transductores– OLR=SLR(equipo)+CLR1+CLR2+...+RLR(equipo)

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con

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Distorsión• Limitación de ancho de banda

– Voz de 300 a más de 4.000 Hz

– Canal 300 a 3.400 Hz

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

– Máscaras de atenuación del canal

O dB

f

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Ecos y retardos

XX

1

2

3 3 4

1: Retardo 3: Eco eléctrico2: Efecto local 4: Eco acústico

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Efecto local

• Tendencia a elevar el nivel de la voz si es escaso o disminuirlo si es excesivo

• Se mide en dB y depende– Del balance de impedancias en el retorno (analógico)

– Del circuito de efecto local (digital)

• Recomendado entre 7 y 12 dB

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Retardo de propagación

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

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

atenuación exacta, etc.

• En condiciones normales– Entre 25 y 300 ms.

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Ejemplos de retardosCoaxial 4 µ s/KmFibra óptica 5 µ s/KmSatélite geoestacionario 260 msPBN-PSTN 5 msAcceso básico RDSI 1 msGSM 90 msCodec PCM 0,3 msModulador FDM 0,75 µ sPABX digital 0,45 msPABX analógica 1,5 ms

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Ruidos

• Ruido aditivo– Térmico: P=KTB ; P= -228.6 dBW + 10 log T + 10 log

B– Impulsivo: más perjudicial en datos– Figuras de ruido de los dispositivos (amplificadores,

moduladores, etc.)• Valores típicos

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

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Diafonía e intermodulación• Causa principal de la diafonía:

– las líneas suelen discurrir paralelas a las de los vecinos

• Dos tipos de diafonía– Inteligible:

• muy molesta• afecta a la confidencialidad de la llamada

– Ininteligible

• Intermodulación: alinealidades en dispositivos

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

MOS Descripción Distorsión5 Excelente Imperceptible4 Muy buena Perceptible pero no molesta3 Buena Perceptible y algo molesta2 Pobre Molesta e inteligible1 Mala Pérdida de inteligibilidad

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Fuentes de q.d.u.

• 1 qdu (quantizing distorsion unit) se define como la introducida por un par de codecs G.711

• Equivale a 35 dB de relación señal/distorsión

Par de codecs PCM 1ADPCM a 32 Kbps 3,5Convertidor A-µ (o inversa) 0,5Conversión PCM-ADPCM (o inversa) 2,5Par de transmultiplexión PCM 1

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Calidad: A o D• Retardos y ecos

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

– Ahora repercute en “BER”• Diafonía:

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

• Ruidos– Efecto muy inferior al ser más robusto

• Cambio por ruido de cuantificación y ancho de banda

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Resumen calidadCausa Efecto Medida

Ancho de banda Timbre Banda

Distorsión Timbre AtenuaciónVariación fase

Efecto local No controlamos nivel de voz Nivel

Eco Inteligibilidad Nivel y tiempo

Retardo Dificulta la conversación Tiempo

Ruido Timbre a inteligibilidad Relación S/N

Diafonía Inteligibilidad Nivel

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Ejercicio: calidad• ¿Cómo puede medirse cada uno de los

parámetros?– Proponer un método de medida sencillo para cada uno– Determinar los instrumentos necesarios

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

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

etc.

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Diferentes conexiones PBN-PSTN

PBX

PBXPBX

PBN

PSTN o ISDN

• Conexión digital o analógica• PSTN digital, mixta o desconocida

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Calidad en la PBX

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

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

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

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Medidas

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

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Cálculos de calidad

• Central con N enlaces a un mismo destino

• Caso de dos o más centrales

• Central con R posiciones de registrador

( )

ARdPDw

RACPDdMA

′−′

=

→′=′××=′ λ

( )NABPBdMA →=××= λ

( )∏ −−= iPBPB 11

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Otras medidas de calidad

• Errores de encaminamiento– Difíciles de detectar por el usuario que cree que ha

marcado mal

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

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

línea)

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Ejercicio: calidad

• ¿Cuál es la definición correcta del tiempo de selección?

• Identificar qué parámetros de calidad de la central perjudican al operador y cuáles al usuario

• Asociar todos los parámetros de calidad conocidos a las fases de la llamada

• ¿Cómo repercute un mal funcionamiento en cualquiera de las fases?

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Tiempos

• A qué se debe y cómo repercute un tiempo excesivo ?

DescuelgaMarcación

Respuesta

Tono y timbre

Una parte cuelga

Liberación de todos los circuitos

establecimiento

conversación

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Ejercicio: calidadRelación señal/ruidoDisponibilidad de línea del abonadoDeslizamientoRutas de alto usoIntensidad de congestión de tráficoLongitud desconocida de un número Número de conversiones A-DPeríodo de espera después de marcarEncaminamiento alternativoLiberación prematuraDemora de instalación de líneaFluctuación lenta de fase (wander)Ruta congestionada y acción consiguienteTiempo medio entre fallos del sistemaParte de transferencia de mensaje

Tiempo medio de ocupaciónTiempo de propagaciónAreas de tarifaGestión de redNúmero de quejas del usuarioDistribución de tráficoTasa de tomas con respuestaControl de paridadDemora de reparación de una averíaNúmero de puntos transitadosEcoTiempo medio de conversaciónProgramas de supervisión de tráficoNúmero de puntos de tránsitoAnchura de bandaProgramas de grabación de tráficoNúmero de conversiones 2/4

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Redes virtuales

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Centrex: Central Exchange

• El usuario no dispone de la PBX

• Las funcionalidades de PBX le son suministradas

por su operador desde la central local

• Las extensiones disponen de los servicios de PBN

(Plan de Numeración Privado, PNP)– Marcación reducida, espera, sin tarificación para llamadas

internas, desvíos, etc

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Costes• Mejoras

– La inversión inicial en PBX no existe– Las necesidades de mantenimiento, personal y

formación se reducen– Menos riesgos: de obsolescencia, fallos (a cargo del

operador), etc.– Flexibilidad a cambios y avances tecnológicos

• Empeora– Costes mensuales elevados– Dependencia del operador

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Ejemplo RDSI

NT1

NT1TA

PBXRDSI

Central localRDSI

NT1

NT1TA

Central localRDSI

abonados centrex

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Servicios RDSI

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

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

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

llamante, ...

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VPN sobre RI

• Ventajas de un Centrex con tecnología más avanzada– Más facilidades en ámbito geográfico

– Más servicios disponibles y combinaciones de ellos

– Gran flexibilidad de configuración

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Terminología

• Proveedor de red: posee la infraestructura

• Proveedor de servicio: comercializa servicios sobre la IN

• Abonado: cliente del servicio

• Usuario: realiza las llamadas

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Esquema RI

SSPSSP SSP

PSTN

PBX

SCP SCP

PBX

DTMF

SS7 (INAP)

SS7

QSIG

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Identificación y acceso

• Identificación: CLI, UID, PIN, AUTZ• Tipos de acceso: líneas y extensiones de PBX

– On-net: conocidos en los SCP y conectados a SSP– On-net virtual: conocidos en los SCP a través de PSTN– Off-net: no conocidos en los SCP, vía PIN

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

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Accesos

SSP SSP SSP

PSTN

PBX

SCP (a,b,c) SCP (a,b,c)

PBX

a

b

c

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

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PNP en RI

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

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

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

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Servicios• PNP y ABD

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

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

• Desvíos y llamada completada– Sobre libre u ocupado

• Grupo cerrado, tarjeta, etc

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Ejemplo tabla servicios

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

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Voz sobre redes de paquetes

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Transmisión de ráfagas

• Basada en la multiplexación estadística• Solo se transmite cuando el interlocutor realmente

habla:– 50% de ahorro a pesar de mantener “full-duplex”

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

• Control necesario para llevarla a cabo

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Esquema DSI

M conversaciones activasentre terminales o conmutadores

N < M canales

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El hangover

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

TS HO HO HOTSTS

nuevo TS nuevo TS

TS y HO separado

Actividad resultante

t

t

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Calidad• Mutilación al inicio de la ráfaga

– Debido a la falta de recursos– Siempre se producirá si hay menos canales que

conversaciones en curso– Tablas de relación recorte-MOS

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

forma de onda

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FR y voz

• FR es económico y ubicuo• Permite especificar “voz” en el campo tipo de

datos• Orientado a conexión

– Circuitos virtuales permanentes o conmutados

• Capaz de soportar calidad de servicio

• Falta de capacidades de señalización, numeración, enrutamiento, etc.

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Celdas FR

• La voz es transmitida sobre líneas FR alquiladas o conmutadas (PVC o SVC)

• FR básicamente pensado para datos !!!

• Las celdas FR contienen:– El OH de FR

– Paquetes con datos correspondientes a la voz digitalizada

• Normalmente voz comprimida a 8 Kbps

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Calidad

• Debido a la compresión– Relación vocoder - MOS

• Jitter debido a retardos estadísticos– Al estar FR pensado para datos los paquetes están

sujetos a retardos variables– Se compensa con buffer antijitter en destino

• Retardo alto debido al buffer anti-jitter

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Jitter

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

RetardoPérdida

Eliminación de jitter = retardo fijo + pérdidas

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Necesidad de FRAD

• FR proporciona transporte económico pero tiene problemas de señalización, numeración, etc

• PBX los tiene resueltos pero debe ser transportada sobre líneas full-duplex a 64 kbps

• El Frame Relay Adaptor Device se ubica entre la PBX y la red FR

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Funciones del FRAD

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

• Del lado red FR– Voz comprimida (por ejemplo a 8 Kbps)– Celdas FR con su OH necesario. Establecimiento de

canal sobre PVC o SVC– Direccionamiento FR

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PBX y FRAD

PBX

FRAD

E y M, 64 Kbps

FR: CIR = 8 Kbps

PBX

FRAD

PVC o SVCFRAD

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Ventajas FR

• Los mismos CIR sirven para voz y datos: gran economía

• El FRAD permite la utilización de terminales y numeración convencionales en lugar “voz desde el PC” o CTI

• La pérdida de calidad es “asumida” por los usuarios (¿ventaja?)

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Voz sobre IP

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

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

• El usuario reduce costes y dispone de más servicios

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Pila de protocolos

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Componentes H.323

• Terminales: deben soportar voz• Pasarela: opcional para pasar a otro tipo de redes• Guardián de Puerta:

– Traducción de direcciones: mapea LAN a IP suministra Lookup

– Gestión de capacidad: limita el número de conexiones

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

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Esquema VoIP

L A N

Cam.

Pasarela

PSTN

Firewall

Internet

MCU Firewall

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

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

• Añadir equipo para mejorar este último coste

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QoS en VoIP

• IP es “best effort” sin garantías de BW, jitter ni latencia

• RSVP (Resource Reservation Protocol) de IETF– Compromete recursos de la red a flujos– Un flujo = camino asociado origen y destino (1 o más)– Los routers intermedios propagan solicitud de BW para

RSVP– Si se acepta en destino se confirma hacia atrás

Documents

Conmutacion y PABX