LaSa

lle

On

Lin

e

EN

GIN

YER

IES

SISTEMES DE TELEFONIA

Guia d’estudi Pere Vidal, Miquel Ramírez i Daniel Martínez Sala

2010 Creative Commons Deed

Creative Commons License Deed Reconeixement-No comercial-Sense obres derivades 3.0 Espanya

Vostè és lliure de: Copiar, distribuir i comunicar públicament l’obra.

Sota els següents condicionants:

Reconeixement.

S’ha de referenciar aquesta obra a Pere Vidal, Miquel Ramírez i Daniel Martínez Sala - Enginyeria La Salle (Semipresencial)

No comercial. No es pot utilitzar aquesta obra per a finalitats comercials.

Sense obres derivades.

No es pot alterar, transformar o generar una obra derivada a partir d’aquesta.

Quan reutilitzeu o distribuïu l'obra, heu de deixar ben clar els termes de la llicència de l'obra.

Alguna d'aquestes condicions pot no aplicar-se si obteniu el permís del titular dels drets d'autor.

No hi ha res en aquesta llicència que menyscabi o restringeixi els

drets morals de l'autor.

Els drets derivats d'usos legítims o altres limitacions reconegudes

per llei no queden afectats per l'anterior

Això és un resum fàcilment llegible del text legal (la llicència completa) disponible en els idiomes següents:

Català Castellà Basc Gallec

Crèdits

Autor: Pere Vidal, Miquel Ramírez i Daniel Martínez Sala

Editor: Lluís Vicent

Coordinació lingüística: Sara Laso

Revisió lingüística: Maido Pérez Altava

Maquetació: Víctor Ballesteros

Disseny de portada: Víctor Ballesteros

Aquesta edició ha comptat amb el suport de l’Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca (AGAUR) de la Generalitat de

Catalunya en la Convocatòria d’ajuts a l’edició i la difusió de llibres de text o manuals universitaris i llibres cientificotècnics, en suport

paper o en suport electrònic, escrits en llengua catalana (DILL 2010)

ISBN: 978-84-937712-8-7

1

Índex

SESSIÓ 1: Conceptes generals de la teoria de teletràfic .............................................. 7

1. TEORIA DE TRÀFIC................................................................................................. 7

1.1. Introducció al teletràfic ............................................................................................. 7 1.1.1. Introducció al teletràfic ............................................................................................................. 7 1.1.2. Tasques en l'enginyeria de tràfic ............................................................................................... 9 1.1.3. Caracterització de la demanda de tràfic .................................................................................... 9 1.1.4. Grau de servei .......................................................................................................................... 10 1.1.5. Controls de tràfic i dimensionament ....................................................................................... 10 1.1.6. Models de sistemes de telecomunicacions ............................................................................. 11 1.1.7. Xarxes de comunicació ............................................................................................................ 11 1.1.8. Breu història de la teoria de teletràfic ..................................................................................... 15

1.2. Caracterització de tràfic ........................................................................................... 16 1.2.1. Conceptes de tràfic .................................................................................................................. 16

SESSIÓ 2: Teoria de probabilitats ............................................................................ 23

1.3. Distribució d’arribades ............................................................................................ 23 1.3.1. Teoria de probabilitat .............................................................................................................. 23 1.3.2. Temps de servei. Funcions de distribució ................................................................................ 25 1.3.3. Processos d’aparició d’esdeveniments .................................................................................... 25

SESSIÓ 3: Processos de naixement-mort. Model d’Erlang-B ..................................... 27 1.3.4. Processos de naixement-mort (birth-death processes) ........................................................... 27

1.4. Sistemes amb pèrdues ............................................................................................. 30 1.4.1. Sistemes de pèrdua. Fórmula d’Erlang-B ................................................................................. 30

SESSIÓ 4: Sistemes amb reintents. Sistemes amb fonts finites: models d’Engset ...... 37 1.4.2. Sistemes de pèrdues amb reintents ........................................................................................ 37

1.5. Probabilitat de bloqueig .......................................................................................... 40 1.5.1. Sistemes de pèrdues amb fonts finites .................................................................................... 40

SESSIÓ 5: Sistemes de cues ...................................................................................... 47

1.6. Sistemes de cues ..................................................................................................... 47 1.6.1. Sistemes de cues ...................................................................................................................... 47 1.6.2. Sistemes de cues amb fonts infinites, taxa de trucada constant i capacitat de cua infinita M/N/N ............................................................................................................................................... 50 1.6.3. Cues de longitud finita M/N/N/N + L ....................................................................................... 56 1.6.4. Exercici de cua finita ................................................................................................................ 59

SESSIÓ 6: Cues amb abandonament. Call Centers .................................................... 61 1.6.5. Model d’abandonaments en la cua ......................................................................................... 61

1.7. Exercicis .................................................................................................................. 63 1.7.1. Aplicació de la teoria de cues al disseny de Call Centers ......................................................... 63

SESSIÓ 7: Fonaments de telefonia ........................................................................... 65

2. FONAMENTS DE TELEFONIA ................................................................................ 66

2.1. Evolució de la telefonia............................................................................................ 66 2.1.1. Breu història de la telefonia .................................................................................................... 66

2

2.1.2. Fites en la història de la telefonia a Espanya ........................................................................... 66 2.1.3. Les xarxes de telecomunicacions ............................................................................................. 67

2.2. Circuits de veu en telefonia...................................................................................... 68 2.2.1. Transmissió en la xarxa telefònica ........................................................................................... 68 2.2.2. Ample de banda del canal de veu ............................................................................................ 69 2.2.3. Sistemes de transmissió........................................................................................................... 69 2.2.4. Problemes de transmissió ........................................................................................................ 71 2.2.5. Unitats ..................................................................................................................................... 76 2.2.6. Qualitat de servei ..................................................................................................................... 78

SESSIÓ 8: Senyalització de telefonia ........................................................................ 81

2.3. Senyalització de veu ................................................................................................ 81 2.3.1. Principis de senyalització ......................................................................................................... 81 2.3.2. Trams de senyalització ............................................................................................................. 83 2.3.3. Senyalització per canal associat i senyalització per canal comú .............................................. 84

SESSIÓ 9: Telefonia analògica. Xarxa d’accés .......................................................... 87

3. XARXA D’ACCÉS .................................................................................................. 87

3.1. Telefonia analògica ................................................................................................. 87 3.1.1. Definició i comportament ........................................................................................................ 87 3.1.2. Senyalització central local-abonat ........................................................................................... 90 3.1.2. Serveis ...................................................................................................................................... 92 3.1.3. Servei CLASS: CLID ................................................................................................................... 93

SESSIÓ 10: Telefonia analògica: disseny del hardware ........................................... 101 3.1.4. Telèfon de xarxa analògica: especificacions i disseny............................................................ 101 3.1.5. Interfície de línia .................................................................................................................... 103 3.1.6. Microcontroladors de telefonia ............................................................................................. 104 3.1.7. CLID ........................................................................................................................................ 105 3.1.8. Acústica .................................................................................................................................. 105

SESSIÓ 11: Telefonia digital .................................................................................. 107

3.2. Telefonia digital .................................................................................................... 107 3.2.1. Descripció .............................................................................................................................. 107 3.2.2. Arquitectura i punts de referència ........................................................................................ 108 3.2.3. Serveis de línies digitals ......................................................................................................... 110 3.2.4. Protocols XDSI ........................................................................................................................ 111 3.2.5. Senyalització en XDSI ............................................................................................................. 114

SESSIÓ 12: Telefonia en xarxes HFC i FTTH ............................................................. 117

3.3. Telefonia en xarxes HFC ......................................................................................... 117 3.3.1. Xarxa d’accés ......................................................................................................................... 117 3.3.2. Interfície ETSI V5 .................................................................................................................... 120

3.4. Xarxes FFTH........................................................................................................... 122

SESSIÓ 13: Commutació digital 1. Introducció ....................................................... 127

4. COMMUTACIÓ DIGITAL ..................................................................................... 127

4.1. Xarxes de commutació de circuits .......................................................................... 127 4.1.1. Commutació de circuits en la xarxa telefònica ..................................................................... 127 4.1.2. Les centrals telefòniques com a nodes de commutació ........................................................ 128 4.1.3. Operativa dels nodes de commutació ................................................................................... 129

3

4.2. Commutació per divisió en l’espai .......................................................................... 130 4.2.1. Matrius de commutació quadrada ........................................................................................ 130 4.2.2. Degeneració, accessibilitat i graduació en un node de commutació ..................................... 131

SESSIÓ 14: Commutació digital 2. Arquitectura ..................................................... 135 4.2.3. Matrius de commutació d’una etapa .................................................................................... 135 4.2.4. Commutació multietapa ........................................................................................................ 137 4.2.5. Commutadors sense bloqueig ............................................................................................... 138

SESSIÓ 15: Commutació digital 3. Probabilitat de bloqueig ................................... 143

4.3. Probabilitat de bloqueig ........................................................................................ 143 4.3.1. Probabilitat de bloqueig en un commutador ........................................................................ 143 4.3.2. Probabilitat de bloqueig: graf de Lee..................................................................................... 144 4.3.3. Probabilitat de bloqueig: Jacobaeus ...................................................................................... 149 4.3.4. Mètodes de Lee i de Jacobaeus ............................................................................................. 151 4.3.5. Probabilitat de bloqueig i qualitat de servei .......................................................................... 152

SESSIÓ 16: Commutació digital 4. Enrutament ...................................................... 153

4.4. Enrutament ........................................................................................................... 153 4.4.1. Enrutament en un commutador ............................................................................................ 153

SESSIÓ 17: Commutació digital 5. Commutació per divisió en el temps .................. 159

4.5. Commutació per divisió en el temps ...................................................................... 159 4.5.1. Commutació per divisió en el temps ..................................................................................... 159 4.5.2. Commutació per divisió en el temps en sistemes analògics .................................................. 160 4.5.3. Commutació per divisió en el temps en sistemes digitals ..................................................... 161 4.5.4. Commutador de memòria digital .......................................................................................... 161

4.6. Commutació bidimensional ................................................................................... 163 4.6.1. Commutador TS ..................................................................................................................... 163

SESSIÓ 18: Commutació digital 6. Commutadors multietapa ................................. 165 4.6.2. Commutació STS .................................................................................................................... 165 4.6.3. Commutació TST .................................................................................................................... 168 4.6.4. Commutació TSSST ................................................................................................................ 171

SESSIÓ 19: Xarxa d’operador ................................................................................ 175

5. XARXA D’OPERADOR ........................................................................................ 175

5.1. Arquitectura de la xarxa d’operador ...................................................................... 175 5.1.1. Estructura de la xarxa telefònica commutada ....................................................................... 175 5.1.2. Jerarquia de xarxes ................................................................................................................ 176 5.1.3. Centrals de commutació en la XTC ........................................................................................ 179 5.1.4. Numeració ............................................................................................................................. 181

5.2. Serveis .................................................................................................................. 183 5.2.1. Serveis .................................................................................................................................... 183 5.2.2. Servei de centraleta virtual .................................................................................................... 183 5.2.3. Servei integral de comunicacions .......................................................................................... 184

SESSIÓ 20: SS7 ...................................................................................................... 187

5.3. Senyalització SS7 ................................................................................................... 187 5.3.1. Definició de SS7 ..................................................................................................................... 187 5.3.2. Arquitectura SS7 .................................................................................................................... 188 5.3.3. Punts de senyalització (Signaling Points) ............................................................................... 189

4

5.3.4. Enllaços de senyalització (Signaling Links) ............................................................................. 190 5.3.5. Qualitat de servei de SS7 ....................................................................................................... 191 5.3.6. Estructura del sistema de senyalització ................................................................................. 191

SESSIÓ 21: SS7 2/2 ................................................................................................ 195 5.3.7. Message Transfer Part Level 1 (MTP-1) ................................................................................. 195 5.3.8. Message Transfer Part Level 2 (MTP-2) ................................................................................. 196 5.3.9. Message Transfer Part Level 3 (MTP-3) ................................................................................. 197 5.3.10. Telephone User Part (TUP) ................................................................................................... 199 5.3.11. XDSI User Part (ISUP) ........................................................................................................... 199 5.3.12. Signaling Connection Control Part (SCCP) ............................................................................ 201 5.3.13. Transaction Capabilities Applications Part (TCAP) ............................................................... 202 5.3.14. Operations, Maintenance & Administration Part (OMAP) .................................................. 203

SESSIÓ 22: Xarxa intel·ligent ................................................................................. 205

5.4. La xarxa intel·ligent ............................................................................................... 205 5.4.1. Intel·ligència de xarxa. Definició de xarxa intel·ligent ........................................................... 205 5.4.2. Serveis de la xarxa intel·ligent ............................................................................................... 206 5.4.3. Prestacions dels serveis de la xarxa intel·ligent ..................................................................... 208 5.4.4. Arquitectura de la xarxa intel·ligent ...................................................................................... 208 5.4.5. Senyalització .......................................................................................................................... 210 5.4.6. Explotació de la xarxa intel·ligent .......................................................................................... 211

SESSIÓ 23: Interconnexió de xarxes i portabilitat numèrica ................................... 215

5.5. Oferta d’interconnexió de referència ..................................................................... 215 5.5.1. Necessitat de la interconnexió de xarxes .............................................................................. 215 5.5.2. Aspectes generals de l’oferta d’interconnexió de referència ................................................ 216 5.5.3. Interconnexió per capacitat ................................................................................................... 219

5.6. Oferta d’accés al bucle d’abonat ............................................................................ 221 5.6.1. Serveis d'accés al bucle d'abonat .......................................................................................... 221 5.6.2. Servei d'ubicació .................................................................................................................... 225 5.6.3. Servei d’entrega de senyal a la xarxa de l’operador .............................................................. 228

5.7. Portabilitat ............................................................................................................ 230 5.7.1. Introducció al concepte de portabilitat ................................................................................. 230 5.7.2. Solucions tècniques ............................................................................................................... 231 5.7.3. Senyalització dels números portats ....................................................................................... 236

SESSIÓ 24: Central de commutació d’operador ...................................................... 239

5.8. Centrals de commutació ........................................................................................ 239 5.8.1. Central de commutació. Arquitectura ................................................................................... 239 5.8.2. Central de commutació. Hardware ........................................................................................ 240 5.8.3 Central de commutació. Software .......................................................................................... 240 5.8.4. Principals centrals de commutació dels operadors mundials de telefonia ........................... 241

5.9. Central de commutació UT..................................................................................... 241 5.9.1. Arquitectura de la central UT ................................................................................................ 241 5.9.2. Nivell d’aplicació dels mòduls de la central UT ...................................................................... 242 5.9.3. Centre d’operació i manteniment de les centrals UT ............................................................ 242 5.9.4. Exercici optatiu. Central de commutació Nortel DMS ........................................................... 242

SESSIÓ 25: Centrals telefòniques privades ............................................................. 245

6. XARXES CORPORATIVES .................................................................................... 245

6.1. PABX ..................................................................................................................... 245

5

6.1.1. Arquitectura de les centrals privades .................................................................................... 245 6.1.2. Serveis .................................................................................................................................... 247 6.1.3. Connexió a la xarxa pública ................................................................................................... 250 6.1.4. Projecte PBX........................................................................................................................... 252 6.1.5. Referències de fabricants PBX ............................................................................................... 253

SESSIÓ 26: QSIG .................................................................................................... 255

6.2. Protocol QSIG ........................................................................................................ 255 6.2.1. QSIG: motivació i necessitat .................................................................................................. 255 6.2.2. Avantatges QSIG .................................................................................................................... 256 6.2.3. Serveis QSIG ........................................................................................................................... 258 6.2.4. Arquitectura i punts de referència ........................................................................................ 259 6.2.5. Protocol QSIG ......................................................................................................................... 260

SESSIÓ 27: Telefonia IP ......................................................................................... 263

6.3. Telefonia IP ........................................................................................................... 263 6.3.1. Telefonia IP ............................................................................................................................ 263 6.3.2. QoS. Qualitat de servei en telefonia IP .................................................................................. 265 6.3.3. Codificació de la veu .............................................................................................................. 265 6.3.4. Paquetització de la veu .......................................................................................................... 266 6.3.5. RTP (Real-Time Transport Protocol) ....................................................................................... 267 6.3.6. Ample de banda per a la VoIP ................................................................................................ 267 6.3.7. Arquitectura de la telefonia IP ............................................................................................... 269 6.3.8. Protocol H.323 ....................................................................................................................... 270 6.3.9. Protocol SIP ............................................................................................................................ 272 6.3.10. Enllaç entre PBX ................................................................................................................... 275 6.3.11. Dominis de telefonia ............................................................................................................ 276 6.3.12. Projecte de PBX amb tecnologia IP ...................................................................................... 276

SESSIÓ 28: Plataforma de comunicacions d’empresa. Convergència de veu i dades 277

6.4. Plataforma de comunicacions d’empresa ............................................................... 277 6.4.1. Xarxes privades ...................................................................................................................... 277 6.4.2. Línies dedicades ..................................................................................................................... 278 6.4.3. VPN de veu i dades sobre Frame Relay ................................................................................. 280

6.5. Convergència de veu i dades .................................................................................. 281 6.5.1. Evolució i convergència ......................................................................................................... 281

SESSIÓ 29: Casos pràctics ...................................................................................... 287

6.6. Casos pràctics ........................................................................................................ 287 6.6.1. Definició de cas pràctic .......................................................................................................... 287 6.6.2 Casos pràctics ......................................................................................................................... 289

Bibliografia .......................................................................................................... 291

Glossari ................................................................................................................ 295

6

7

SESSIÓ 1: Conceptes generals de la teoria de teletràfic

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Conceptes generals de la teoria de teletràfic Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: ITU-D Teletraffic Engineering Handbook. June 2001

PRECEDENTS

En aquesta sessió es repassaran els conceptes de teletràfic apresos en cursos anteriors.

OBJECTIUS

Introducció als conceptes i als models del teletràfic.

CONTINGUTS

S’introdueix la teoria de teletràfic i les seves aplicacions al món de les telecomunicacions. Es presenten els indicadors significatius en els sistemes objecte d’estudi. Es defineix el paper de la ITU en la teoria de teletràfic i les recomanacions significatives que ha emès. Finalment, es presenta un breu seguiment històric de la teoria de teletràfic.

1. TEORIA DE TRÀFIC

1.1. Introducció al teletràfic

1.1.1. Introducció al teletràfic

Definició de teoria de teletràfic

La ITU-D defineix la teoria de teletràfic com l'aplicació de la teoria de les probabilitats a la solució de problemes relatius a la planificació, l’avaluació de la qualitat de funcionament, l’operació, i el manteniment dels sistemes de telecomunicacions. De

8

forma més general, la teoria de teletràfic es pot considerar com una disciplina de planificació, en la qual els mitjans (processos estocàstics, teoria de cues i simulació numèrica) s’obtenen de l’observació de l’operació del sistema.

El terme teletràfic engloba tot tipus de tràfic de comunicació de dades i, en general, qualsevol tipus de tràfic de telecomunicacions, encara que els mitjans formulats són independents de la tecnologia i aplicables a altres àrees com tràfic de camins, tràfic aeri, cintes de fabricació i, en general, a tota classe de sistemes de serveis.

Objectiu de la teoria de teletràfic

L'objectiu de la teoria de teletràfic pot formular-se així: aconseguir calcular el tràfic en unitats ben definides mitjançant models matemàtics i determinar la relació existent entre la capacitat i el grau de servei, de tal manera que la teoria es converteixi en una eina útil per a la planificació. Així mateix, la teoria de teletràfic ha d'establir mètodes específics per controlar que el grau de servei en un moment donat compleix els requisits, i determinar quines accions cal prendre quan els sistemes es troben sobrecarregats o es produeixen fallades tècniques. Per a això calen mètodes de previsió de la demanda (per exemple, a partir de les mesures de tràfic) i mètodes per calcular la capacitat dels sistemes i l'especificació dels paràmetres quantitatius per tal de determinar la qualitat o el grau de servei.

Terminologia en processos de teletràfic

La figura següent il·lustra la terminologia aplicada per a un procés de tràfic. Cal notar la diferència entre els intervals de temps i els instants de temps. Els termes arribada i trucada s'utilitzen com a sinònims. El temps entre arribades i el temps entre sortides són els intervals de temps entre arribades o sortides respectivament.

9

1.1.2. Tasques en l'enginyeria de tràfic D’acord amb les recomanacions de la ITU-T, podem classificar les quatre tasques principals de l’enginyeria de tràfic com: • Caracterització de la demanda de tràfic. • Objectius de grau de servei (GoS). • Control i dimensionament del tràfic. • Supervisió de la qualitat de funcionament. A la figura s'il·lustra la interrelació entre aquestes quatre tasques. La primera tasca en enginyeria de tràfic és caracteritzar la demanda de tràfic i especificar els objectius de GoS (o qualitat de funcionament).

El resultat d'aquestes dues tasques és l'element de partida per dimensionar els recursos de xarxa i establir els controls de tràfic apropiats. Finalment, es requereix la supervisió de la qualitat de funcionament per tal de verificar si els objectius de GoS que s'han assolit s'utilitzen com a realimentació de tot el procés.

1.1.3. Caracterització de la demanda de tràfic La caracterització del tràfic s'efectua per mitjà de models que s'aproximen al comportament estadístic del tràfic de xarxa. Els models de tràfic adopten hipòtesis simplificades referents als processos de tràfic complicats. Mitjançant aquests models, la demanda de tràfic es caracteritza per un conjunt de paràmetres limitat (valor mitjà, variància, índex de dispersió, etc.).

10

Les mesures de tràfic s'efectuen per confirmar aquests models, i es realitzen les modificacions que siguin necessàries, però com que no és necessari que els models siguin modificats freqüentment, el propòsit més habitual de les mesures de tràfic és estimar els valors que prenen els paràmetres definits en els models de tràfic. Com a complement de la modelització i de les mesures de tràfic, es requereix també la previsió de tràfic, atès que per a objectius de planificació i dimensionament no hi ha prou amb caracteritzar la demanda actual de tràfic, sinó que es necessari predir les demandes de tràfic per al període de temps previst en el procés de planificació.

1.1.4. Grau de servei El grau de servei (GoS) es defineix a les recomanacions I.600 i I.720 com un nombre de paràmetres d'enginyeria de tràfic per mesurar l'acompliment d'un grup de recursos en condicions especifiques; aquests paràmetres de GoS poden expressar-se com a probabilitat de bloqueig, probabilitat de retard, etc. El bloqueig i el retard es produeixen perquè la capacitat de tractament del tràfic d'una xarxa o d'un component de xarxa és finit i la demanda de tràfic és estocàstica per naturalesa. Per tant, els valors de referència assignats a les variables de tràfic constitueixen els estàndards del grau de servei, i els valors obtinguts pels paràmetres especificats constitueixen els resultats del grau de servei. El SLA o ANS (Acord de nivell de servei) és un contracte entre l’operador i l’usuari en el qual es defineixen els termes (disponibilitat, procés de provisió, manteniment, etc.) així com les penalitzacions per incompliment.

1.1.5. Controls de tràfic i dimensionament Un cop la demanda de tràfic hagi estat caracteritzada i s'hagin establert els objectius de GoS, l'enginyeria de tràfic ha de proporcionar un disseny eficaç en funció del cost i de l’explotació de la xarxa que satisfaci la demanda de tràfic, així com el compliment dels objectius de GoS. L'enginyeria de tràfic contribueix al disseny i a l’explotació de les xarxes mitjançant el dimensionament de la xarxa i els controls de tràfic. El dimensionament de la xarxa assegura que tingui els recursos suficients per atendre la demanda de tràfic. Inclou tant el dimensionament dels elements físics i lògics de la xarxa com, per exemple, els trajectes virtuals d'una xarxa ATM. Els controls de tràfic també són necessaris per tal d’assegurar que es satisfan els objectius de GoS. Entre els controls de tràfic poden distingir-se: • Encaminament del tràfic. Els diagrames d'encaminament descriuen la ruta fixada i

les regles de selecció de la ruta per a cada parell origen-destí. • Controls de gestió del tràfic de xarxa. Asseguren que es manté la capacitat de la

xarxa en cas de sobrecàrrega o de fallada.

11

• Mètodes de protecció del servei. Són controls de tràfic en el nivell de trucada que supervisen el grau de servei per a determinats fluxos de tràfic mitjançant una restricció discriminatòria de l'accés a grups de circuits de baixa capacitat.

• Controls de tràfic a nivell de paquet. Asseguren que es satisfan els objectius de

GoS a nivell de paquet de les trucades acceptades en qualsevol condició de la xarxa i que s'efectua una diferenciació del grau de servei eficaç.

• Senyalització i controls de la xarxa intel·ligent (RI). Atès que aquestes xarxes

constitueixen el sistema neural de la totalitat de la xarxa, un objectiu clau en el seu disseny i explotació és maximitzar la seva robustesa, és a dir, la seva capacitat per suportar sobrecàrregues de tràfic i fallades d'elements de la xarxa.

1.1.6. Models de sistemes de telecomunicacions

Les demandes de l'usuari estan modelades per les propietats estadístiques del tràfic. Només és possible determinar que el modelatge teòric està d'acord amb la realitat mitjançant mesures sobre sistemes reals. Aquest procés ha de ser necessàriament de naturalesa iterativa. El model matemàtic s’estableix a partir d'un profund coneixement del tràfic. Sembla natural dividir la descripció de les propietats de tràfic en processos estocàstics per a l'arribada dels intents de trucada i en processos que descriuen el temps (d'ocupació) del servei. Normalment, se suposa que aquests dos processos són independents entre ells, la qual cosa significa que la durada d'una trucada és independent del temps d'arribada de la trucada.

1.1.7. Xarxes de comunicació

Xarxa telefònica bàsica

El servei telefònic bàsic permet diferents usuaris establir comunicacions de veu a través d'un terminal telefònic adequat. Per tal de donar aquest servei, si no s'utilitzés la commutació, en un escenari amb N usuaris necessitaríem un enllaç des de cada usuari a cadascun dels (N – 1) restants, la qual cosa suposaria un nombre d'enllaços igual a N(N – 1)/2. Per això el servei telefònic es recolza en una xarxa de commutació de circuits amb les següents característiques: • Cada usuari es troba connectat directament a una central de commutació

anomenada central local que li dóna servei. En general, una central local es troba en un nucli urbà i dóna servei a usuaris en un entorn al voltant de 4 km. El circuit físic existent entre les instal·lacions de l'usuari i la central local es coneix com a bucle d'abonat. El conjunt dels bucles d'abonat i dels elements d'interconnexió entre l'usuari i la central local es coneix com a xarxa d'abonat.

12

• Amb la difusió del servei telefònic, es va observar la impossibilitat de connectar totes i cadascuna de les centrals locals entre elles. La situació existent és que les centrals locals es connecten a centrals de commutació d'ordre superior en una arquitectura jeràrquica (com veurem més endavant). El conjunt d'interconnexions entre centrals es realitza utilitzant mitjans de transmissió diversos i es coneix com a xarxa d'enllaç.

• Commutació de circuits: una trucada entre dos usuaris, (1) estableix un circuit des

de l'usuari-central local, a través de la xarxa jeràrquica d'interconnexió de centrals, fins a l'altre extrem central local-usuari. (2) El circuit roman establert durant la durada de la trucada, permetent la transmissió de la veu en ambdós sentits. (3) El circuit és alliberat en finalitzar la trucada.

A Espanya, el conjunt de mitjans que permeten la provisió del servei telefònic es coneix com a Xarxa Telefònica Bàsica (RTB), antigament Xarxa Telefònica Commutada (RTC). Aquesta xarxa ha anat creixent en complexitat i funcionalitats durant els anys.

Xarxes de dades

Les xarxes de dades es dissenyen seguint el mateix principi, tret que la durada de la fase d'establiment de la connexió és més breu. Una altra classe de xarxa de dades són les denominades xarxes de commutació de paquets, que funcionen seguint el principi d'emmagatzematge i retransmissió. Les dades que s’han de transmetre no s'enviaran directament del transmissor al receptor, sinó que la transmissió s’efectuarà per passos de central a central, cosa que provocarà retards. Per exemple, en X.25 un missatge es divideix en un nombre de paquets que no necessàriament segueixen el mateix trajecte a través de la xarxa. L'encapçalament de protocol del paquet conté un número de seqüència de manera que els paquets s’ordenen en el receptor.

Xarxes d'àrea local

Les xarxes d'àrea local (LAN, Local Area Network) són un tipus molt especial i important de xarxes de dades, en el qual tots els usuaris d'un sistema informàtic estan vinculats al mateix sistema de transmissió digital.

En general, només un usuari pot utilitzar el mitjà de transmissió i obtenir algunes dades transmeses d’un altre usuari a la vegada. Com que el sistema de transmissió té una capacitat àmplia comparada amb la demanda dels usuaris, cadascun d'ells té la sensació de ser l'únic usuari del sistema. Així mateix, les LAN sense fils s'estan convertint en sistemes d'ús comú. Com que les distàncies geogràfiques entre els usuaris són petites, les condicions de propagació en xarxes de zona local no són importants. En una xarxa de dades de satèl·lit, per exemple, el retard de propagació és gran comparat amb la longitud dels missatges, per la qual cosa en aquestes aplicacions s'utilitzen estratègies diferents de les emprades en xarxes de zona local.

13

Xarxes mòbils

En els últims anys s'ha vist una enorme expansió dels sistemes de comunicació mòbil, els mitjans de transmissió dels quals són canals radioelèctrics analògics o digitals, en contrast amb els sistemes de cable convencionals. L'espectre de freqüències electromagnètiques es divideix en diverses bandes reservades per a fins específics. Per a comunicacions mòbils s'assigna un subconjunt d'aquestes bandes, i cadascuna correspon a un nombre limitat de canals radiotelefònics; és aquí on sorgeix el recurs limitat en els sistemes de comunicació mòbils. La utilització òptima d'aquest recurs és un aspecte essencial en la tecnologia cel·lular.

Sistemes cellulars

Quan una determinada zona geogràfica ha de ser coberta amb telefonia mòbil, s'hi ha d'instal·lar una quantitat adequada d'estacions base. Una estació base està constituïda per una antena i un equip transmissor/receptor o un enllaç radioelèctric amb una central telefònica mòbil (MTX), que és part de la xarxa telefònica tradicional. Una central telefònica mòbil és comuna a totes les estacions base en una determinada zona de tràfic. Les ones radioelèctriques s’esmorteixen quan es propaguen en l'atmosfera i, per tant, una estació base només pot cobrir una zona geogràfica limitada que es denomina cèl·lula. Mitjançant la transmissió de les ones radioelèctriques amb una potència adequada és possible adaptar la zona de cobertura de manera que totes les estacions base cobreixin exactament la zona de tràfic planificada sense massa superposició entre estacions veïnes. No és possible utilitzar la mateixa freqüència radioelèctrica en dues estacions base veïnes, però sí en dues estacions base sense una frontera comuna, permetent llavors la reutilització de canals.

A la figura es mostra un exemple. Es pot disposar d'un determinat nombre de canals per cèl·lula conforme al volum de tràfic donat. La dimensió de la cèl·lula depèn del volum de tràfic. En zones densament poblades, com grans ciutats, les cèl·lules seran petites, mentre que en zones escassament poblades les cèl·lules seran grans.

14

Quan un abonat surt de la seva zona de tràfic es produeix la denominada itinerància. La MTX de la nova zona pot conèixer la MTX original a partir de la identitat de l'abonat. S'envia llavors un missatge a la MTX d'origen amb informació sobre la nova posició.

Xarxes de nova generació

Xarxa de següent generació o xarxa pròxima generació (NGN, Next Generation Networking) és un terme ampli que fa referència a l'evolució de l'actual infraestructura de xarxes de telecomunicacions i accés telefònic amb l'objectiu d'assolir la confluència dels nous serveis multimèdia (veu, dades, vídeo, etc.) en els pròxims 5-10 anys. La idea principal que s'amaga sota aquest tipus de xarxes és el transport de paquets d'informació encapsulats a través d'Internet. Aquestes noves xarxes es construiran a partir del protocol IP, sent el terme all-IP comunament utilitzat per descriure aquesta evolució. Segons la ITU-T, una xarxa de següent generació és una xarxa basada en la transmissió de paquets capaç de proveir serveis integrats, incloent-hi els tradicionals telefònics, i capaç d'explotar al màxim l'ample de banda del canal mitjançant l’ús de les tecnologies de qualitat del servei (QoS), de manera que el transport sigui totalment independent de la infraestructura de xarxa utilitzada. A més, ofereix accés lliure per a usuaris de diferents companyies telefòniques i dóna suport a la mobilitat que l’accés multipunt permet als usuaris. Aquest model de referència pot sintetitzar-se en els següents punts: • Arquitectura de xarxa horitzontal, basada en una divisió diàfana dels plànols de

transport, de control i d’aplicació. • El pla de transport estarà basat en la tecnologia de commutació de paquets

IP/MPLS. • Interfícies obertes i protocols estàndards. • Migració de les xarxes actuals a NGN. • Definició, provisió i accés als serveis independents de la tecnologia de la xarxa. • Suport de serveis de diferent naturalesa: real time-non real time, streaming, serveis

multimèdia (veu, vídeo, text). • Qualitat de servei garantida d’extrem a extrem. • Seguretat. • Mobilitat generalitzada.

15

1.1.8. Breu història de la teoria de teletràfic

• Molina va desenvolupar treballs anteriors de Rorty a Bell Labs per a ATT. • Hipòtesi:

Les trucades es produeixen aleatòriament. Totes les trucades romandran en el sistema durant un temps igual al temps

mitjà de permanència, tant si s'atenen com si no. El bloqueig ocorre quan el nombre de trucades és major que el nombre de

recursos durant un temps igual al temps mitjà. El 1920, algú va comentar que aquests resultats provenien d'investigacions de Poisson (1781-1840), Molina li va cedir els honors. • La distribució de Poisson va ser descoberta per Siméon-Denis Poisson (1781-

1840), que l’any 1838 va publicar, juntament amb la seva teoria de probabilitat, el treball Investigació sobre la probabilitat dels judicis en matèries criminals i civils.

• El 1909, Agner Krarup Erlang va desenvolupar els seus models. • Hipòtesi:

Les trucades que arriben amb tots els servidors ocupats es perden (s’enruten per un altre lloc).

Les trucades que arriben amb tots els servidors ocupats esperen en cua fins a ser ateses.

• El 1918, Toregi Olaus Engset va proposar un refinament de les fórmules d’Erlang. Erlang suposà que el nombre de fonts productores d'esdeveniments és infinit. Si el nombre és finit, Erlang sobreestimava el dimensionament.

• Després de la Segona Guerra Mundial, Roger Wilkinson va desenvolupar un model per al tràfic de “desbordament”. • Hipòtesi:

El tràfic que no pot ser cursat per una ruta, no té característiques poissonianes.

16

Usualment, la variància és major que la mitjana. A la seva relació se la coneix com coeficient de variació.

• Wilkinson va desenvolupar un mètode per dimensionar els recursos que hauria d’usar aquest tipus de tràfic. El 1970, Neal va refinar el model i va publicar unes taules de dimensionament, les taules de Neal-Wilkinson.

• El 1982, Henry Jacobsen, d’ATT, va publicar les taules EART i EARC per al disseny d'enllaços en PBX amb rutes de desbordament basant-se en els models de Neal-Wilkinson.

• A mitjans dels anys 50, Roger Wilkinson va estudiar el model de reintents. Bretschneider va fer el mateix a Alemanya.

• El 1980, Jacobsen va publicar Retrial Tables, basant-se en els treballs de Wilkinson.

• El 1951, Kendall va introduir una notació per especificar els diferents escenaris d'un sistema de cues.

• Durant els anys 60 i 70 es van produir grans avenços teòrics als Estats Units i a Alemanya.

• El 1970, Kleinrock va publicar el seu primer volum i va evangelitzar sobre l'ús dels computadors en la teoria de cues.

1.2. Caracterització de tràfic

1.2.1. Conceptes de tràfic

Volum i intensitat de tràfic

Cada vegada que un usuari ocupa un element o una línia pertanyent a una central, resulta o representa una trucada; en aquest moment no importa que el telèfon hagi estat despenjat amb o sense intenció de realitzar una trucada o que la interconnexió s’hagi realitzat satisfactòriament o no, fins i tot és independent de la durada de la trucada.

17

Si observem el grau d'ocupació dels enllaços de la figura, veiem que alguns d'ells estan ocupats per un nombre de comunicacions C, que tenen diferents temps de durada que indiquem amb Ti. Del tràfic observem, a) Que el moment d'aparició de les trucades és aleatori i que a més són

independents. b) Que la durada de cada comunicació també és aleatòria, però podem arribar a

calcular una durada mitjana tm, corresponent al sumatori de tots els temps parcials dividit pel nombre de comunicacions,

, on c serà el nombre de comunicacions durant el període d'observació. Això ens permetrà després treballar amb una llei associada a la durada de les trucades, coneguda com exponencial negativa i sorgida de l'observació d'una quantitat molt elevada de comunicacions. c) En el tràfic no s'efectuen més de tres comunicacions simultànies. Això significaria,

simplificant el problema, que no serien necessàries n línies entre les centrals A i B. No obstant això, la possibilitat de trobar un circuit lliure disminuirà a mesura que augmenta la quantitat i la durada de les comunicacions.

Com a conclusió, encara que no és necessari dotar una central o un enllaç entre dues centrals d’una quantitat de circuits igual al nombre d'abonats, aquest nombre augmentarà en la mesura en què el temps acumulat de les comunicacions augmenti. En dimensionar el sistema, la mesura o el paràmetre utilitzat com a guia serà el volum de tràfic, que es representarà per la suma de tots els temps de les comunicacions,

. Considerem que és conseqüència de la concreció de N trucades. Sorgeix evidentment la idea de deixar de banda el valor absolut i treballar amb un valor relatiu que ens permeti definir la intensitat del tràfic o més concretament el tràfic per unitat de temps,

∫=T

dttnT

TY0

)(1

)( ,

on n(t) indica el nombre de dispositius ocupats en el temps t. El resultat de la intensitat de tràfic serà una xifra de mèrit adimensional que quantifica el nombre d'ocupació dels circuits durant un període donat. Com succeeix amb tot valor de mèrit, com major sigui el seu valor, major valor de la propietat li correspondrà, que en el nostre cas serà: com més tràfic (A), més ocupació dels circuits i, per descomptat, més probabilitat de trobar un circuit ocupat.

18

Com que la intensitat de tràfic és un valor relatiu, el període d'observació té un valor estrictament conceptual (T) i en general obeeix a criteris d'índole pràctica. Per aquesta raó s'adopta l'interval típic d'una hora.

Tràfic cursat

El tràfic cursat és el tràfic transportat per un grup de servidors durant l'interval de temps T. En aplicacions, el terme intensitat de tràfic té, en general, el significat d'intensitat de tràfic mitjà. La corba de la figura representa el tràfic cursat per un conjunt de recursos.

C: nombre de recursos ocupats en funció de t.

D: intensitat mitjana en un temps T.

Tràfic ofert

En models teòrics s'utilitza el concepte de tràfic ofert, és a dir, el tràfic que seria transportat si no es rebutgessin trucades a causa de la manca de capacitat, per exemple, si el nombre de servidors fos il·limitat. El tràfic ofert és un valor teòric i no pot ser mesurat, només és possible estimar-lo conforme al tràfic cursat. Teòricament es treballa amb la intensitat de tràfic λ, que és el nombre mitjà de trucades ofert per unitat de temps i temps mitjà de servei. El tràfic ofert és igual a

A = λ · tm. L’equació permet comprovar que la unitat de tràfic no té dimensió. Aquesta definició suposa que, conforme a la definició anterior, hi ha un nombre il·limitat de servidors. Si s'utilitza la definició per a un sistema amb capacitat limitada s'obtindrà una definició que depèn de la capacitat del sistema.

19

Tràfic perdut o rebutjat

La diferència entre el tràfic ofert i el tràfic cursat és igual al tràfic rebutjat. El valor d'aquest paràmetre es pot reduir augmentant la capacitat del sistema.

Unitats de mesura. L’Erlang

La unitat internacional de tràfic telefònic es denomina Erlang, en reconeixement al matemàtic danès A. K. Erlang, fundador de la teoria de tràfic telefònic. Un Erlang representa un circuit ocupat durant una hora. La intensitat de tràfic expressada en Erlangs representa: • El terme mitjà de trucades en progrés simultàniament durant el període d'una hora. • El terme mitjà de trucades originades durant un període de temps igual al terme

mitjà de trucada normal. • El temps total, expressat en hores, per transportar totes les trucades. Per exemple, si el ritme de trucada és de 5 trucades per minut i el temps mitjà de servei és de 3 minuts, el tràfic ofert serà llavors de 15 Erlangs. Llavors, el volum de tràfic ofert durant un dia laborable de 8 hores és de 120 Erlangs/dia.

Variacions de la intensitat de tràfic. Concepte d’hora carregada

El teletràfic varia conforme a l'activitat de la societat. El tràfic està generat per una sola font, els abonats, que normalment efectuen trucades telefòniques independents entre si. Una investigació de les variacions del tràfic indica que és parcialment de naturalesa estocàstica i parcialment de naturalesa determinista. Mitjançant la comparació de diversos dies es pot distingir una corba determinista amb variacions estocàstiques superposades. Durant un període de 24 hores el tràfic presenta una contribució com la que es mostra a la figura. El primer punt està produït per abonats d'oficines comercials al començament de les hores laborables del matí, possiblement trucades diferides del dia anterior. Al voltant de les 12 és hora d'esmorzar i a la tarda hi ha novament certa activitat. Al voltant de les 19 hores hi ha de nou un punt de màxima causat per trucades privades i una possible reducció de les taxes a partir de les 19.30 hores. La grandària recíproca de les crestes depèn, entre d’altres coses, de si la central està situada en una zona residencial típica o en una zona comercial. També depèn del tipus de tràfic desitjat.

20

Les variacions es poden dividir en variacions d'intensitat de la trucada i variacions en el temps de servei. A la figura es mostren les variacions en el temps mitjà de servei per a temps d'ocupació de línies d'enllaç durant 24 hores. Durant les hores de treball és constant, un poc menys de 3 minuts, a la tarda més 4 minuts, i per la nit és molt petita, al voltant d’1 minut.

21

Hora carregada

La major quantitat de tràfic no es produeix tots els dies a la mateixa hora. Es defineix el concepte d'hora carregada mitjana repetitiva (TCBH, Time Consistent Busy Hour) com els 60 minuts (determinat amb una exactitud de 15 minuts) que durant un llarg període sobre el terme mitjà té el tràfic més elevat. Alguns dies pot succeir que el tràfic durant l'hora més carregada sigui major que la TCBH, però el terme mitjà de diversos dies del tràfic en l'hora carregada serà el major. Les variacions deterministes en teletràfic es poden dividir en: • Variacions de 24 hores. • Variacions setmanals. Normalment el tràfic més dens es produeix els dilluns,

després els divendres, dimarts, dimecres i dijous. Els dissabtes i especialment els diumenges tenen un nivell de tràfic molt baix. Una regla empírica indica que el tràfic de 24 hores és igual a 7 vegades el tràfic de l'hora carregada, és a dir, només s'utilitza un terç de la capacitat del sistema telefònic.

• Variació durant un any. Hi ha una elevada afluència de tràfic al començament d'un mes, després d'una temporada festiva i tan bon punt comença un període trimestral.

• El tràfic augmenta cada any a causa del desenvolupament tecnològic i del factor econòmic de la societat.

Concepte de bloqueig

El sistema telefònic no està dimensionat perquè tots els abonats puguin connectar-se al mateix temps. Nombrosos abonats comparteixen els costosos equips de les centrals. La concentració té lloc de l'abonat a la central. L'equipament individual de cada abonat s'ha de fer el més econòmic possible. En general, s'espera que aproximadament entre el 5% i el 8% dels abonats pugui efectuar trucades al mateix temps en l'hora carregada (cada telèfon s'utilitza entre el 10% i el 16% del temps). D'aquesta manera, s'aprofiten els avantatges de la multiplexació estadística. Cada abonat ha de tenir la sensació que té accés sense restriccions a tots els recursos, tot i que els comparteixi amb molts altres abonats. La quantitat d'equips està limitada per raons econòmiques i, per tant, és possible que un abonat no pugui establir una trucada i hagi d'esperar o quedar bloquejat (per exemple, l'abonat rep el to d'ocupat i ha d’efectuar un nou intent de trucada). Ambdós són inconvenients per a l'abonat.

Congestió de temps

Mesura el bloqueig des del punt de vista del sistema. Fracció de temps en la qual tots els servidors estan ocupats.

Congestió d'atenció al servei (congestió de trucades)

Mesura la percepció de l'usuari respecte del sistema. Fracció de totes les trucades que troben tots els servidors ocupats.

22

Congestió de tràfic

Fracció de tot el tràfic ofert que no és cursat, possiblement a pesar de diversos intents.

RESUM

En aquesta sessió hem repassat els conceptes de procés estocàstic i presentat els models bàsics d’aparició d’esdeveniments i de temps de servei.

23

SESSIÓ 2: Teoria de probabilitats

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Teoria de probabilitats Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Akimaru1993] [Higginbottom1998] [mathematics.pdf] [hand03.pdf] [Teorema de Raikov.doc] [Teorema de Palm.doc] [Generalisation of the stationary Poisson process.doc]

PRECEDENTS

Al llarg de la carrera s’han tractat conceptes de teoria de probabilitats i d’estadística en diverses assignatures. En aquest capítol s’ordenaran aquests coneixements, orientats de manera especial a la teoria de teletràfic.

OBJECTIUS

Adquisició de la base matemàtica teòrica necessària per establir els models de la teoria de teletràfic.

CONTINGUTS

Processos estocàstics. Presentació dels processos puntuals. Distribucions de temps de servei. Processos d’aparició d’esdeveniments.

1.3. Distribució d’arribades

1.3.1. Teoria de probabilitat En la teoria de teletràfic es treballa amb intervals de temps no negatius. Els models matemàtics es basen en la consideració de variables estocàstiques no negatives.

24

Funcions de distribució

Si descrivim un interval temporal per a una variable estocàstica X, definim la funció de distribució de la variable estocàstica X com

00)(

0)()(_0

<=

∞<≤= ∫tpertF

tperudFtFt

.

[hand03.pdf] p. 1

Funció de distribució complementària

La funció de distribució complementària queda expressada de la següent manera,

)(1 tFF c −= .

[hand03.pdf] p. 1

Funció densitat de probabilitat

Si F(t) és diferenciable, es defineix la funció densitat de probabilitat com

0)()( ≥+≤<=⋅= tperdttXtpdttftdF .

[hand03.pdf] p. 2

Moments d’una variable estocàstica

Revisió de la teoria de moments.

[hand03.pdf] p. 2

Identitat de Palm

Les distribucions temporals amb arguments positius presenten propietats que faciliten el càlcul dels seus moments. La identitat de Palm serà d’especial aplicació en el càlcul de mitges i variàncies.

[hand03.pdf] p. 2

Coeficient de variació

Es defineix el coeficient de variació com la raó entre la desviació estàndard i la mitjana.

[hand03.pdf] p. 3

25

Factor de Palm

Es defineix el factor de Palm o factor de forma com la relació entre el moment de segon ordre i el quadrat del moment de primer ordre.

[hand03.pdf] p. 3

Temps de vida residual

Es pretén calcular la funció de distribució del temps de vida residual, per exemple, la funció de distribució de la variable estocàstica que representaria el temps d’ocupació d’una cabina telefònica durant una conversa, una vegada ha transcorregut un determinat temps des que va començar.

[hand03.pdf] p. 3-4

1.3.2. Temps de servei. Funcions de distribució

Distribució exponencial

És la més utilitzada en tots els processos anomenats temps de vida. Es presentaran la seva funció de distribució i els seus moments significatius.

[mathematics.pdf] Cap. 3, p. 13

1.3.3. Processos d’aparició d’esdeveniments

Descripció dels processos puntuals. Es defineix el procés puntual i les seves implicacions.

Teorema de Little

Es presenta el teorema de Little, publicat el 1961, com a únic resultat general per a tots els sistemes de cues.

[Akimaru1993] Cap. 1 p. 9-10

Procés de Poisson

És el més important dels processos puntuals. Com més complex és un procés, millor es pot assimilar a un procés de Poisson.

[mathematics.pdf] Cap. 3 p. 11

26

Funció de distribució

A partir d’un model físic s’obté la funció de distribució.

[mathematics.pdf] Cap. 3, p. 11

Teorema de Palm

Conny Palm va establir que la superposició de processos puntuals independents és un procés de Poisson considerant l’interval temporal apropiat.

[Teorema Palm.doc]

Teorema de Raikov

La divisió aleatòria de processos puntuals en subprocessos convergeix cap a un procés de Poisson quan la probabilitat d’un esdeveniment que pertany al subprocés tendeix a zero.

[Teorema de Raikov.doc]

Generalització del procés de Poisson

Per a aquells casos en què el procés de Poisson no modela adequadament la realitat, Kuezura va proposar el 1973 una generalització del procés de Poisson.

[Generalisation of the stationary Poisson process.doc]

RESUM

S’han obtingut els primers resultats quantitatius dels models de teletràfic. Les probabilitats d’estat s’obtenen en funció dels moments de primer ordre dels processos d’aparició d’esdeveniments i temps de servei. La formula d’Erlang-B modela els processos més comuns en l’aplicació diària de la teoria de teletràfic.

27

SESSIÓ 3: Processos de naixement-mort. Model d’Erlang-B

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Processos de naixement-mort. Model d’Erlang-B Tipus: teòrico-pràctica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Higginbottom1998] [gentraf_ww6-es.doc]

PRECEDENTS

Coneixements de la teoria de probabilitat i conceptes bàsics de tràfic.

OBJECTIUS

Establiment del model de processos de naixement-mort com a model teòric bàsic de la teoria de teletràfic. Introducció del concepte d’equilibri estadístic per al mencionat model. Resolució de les equacions d’equilibri. Presentació d’una primera aplicació del model als sistemes de peticions no ateses: model d’Erlang-B.

CONTINGUTS

Desenvolupament dels processos de naixement-mort com a cas particular dels processos de Markov. Obtenció de les probabilitats d’estat a partir de les equacions d’equilibri estadístic i dels models d’estat. Presentació del model de peticions no ateses abandona el sistema i la seva modelització mitjançant els processos de naixement-mort. Obtenció de paràmetres que mesuren el comportament del model. Es presenten exemples pràctics. Coneixement de l’ús de les taules d’Erlang-B com a ajuda en els càlculs.

1.3.4. Processos de naixement-mort (birth-death processes)

Es defineixen com els processos en què el valor de l’estat del sistema acostuma a variar en una unitat en cada canvi. Constitueixen un cas particular dels processos de Markov, en els quals el valor del següent estat depèn només del valor present, no del seu passat.

28

iλ : indica el ritme d’establiment de trucada.

iµ : indica el ritme d’alliberament de trucada.

El ritme d’alliberament s’expressa matemàticament com

m

it

i=µ .

Model matemàtic dels processos naixement-mort

Considerem un procés de Markov en el qual les transicions es produeixin de manera unitària, és a dir, que no pugui canviar el seu estat en més d’1 en un instant donat (no puguin ocórrer esdeveniments simultanis). Si intentem conèixer la probabilitat que en el temps t + ∆t el sistema estigui atenent i peticions, hauríem de considerar totes les possibilitats que compleixin el requisit: • Que estant atenent i peticions en el temps t no ocorrin ni nous establiments ni

alliberacions de trucada en l'interval (t, t + ∆t). • Que estant amb i – 1 peticions en el temps t ocorri una petició de servei en

l'interval (t, t + ∆t). • Que estant amb i + 1 peticions de servei en el temps t ocorri un alliberament.

[ ] [ ] ( ) [ ] [ ] titittiiiP ititiittttt ∆++∆−+∆−∆−== +−∆+∆+ 11 111)( µλµλ .

Que podem reordenar

[ ] [ ] ( )[ ] [ ] [ ]tititiittt iii

t

ii11 11 ++−++−=

∆−

+−∆+ µλµλ

[ ] ( )[ ] [ ] [ ]tititiit iiit

id11 11 ++−++−=

∆ +− µλµλ .

Cas d’equilibri estadístic o estat estacionari

Si considerem la condició d'equilibri estadístic, és a dir, que les probabilitats d'estat es mantenen constants durant un determinat període, la derivada de la probabilitat d'estat serà nul·la.

( )[ ] [ ] [ ]tititii iii 110 11 ++−++−= +− µλµλ .

0 1 2 λ0

µ2 µ1

λ1 3

µ3

λ2

N-1 N

µn

λn-1 j

λ3 λi

µ4 µi+1

λi-1

µi

λn-2

µn-1

29

Considerant que

( )[ ] [ ] [ ]

]0[]0[]1[][

]0[]2[]3[

]0[]1[]2[

1]0[]1[

1100

0

'00

1

1

0

21

1101

321

210

3

2

21

10

2

1

1

1

0

1100

10

∏∏

=

=

−=

=−−

−

−

=⋅⋅⋅

⋅⋅⋅=−=

⋅⋅⋅

==

==

==

+−++−=

===

ik

k k

ij

j j

i

i

i

i ii

tmquetenimon

i

anterioreqüacióliindexselsantdesenvolupii

µ

λµµµ

λλλµ

λ

µµµλλλ

µλ

µµλλ

µλ

µµλ

µλµλ

λµ

Tenim ara totes les probabilitats d’estat en funció de la probabilitat de 0, [0]. Del desenvolupament anterior també obtenim l’equació general del sistema en equilibri estadístic, en què podem observar que quan un sistema està en equilibri veiem que la probabilitat d’entrar en un estat és igual que la de sortir-ne.

. Per calcular la probabilitat de [0] sabem que la suma de totes les probabilitats d’estat ha de ser la unitat.

⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++++

=

=

⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++++

=⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+++

∞=

∏∏

∏∏

∑

=

=

−=

=

=

=

−=

=

=

ik

k k

ij

j j

ik

k k

ij

j j

N

i

i

serpotNquetenimoni

1

1

0

321

210

21

10

1

0

1

1

0

321

210

21

10

1

0

0

1

1]0[

11]0[

1][]2[]1[]0[

1][

µ

λµµµλλλ

µµλλ

µλ

µ

λµµµλλλ

µµλλ

µλ

Llavors, qualsevol probabilitat d'estat només és la funció de les taxes d'aparició d'esdeveniments i del temps mitjà de servei o taxa de d’alliberament.

[Higginbottom1998] p. 61-66

30

1.4. Sistemes amb pèrdues

1.4.1. Sistemes de pèrdua. Fórmula d’Erlang-B

Introducció

Es considera un sistema format per un grup homogeni de servidors, entenent per homogeni que tots els servidors tinguin idèntiques propietats i que treballin en paral·lel. Les peticions de servei s’atenen si hi ha algun servidor lliure. Si tots els servidors estan ocupats, la petició de servei es rebutja i abandona el sistema.

Caracterització del tràfic

Es considera que l’aparició d’esdeveniments és un procés de Poisson amb paràmetre λ, i que els temps de servei presenten una distribució exponencial de paràmetre µ. Aquestes hipòtesis permeten caracteritzar el procés com de naixement-mort.

Suposem λλλ === .....10 ,

i sabent que

][*]1[*;; 1 iit

A

t

iii

mm

i µλλµ =−== − ,

llavors,

][*]1[* it

ii

t

A

mm

=− .

[gentraf_ww6-es.doc] p. 2

0 1 2

λ

µ2 µ1

λ

3

µ3

λ

N-1 N

µn

λ

j

λ λ

µ4 µj+1

λ

µj

λ

µn-1

31

Equacions d’estat

Les equacions d’estat són:

]0[!

][

]0[!

][

]0[!3

]0[123

]0[]2[]3[

]0[2

]0[12

]0[]1[]2[

]0[]0[1

]0[]1[

33

1233

22

122

1

N

AN

i

Ai

A

ttt

A

tt

At

N

i

mmm

mm

m

=

=

⋅⋅⋅

=⋅⋅

===

=⋅

===

===

λµµµ

λλλµλ

λµµ

λλµλ

λµλ

Tenim ara totes les probabilitats d’estat en funció de la probabilitat de 0, [0]. Per calcular la probabilitat de [0] sabem que la suma de totes les probabilitats d’estat ha de ser la unitat.

∑

∑

∑

∑

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++++

=

=

+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++++

=+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+++==

Nj

j

j

N

Nj

j

j

i

Nj

j

jNi

Ni

N

i

jA

NAN

jA

iAi

jAN

A

i

AAAA

N

A

i

AAAA

Nii

0

0

0

32

32

0

!

!][

!

!][

!

1

!!!3!21

1]0[

1!!!3!2

1]0[

1][][]2[]1[]0[1][

Aquesta fórmula ens dóna la congestió de temps del sistema, és a dir, la fracció de temps en què el sistema té tots els servidors ocupats.

[gentraf_ww6-es.doc] p. 14-16

32

Obtenció de la probabilitat de pèrdua

Es defineix la probabilitat de pèrdua com la probabilitat que una petició de servei arribi amb tots els servidors ocupats. Es perdran les trucades que arribin en l’estat N, és a dir, els N servidors ocupats. El ratio entre les trucades que arribin amb tots els servidors ocupats i totes les trucades serà la probabilitat de pèrdua. Es demostra que la probabilitat de pèrdua és igual a la probabilitat de l’estat N. Per calcular la congestió de tràfic, és a dir, el tràfic que es perd, i que denotarem com B, o també B = E1,N(A), també anomenada funció d’Erlang de primera espècie:

][][][]1[]0[

][

][][]1[]0[

][

'

NNi

N

Ni

NB

trucadeslestotes

Nestatlaarribenquetrucades

trucadeslestotes

perdenesquetrucadesB

=+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++

=+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅++

=

==

λλλλλ

.

[gentraf_ww6-es.doc] p. 14-16

Fórmula d’Erlang-B

L’expressió de la probabilitat de l’estat N en funció del tràfic ofert i de les probabilitats d’estat és l’anomenada fórmula d’Erlang-B.

[ ][ ] [ ] [ ]N

NtEB mN λλλ

λλ+++

=⋅=...10

)(,1.

Simplificant i tenint en compte que [ ] [ ] [ ] [ ] 1...1010

=+++⇒=∑∞

=

Nii

, deduïm la fórmula

d’Erlang,

[ ]∑∑

==

=⋅

⋅

==N

i

i

N

N

i

i

m

N

m

i

A

N

A

i

t

N

t

NB

00 !

!

!

)(

!

)(

λ

λ

.

[gentraf_ww6-es.doc] p. 14-16

Tràfic cursat

Es defineix el tràfic cursat com l’atès pels servidors. És igual al tràfic ofert menys el tràfic perdut.

)1( BAA OfertCursat −= .

33

Taules d’Erlang

La fórmula d’Erlang-B relaciona la probabilitat de pèrdua amb el tràfic ofert i el nombre de servidors. La tabulació de la fórmula per a diferents valors d’aquestes variables permet un ús fàcil i intuïtiu de l’expressió, calculant una variable en funció de les altres dues.

[Martine1994] p. 159-165

Problema de dimensionament resolt

Tenim un sistema amb pèrdues sense reintents que es caracteritza per un ritme d'arribada de 200 trucades per hora i amb un temps mitjà de durada per trucada de 4 minuts. Quants circuits o servidors hauríem de posar per tal de tenir una probabilitat de bloqueig menor que 2%? Resolució.

34

En primer lloc hem de trobar quina és la intensitat del tràfic del sistema:

Erlangs33'13604

200tA m =⋅=⋅λ= .

Per saber el nombre de circuits necessaris per a una probabilitat de bloqueig menor que 2% hem de recórrer a les taules d’Erlang. Partint de la columna de probabilitat de bloqueig de 0,02, anem baixant fins a trobar un nombre immediatament superior a la intensitat de tràfic ofert per la xarxa (13,33 Erlangs). Aquest valor correspon a 14,0. A continuació mirem quants circuits necessitem per tal de mantenir aquest valor.

El nombre de circuits és 21.

35

Problema de dimensionament resolt

Tenim un sistema amb pèrdues sense reintents, la intensitat del tràfic ofert és de 8,5 Erlangs, i el nombre de circuits és de 10. Quina és la probabilitat de pèrdues? Resolució. Busquem a la fila de 10 circuits un valor pròxim a 8,5 Erlangs, trobem 8,7 i mirem a quina columna correspon.

La probabilitat de bloqueig és de 0,16 o, el que és el mateix, inferior al 16%.

RESUM

S’ha desenvolupat un model matemàtic que, amb la hipòtesi d’equilibri estadístic, permet el càlcul de les probabilitats d’estat. Com a primer escenari d’aplicació del model s’ha estudiat el cas de peticions de servei no ateses que abandonen el sistema, obtenint-se paràmetres com el grau de servei. L’aplicació en el dimensionament de molts sistemes pràctics de telecomunicacions s’ha realitzat mitjançant l’ajuda de les taules d’Erlang-B.

36

37

SESSIÓ 4: Sistemes amb reintents. Sistemes amb fonts finites: models d’Engset

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Sistemes amb reintents. Sistemes amb fonts finites: models d’Engset Tipus: teòrico-pràctica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Akimaru1993]

PRECEDENTS

Model d’Erlang-B i expressions generals de les probabilitats d’estat en els models de naixement-mort.

OBJECTIUS

Modelar la situació real del reintent en la petició de serveis. Aprendre a relacionar la taxa d’aparició d’esdeveniments amb les fonts del sistema. Modelar, mitjançant el concepte de font lliure, la relació entre l’estat del sistema i la taxa d’aparició d’esdeveniments. Obtenció dels paràmetres de definició per als sistemes de fonts finites mitjançant l’aplicació del model d’Engset.

CONTINGUTS

Es presenten algoritmes recursius de càlcul per a la modelització dels reintents i s’obtenen els paràmetres de desenvolupament. S’estudia el cas de fonts finites i el model d’Engset i s’obtenen els paràmetres de desenvolupament. Es desenvolupen exemples pràctics.

1.4.2. Sistemes de pèrdues amb reintents Condicions aplicables als sistemes amb reintents.

Modelat matemàtic dels reintents

Considerant una taxa de trucada inicial de λ, es produirà una congestió de trucades B, és a dir, λB trucades reintentaran obtenir servei, situació que tindrà com a efecte que la taxa de trucades que observarà el sistema serà de

38

Bλλλ +='

. Però les trucades que reintenten poden trobar-se el sistema ocupat, cosa que produirà un segon reintent; la situació pot iterar-se, modelant-se per

......2' +++++= jBBB λλλλλ , que és una sèrie amb raó menor que la unitat

B−=1

' λλ,

multiplicant ambdós membres pel temps mitjà de servei tm

B

AA

−=1

'.

Es considerarà doncs, un sistema equivalent amb una taxa de trucada λ’, o bé un tràfic ofert A’ i s'aplicarà el model d’Erlang per a trucades perdudes. No obstant això, en les equacions de càlcul de λ’ i A’, B depèn de λ’ i A’, llavors serà necessari desenvolupar un procés iteratiu.

[Bellamy2000] p. 477-479

Aplicació del model

El model implica un desenvolupament recursiu, l'algoritme del qual es presenta de manera pràctica. El procés és el mateix per a λ i per a A. Es desenvoluparà per a A. Amb el tràfic ofert del primer intent A es calcula B. Amb el valor de B obtingut es calcula A’. Amb el valor de A’ s'obté un nou B. Amb B s'obté un nou valor de A’. Es comparen els valors de A’ obtinguts i s'itera el procés fins que la diferència entri dintre del rang de precisió establert. La sèrie de valors obtinguts ha de ser convergent, la qual cosa serà certa llevat que el tràfic ofert sigui major que el nombre de servidors. El resultat que es persegueix és el coneixement de la B final, és a dir, de la probabilitat que experimentin els usuaris de trobar tots els servidors ocupats. És interessant observar que en aquest escenari i amb la condició de A < N (on N és el nombre de servidors), el tràfic cursat serà igual al tràfic ofert. Això és així perquè les trucades reintenten obtenir servei fins que ho aconsegueixen.

39

Nota : Formulació de l'algorisme de càlcul.

3

'

3

3

'

2

'

12

2

'

2

2

'

1

1

'

1

1

1

'¿?

1

1

B inicial

B

AA

BA

AA

B

AA

BA

B

AA

A

−=

→

<−

−=

→

−=

→

ε

Nota: observeu que en el càlcul de les A’ en el numerador es manté el tràfic ofert original.

[Bellamy2000] p. 477- 479

Algoritme de Jewitt-Schrago

Jewitt i Schrago presenten un model que permet modelar l’abandonament de les peticions de servei. No totes les trucades que no aconsegueixen servei ho reintenten. Es considera que el tant per cent d’abandonament es manté constant i independent del nombre de reintents. Aquest escenari s'acosta més a la realitat, ja que no totes les peticions de servei ho reintenten. Jewitt i Schrago van presentar un algoritme senzill que permet els càlculs. Algoritme 1. Partint del tràfic ofert en primera instància es calcula B. 2. Amb B es calcula el tràfic rebutjat. 3. Es calcula el tràfic cursat. 4. Sobre el tràfic rebutjat s'aplica la taxa d'abandonament o de reintent (són

complementàries). 5. Es calcula el tràfic cursat més el tràfic que abandona. 6. Si el tràfic cursat més l’abandonat no s'acosta prou al tràfic ofert, es calcula un nou

tràfic ofert com l'original més el de reintent. 7. Es repeteix el procés fins que el tràfic cursat més l’abandonat sigui igual (prou

pròxim) al tràfic ofert. Nota: en la suma de reintent més ofert s'utilitza el tràfic ofert en primera instància. En cada iteració podrien utilitzar-se diferents taxes d'abandonament.

40

Exemple d’aplicació de l’algoritme de Jewitt-Schrago

A un sistema amb dos servidors se li ofereix un tràfic de 1,3 Erlangs. Les trucades no ateses reintenten l'obtenció de servei, amb una taxa d'abandonament del 40%. Calculeu la probabilitat de pèrdua percebuda. Calculeu el tràfic perdut.

Per overflow s'entén el tràfic que abandona el sistema. En el moment en què el tràfic cursat més l’overflow sigui igual al tràfic ofert es "paren" les iteracions. Evidentment, depèn de la precisió de l'ajust.

1.5. Probabilitat de bloqueig

1.5.1. Sistemes de pèrdues amb fonts finites

Models d’Engset

Engset va demostrar que el dimensionament de servidors que es dedueix de l’aplicació dels models d’Erlang tendeix a sobredimensionar-los quan el nombre de fonts no és molt major que el nombre de servidors. La seva hipòtesi es basa en considerar una taxa de petició de servei lligada al nombre de fonts amb capacitat per fer-ho. Només les fonts lliures, aquelles que no estan sent ateses després d’una petició de servei, tenen capacitat per generar una nova petició.

[Akimaru1993] p. 16-17

41

Tràfic per font lliure

Taxa de trucades. Es presenta un model senzill per relacionar la taxa de trucades en funció de l’estat del sistema. Definim la taxa de trucada en l’estat j com proporcional al nombre de fonts lliures en el sistema,

( )βλ jSj −= .

On definim: S: nombre de fonts del sistema. β: taxa d’establiment de trucades per font lliure. λj: taxa d’establiment de trucada en l’estat j, j servidors ocupats.

[Akimaru1993] p. 16-17

Model d’estats

A partir de la definició de la nova taxa de trucades es desenvolupa un model d’estats per al sistema. Denominem: N: nombre de servidors. S: nombre de fonts del sistema. β: taxa d’establiment de trucades per font lliure. λj: taxa d’establiment de trucada en l’estat j, j servidors ocupats. tm: temps mitjà de servei. µj = taxa d’alliberament en l’estat j. El comportament de cada font es modela de la següent manera: quan la font està lliure la seva taxa de trucada és constant i de valor β, quan la font està ocupada el valor de la seva taxa de trucada és zero. A partir del diagrama d'estats

. Les equacions d'equilibri d'estats estableixen la relació

[ ] [ ]jj jj µλ =−− 11 i ( )βλ jSj −= .

[Akimaru1993] p. 17

0 1 2 λ0

µ2 µ1

λ1 3

µ3

λ2

N-1 N

µn

λn-1 j

λ3 λj

µ4 µj+1

λj-1

µj

λn-2

µn-1

42

Derivació de les probabilitats d’estat

S’obtenen les probabilitats d’estat.

[ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]0

0

0!3

)2)(1(3

02

)1(012

lliurefont per tràfic, tdefinint 001

01

3

2

12

01

2

1

m

1

0

N

j

m

N

SN

j

Sj

SSS

SS

S

t

S

α

α

α

αµµλλ

µλ

βααβµλ

=

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅

−−=

−===

⋅====

Obtinguem ara una expressió per a [0]. Com sempre, considerem que la suma de les probabilitats d'estat és 1.

[ ]

[ ]∑

=

=

=

++

++

+

+

+

=

N

i

i

Nj

i

S

N

S

j

SSSSS

0

320

10

3210

10

α

αααααα LL

[Akimaru1993] p. 17-18

Congestió de temps

Per als sistemes modelats per Engset la congestió de temps no és igual a la congestió de trucades. S’obté una expressió vàlida per a aquest model,

[ ]∑

=

=N

i

i

N

i

S

N

S

N

0

α

α,

que és l'expressió per a la congestió de temps, la probabilitat de tenir tots els servidors ocupats.

[Akimaru1993] p. 19-24

43

Congestió de trucades

La probabilitat de pèrdua o de congestió de trucades correspondrà a la probabilitat que una trucada arribi amb tots els servidors ocupats.

[ ][ ] [ ] [ ] [ ]

( ) [ ][ ] ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) [ ]NNSNNSSSS

NNSB

NN

NB

NN

N

ββββββ

λλλλλ

−+−−−++−+−+−=

=+−+++

=−

1)1(22110

110 110

L

L

.

Ara podem eliminar β, i posant les probabilitats d'estat en funció de la probabilitat de [0]:

( ) [ ]

[ ] ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) [ ]

[ ]

∑=

−

=

=

−++

−+

−+

−

=

N

i

i

N

N

N

i

S

N

SNS

SS

SSS

N

SNS

B

0

2

1

N

1-S

B

Sper r denominado el inumerador eldividint i 0 eliminant

002

201

10

0

α

α

ααα

α

L

La congestió de trucades per a S fonts és igual que la congestió de temps per a S – 1 fonts. La congestió de temps és major que la congestió de trucades. Nota .

( ) ( ) ( )( ) ( )

−=

⋅+−−−⋅−=

−N

S

NS

NSSSSNS

N

S

S

NS 1

!

121 L

.

[Akimaru1993] p. 19-24

Càlcul de la congestió de temps i de trucades

Hem desenvolupat expressions per a [N] i B en funció del tràfic ofert per font lliure. Si volem relacionar aquesta variable amb el tràfic ofert per font o el tràfic ofert (total) partirem de l'expressió

( ) ( )BS

AS

A

BAS

A

−−=

−−=

111α

, que estableix que el tràfic per font lliure és igual al tràfic ofert dividit pel nombre mitjà de fonts lliures. L'expressió A(1 – B) representa el tràfic cursat, que pot interpretar-se

44

com el nombre mitjà de servidors ocupats, que en aquest cas és el mateix que el nombre mitjà de fonts actives. En aquesta fórmula és important observar que la probabilitat de pèrdua B és la funció del tràfic per font lliure α, per la qual cosa serà necessari desenvolupar un procediment iteratiu.

Algoritme de càlcul de B

La dada és el tràfic ofert. Se suposa conegut el nombre de fonts S i el de servidors N. La fórmula que relaciona α amb A és

( )BAS

A

−−=

1α

. D’aquí podem dir que

( )BS

A−+

=11 αα

. Algoritme: 1. Partim d'una primera aproximació de α, considerant B = 0. 2. Amb el valor de α s'obté un primer valor de B. 3. Se substitueixen els valors de α i de B en la fórmula de A, i es compara l'estimació

de A obtinguda amb la dada de tràfic ofert; si la diferència està per sobre de la precisió necessària en el nostre càlcul,

4. es calcula una nova α amb el valor de B obtingut al punt 2. 5. Es calcula un nou B amb el valor de α del punt 4. 6. Es realitza una nova estimació de A com al punt 3; si la diferència està per sobre

de la precisió necessària es repeteix des del punt 4.

Fórmula iterativa per al càlcul de B

B és funció de N, S i α.

( ) ( )( ) ( )

( ) 1,,0

,,1

,,1),,(

=−−+

−−=

ααα

ααα

SB

SNBNSN

SNBNSSNB

. La probabilitat de pèrdua amb zero servidors és d’1.

45

Exercicis Engset

Es presenten exemples numèrics del modelat d’Engset.

[Ejer_Engset-1.doc]

[Ejer_engset-2.doc]

RESUM

Es millora l’escenari d’Erlang-B, la qual cosa permet reintents a les peticions de servei no ateses. El model d’Engset permet dimensionar sistemes amb fonts finites, demostrant que l’aplicació del model d’Erlang-B sobredimensiona els recursos quan les fonts no són infinites o, com a mínim, alguns ordres majors que el nombre de recursos.

46

47

SESSIÓ 5: Sistemes de cues

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Sistemes de cues Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Akimaru1993] [Higginbottom1998]

PRECEDENTS

Models de naixement-mort. Introducció a la probabilitat.

OBJECTIUS

Establir el model de peticions no ateses que esperen. Presentar la notació de Kendall dels sistemes de cues. Aplicar els models d’estat als sistemes de cues elementals. Obtenció de la fórmula d’Erlang-C.

CONTINGUTS

Classificació de Kendall. Obtenció de les probabilitats d’estat per als casos M/M/N i M/M/N/N + L. Obtenció dels paràmetres significatius en models de cues.

1.6. Sistemes de cues

1.6.1. Sistemes de cues

Sistemes de cues

Si les peticions de servei no ateses esperen que un servidor quedi lliure en comptes d’abandonar el sistema, estem davant d’un sistema de cues.

Taxonomia de les cues. Notació de Kendall

Atenent el procés d'aparició d'esdeveniments, la durada del servei, el nombre de servidors, les posicions, i la disciplina de cua, el 1953 D.G. Kendall va establir una classificació de les cues que possibilita la seva definició de forma compacta.

48

A/B/c/k/s/Z

• A: procés d'arribada. • B: procés de servei. • c: nombre de canals o servidors. • k: capacitat del sistema. • s: nombre de fonts. • Z: disciplina de la cua.

Procés d’arribada • M: Markovià, random, exponencial. • I: Erlangià.

Cues concatenades (ex. permís de conduir). Ek k cues concatenades.

• H: hiperexponencial. Tràfics de pic.

• h: hipoexponencial. Tràfic allisat.

• G: general.

Procés de servei • Markovià. • Erlangià. • Hiperexponencial. • Hipoexponencial. • General.

Nombre de canals 1, 2, 3, ..., ∞.

Capacitat del sistema Servidors + posicions de cua.

Nombre de fonts 1, 2, 3, ..., ∞.

Disciplina de la cua • FCFS, primer entra - primer surt (PEPS). • LCFS, últim entra - primer surt.

49

• SIRO, servei aleatori (Service in Random Order). • GD, general (General Discipline). • RR, Round Robin.

[Akimaru1993] p. 7

Fórmules de Little

El teorema de Little és l'única expressió vàlida per a tots els tipus de cues. Va ser publicat per Little el 1961. Es considera un sistema al qual hi arriben peticions de servei de manera aleatòria. Les peticions esperen fins a obtenir servei, una vegada completat abandonen el sistema. El teorema estableix:

N = λW. N: nombre mitjà d'usuaris en la cua. λ: taxa mitjana d'arribades a la cua. W: temps mitjà en la cua. Per provar aquesta relació considerem que el sistema està en equilibri estadístic. Per a un interval de temps t. N(t) = nombre d'arribades en t. A(t) = temps total de servei per a tots els usuaris en l'interval de temps t. λ(t) = N(t)/t, intensitat mitjana de les peticions en l'interval t. W(t) = A(t)/N(t), temps mitjà en el sistema durant l'interval t. L(t) = A(t)/t, nombre mitjà de peticions en el sistema durant l'interval t.

)()()()()(

)( tWtT

tNtW

T

tAtL ⋅=⋅== λ .

En el límit fent t → ∞∞∞∞ . Si els límits existeixen

)(lim

)(lim

tWW

t

T

T

∞→

∞→

== λλ

,

també existirà el límit de L,

L = λW.

[Akimaru1993] p. 9-10

50

1.6.2. Sistemes de cues amb fonts infinites, taxa de trucada constant i capacitat de cua infinita M/N/N

Es presenta el model més simple de cues, que serveix de base per a la resta.

Models d’estat

Suposem N servidors i fonts infinites.

En aquest cas, com que el nombre de fonts és molt més gran que el nombre de servidors, podem considerar la intensitat de tràfic λ constant. Partirem de l’equació d’equilibri d’estat

La taxa de sortida fins a l’estat N (sent N el nombre de servidors) és de

servei de mig tempst

ocupats servidors de número i

m ==

=m

it

iµ

.

A partir de l’estat N, no pot augmentar la taxa de sortida, és a dir, per als estats N, N + 1, N + 2, ..., la taxa de sortida és constant:

m

NjNt

N==+ µµ .

[Akimaru1993] p. 25-38

0 1

µ1

λ

N-1 N

µn

λ N+1

µn

λ …j

λ λ

µ2 µj+1

λ

µj

λ

µn-1

[ ] [ ] [ ]111 −=−= − i

ti

tA

ii

m

m

i

i

µλ

51

Derivació de les probabilitats d’estat

Resolució de les equacions d’equilibri mitjançant el model anterior. Es limita el tràfic ofert (la càrrega de treball) al nombre de servidors, és a dir, A < N. Plantejant les equacions d’estat

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

...

0!

...

0!

2

0!

1

0!

...

0!3

3

02

2

01

2

3

2

N

A

N

AjN

N

A

N

AN

N

A

N

AN

N

AN

N

AN

A

A

A

Nj

N

N

N

=+

=+

==+

=

=

=

=

A partir d’aquí, i coneixent que el sumatori de probabilitats d’estats és igual a 1, s’obté la fórmula de l’estat 0.

[ ]

[ ]

[ ]∑

∑ ∑

−

=

−

=

∞

=

−+

=

+=

⋅⋅⋅+

+⋅⋅⋅+

+

++⋅⋅⋅++++=

1

0

1

0 0

23

2

!!

10

unitat la amenor raó de serie unad' suma la contér denominado del esegon term el

!!

10

!!!!!3!21

10

N

i

Ni

N

i j

jNi

NjNNN

AN

N

N

A

i

A

N

A

N

A

i

A

N

A

N

A

N

A

N

A

N

A

N

A

N

AAAA

Obtenint el valor de [0] es coneixen els valors de les probabilitats d’estat.

52

Per exemple, la probabilitat de tenir tots els servidors ocupats serà

[ ] ( )∑

−

= −+

=1

0 !!

!N

i

Ni

N

AN

N

N

A

i

AN

AN .

[Akimaru1993] p. 25-38

Probabilitat d’entrar en cua

A partir del coneixement de les probabilitats d’estat es deriva una expressió pràctica que permet obtenir la probabilitat que una petició de servei no sigui atesa immediatament. La probabilitat d'entrar en cua serà la probabilitat que entri una petició de servei quan tots els servidors estiguin ocupats. Aquesta situació es donarà quan el sistema es trobi en els estats N, N + 1, N + 2, ... Usualment, la probabilitat d'entrar en cua es representa com p(>0), literalment la probabilitat que el temps d'espera sigui major que zero. Per tant,

[ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] K

L

++++++++=>

210

21)0(

λλλλλλ NNN

p ,

és a dir, la relació entre les peticions de servei que arriben amb tots els servidors ocupats i totes les peticions de servei. Eliminant λ i posant totes les probabilitats d'estat en funció de la probabilitat [0],

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] LL

L

++++++

+

+

+=>

0!

0!3

0!2

00

0!

0!

0!

)0(32

2

N

AAAA

N

A

N

A

N

A

N

A

N

A

pN

NNN

,

eliminant [0], i reordenant reutilitzant els resultats obtinguts en el càlcul de les probabilitats d'estat,

∑−

= −+

−=+++++

+

+

+=>

1

0

2

2

!!

!

!!21

1!

)0(N

i

Ni

N

N

N

AN

N

N

A

i

AAN

N

N

A

N

AAA

N

A

N

A

N

A

p

LL

L

.

Aquesta expressió admet una simplificació elegant.

53

Accions:

sumar i restar al denominador el terme !N

AN

, amb la qual cosa el denominador

quedaria

∑=

−−

+N

i

Ni

AN

N

N

A

N

A

0

1!!

;

dividir ara el numerador i el denominador per ∑=

N

i

i

i

A

0 !, identificant que

B

i

A

N

A

N

i

i

N

=

∑=0 !

! ,

és a dir, la probabilitat de pèrdua d’un sistema del tipus Erlang-B amb un tràfic ofert A i N servidors:

( )BAN

BNp

ABAN

BN

AN

AB

AN

NB

AN

NB

AN

NB

p

−−=>

+−=

−+

−=

−−

+

−=>

1)0(

111

)0(

Aquesta fórmula es coneix com Erlang-C o segona fórmula d’Erlang EN,2(A).

[Akimaru1993] p. 25-38

Càlcul de la longitud mitjana de la cua M/M/N

A partir de les probabilitats d'estat s'obté una expressió que permet calcular la longitud mitjana de la cua. Suposem que mostregem l'estat d'un sistema M/M/N amb una freqüència suficient, és a dir, relacionada amb l'escala de temps del sistema. En cada mostra prenem com a dada la longitud de la cua. Quin serà el valor mitjà? D'una manera intuïtiva podem establir que el valor mitjà de la cua pot expressar-se com

[ ]∑∞

=

+=0j

q jNjL ,

54

és a dir, fem la mitjana de la longitud de la cua amb la proporció del temps que té aquesta longitud. Desenvolupant l'expressió

[ ] [ ]j

j

Nj

j

N

qN

Aj

N

A

N

A

N

AjL ∑∑

∞

=

∞

=

=

=00

0!

0!

utilitzant que

( )

[ ] ( ) [ ]2

2

02

0!1

0!

1r amb 1

−=

−=

<−

=∑∞

=

AN

N

N

A

N

A

NA

NA

N

AL

r

rrj

NN

q

j

j

,

i com que

[ ]

AN

ApL

AN

N

N

Ap

q

N

−>=

−=>

)0(

0!

)0(

.

Nota aclaridora:

( ) 1r amb 10

2<

−=∑

∞

=j

j

r

rrj

( ) ( )2200

1

11

1

r

r

rrr

dr

drjr

jrdr

dr

j

j

j

j

jj

−=

−⋅==

=

∑∑∞

=

∞

=

−

[Akimaru1993] p. 25-38

Temps mitjà en la cua

A partir de les fórmules de Little s’obté una expressió per al temps mitjà en la cua. Hi ha dos possibles preguntes a les quals respondre: • Quin és el temps mitjà en la cua considerant totes les peticions de servei? En

aquest cas, les peticions de servei que troben servidor lliure tenen un temps d'espera nul.

• Quin és el temps mitjà d'espera per a les peticions de servei que entren en cua?

55

[Akimaru1993] p. 25-38

Temps mitjà en la cua considerant totes les trucades

El teorema de Little estableix que

wq tL λ= ,

per tant,

AN

tp

tN

tp

AN

Ap

Lt m

m

mq

w −>=

−>=

−>== )0()0(

1)0(

1

λλ

λλλ.

[Akimaru1993] p. 25-38

Temps mitjà en la cua considerant únicament les trucades que entren en cua

Si només es consideren les peticions no ateses, es calcula el temps mitjà que experimenten en cua. En aquest cas, com que no es consideren les peticions de servei que troben servidor lliure, en els càlculs de probabilitat s’ha de dividir cada probabilitat per p(>0), per tant,

AN

tt mwq −

= ,

on twq és el temps mitjà en cua per a les peticions que entrin en cua.

[Akimaru1993] p. 25 -38

Exemples aplicació. Cas M/M/1

La cua amb un servidor és un dels casos de més aplicació en la vida diària. Es presenta un estudi en profunditat.

[Higginbottom1998] p. 67-76

Funció de distribució del temps en cua

Es tracta de respondre a la pregunta, quina és la probabilitat de romandre en cua més d'un determinat temps t? Per respondre a aquesta pregunta cal establir la disciplina de la cua. Si la disciplina és primer entra - primer surt (FIFO) –que és la que ens trobem quotidianament–, en cas que ens trobem en la posició j de la cua, perquè siguem atesos han de produir-se j

56

terminacions de servei. Les terminacions es produeixen amb una fdp exponencial, el paràmetre de la qual és el temps mitjà en la cua per a les trucades que entren en cua. Llavors,

mt

tAN

c etp)(

)(−−

=> .

Aquesta seria la probabilitat que una trucada que ha entrat en cua romangui en ella més de t. Si volem calcular la probabilitat que una petició de servei qualsevol romangui en cua més de t:

( )

m

m

t

tAN

t

tAN

eptp

epptp

)(

)(

)0()(

)0(0)0(1)(

−−

−−

⋅>=>

⋅>+⋅>−=>

.

Exercicis de cues infinites

Al document referenciat es presenta un exercici de cues finites.

[Ejer_colainf.doc]

1.6.3. Cues de longitud finita M/N/N/N + L

Si es limita el nombre d’estats de cua, el sistema es converteix en mixt. Les peticions no ateses entraran en cua fins que aquesta s’ompli. Les peticions que arribin amb la cua plena es considera que abandonen el sistema.

[Akimaru1993] p. 25-38

Models d’estat

Suposem N servidors i fonts infinites.

En aquest cas, com que el nombre de fonts és molt més gran que el nombre de servidors, podem considerar que la intensitat de tràfic és constant.

0 1

µ1

λ

N-1 N

µn

λ

N+1

µn

λ …j

λ λ

µ2 µj+1

λ

µj

λ

µn-1

57

Partim de l'equació d'equilibri d'estat

La taxa de sortida fins a l’estat N (sent N el nombre de servidors) és de

servei de mig tempst

ocupats servidors de número i

m ==

=m

it

iµ

A partir de l’estat N, no pot augmentar la taxa de sortida, és a dir, per als estats N, N + 1, N + 2, ..., la taxa de sortida és constant:

m

NjNt

N==+ µµ .

[Akimaru1993] p. 25-38

Derivació de les probabilitats d’estat

Utilitzant els resultats anteriors podem establir que

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ]

+=

≤≤

=+

≤≤=

∑ ∑−

= =

1

0 0 !!

10

)0(0!

)0(0!

N

i

L

k

Nki

Nj

j

N

A

N

A

i

A

LjaperN

A

N

AjN

Njaperj

Aj

En aquesta equació tenim en el denominador una sèrie finita de raó menor que la unitat. Podem fer, doncs,

[ ] ( )∑

−

=

+

−

−+

=1

1

1

1

1

!!

10

N

i

LNi

NAN

A

N

A

i

A

.

[Akimaru1993] p. 25-38

[ ] [ ] [ ]111 −=−= − i

ti

tA

ii

m

m

i

i

µλ

58

Probabilitat de pèrdua

Si quan totes les posicions de cua estan ocupades arriba una petició de servei, aquesta no podrà ser atesa. Es calcula la probabilitat d'ocurrència del succés. La probabilitat de pèrdua serà la probabilitat de l'estat N + L, de manera similar a l'escenari Erlang-B:

[ ]

+

=+=

∑ ∑−

= =

1

0 0 !!

!

N

i

L

k

Nki

NL

N

A

N

A

i

A

N

A

N

A

LNB .

La congestió de temps és igual a la probabilitat de pèrdua.

[Akimaru1993] p. 25-38

Càlcul de la probabilitat d’entrar en cua M/M/N/N + L

Definim en l'escenari de cues infinites la probabilitat d'entrar en cua com la relació entre les peticions de servei que arriben amb tots els servidors ocupats excepte aquelles que arriben amb totes les posicions de cua ocupades i totes les trucades (fracció de peticions amb tots els servidors ocupats). És evident que, per definició de l'escenari, les peticions que arriben amb la cua plena es perden.

[ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ]LN

LNNNp

++++−+++++=>

λλλλλλ

L

L

10

11)0( .

Eliminant λ i posant totes les probabilitats d’estat en funció de [N] i utilitzant el fet que la suma de totes les probabilitats d’estat

[ ] [ ] ( )

−

−=

++

+

+=>−

NAN

AN

N

A

N

A

N

ANp

LL

1

11)0(

12

L ,

substituint [N] pel seu valor

( )( )

−

−

−

−+

=>

∑−

=

+

NAN

A

NAN

A

N

A

i

A

NA

p

L

N

i

LNi

N

1

1

1

1

!!

!)0(1

0

1.

[Akimaru1993] p. 25-38

59

Longitud mitjana de la cua considerant totes les trucades

S'aplica la mateixa fórmula que en el cas de cua infinita, limitada al nombre d'estats de cua

[ ]∑=

+⋅=L

i

q iNiL1 .

En general, i encara que es pot arribar a una expressió tancada per manipulació de la fórmula anterior, és més fàcil sumar els termes de la sèrie.

[Akimaru1993] p. 25-38

Temps mitjà en cua

S'utilitza la fórmula de Little a partir de la longitud mitjana de la cua, però solament es consideraran les trucades cursades.

[ ]( )LNB

WL

c

cq

+−=−=

⋅=

1)1( λλλλ

.

[Akimaru1993] p. 25-38

1.6.4. Exercici de cua finita

A l’exercici referenciat es presenta un exercici de cua finita.

[Ejer_colafinita.doc]

RESUM

S’han presentat els models de cues i la seva taxonomia mitjançant la classificació de Kendall i s’ha revisat la fórmula de Little. Les probabilitats d’estat s’han obtingut a partir dels models d’estat derivats de les equacions d’equilibri estadístic. S’han aplicat els models als escenaris M/M/N i M/M/N/N + L.

60

61

SESSIÓ 6: Cues amb abandonament. Call Centers

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Cues amb abandonament. Call Centers Tipus: teòrico-pràctica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: A Primer On Call Center Staffing Methods [2003 Assignment brief.doc] [delay_cs-es.pdf]

PRECEDENTS

Teoria de cues.

OBJECTIUS

Modelar la situació d’abandonament d’una cua i obtenir els paràmetres significatius. Presentar els Call Centers i aplicar la teoria de teletràfic en el seu dimensionament.

CONTINGUTS

Modelització de l’abandonament en les cues. Obtenció dels paràmetres del model de cues amb abandonament. Presentació dels Call Centers com a eina bàsica del CRM empresarial. Aplicació de la teoria de cues en el dimensionament (staffing i trunks).

1.6.5. Model d’abandonaments en la cua

Es considera que la petició de servei té una paciència limitada i abandona; és el procés natural quan en una cua considerarem que el temps d'espera és més gran que el que podem acceptar.

[delay_cs-es.pdf] p. 3

Definició de la tassa d’abandonament

Com a hipòtesi per modelar l'abandonament, acceptarem que la taxa d'abandonament augmentarà amb la longitud de la cua; en la posició i de la cua, la taxa d'abandonament serà

62

m

it

Ni )( −=Θ ϑ.

El factor tm no significa que com major sigui el temps de servei menor serà la taxa d’abandonament. En la literatura s’utilitza per fer-ho similar a µ. Per a un sistema amb N servidors, la taxa d’alliberament de trucades en l’estat i de la cua serà

( )mm

it

Ni

t

NN

−+=Θ+ ϑµ.

[delay_cs-es.pdf] p. 3

Càlcul de les probabilitats d’estat

A partir del model es calculen les probabilitats d’estat.

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ]( )

[ ]

[ ]

( )∑ ∑

∏

∏

=

∞

=

=

=

++

=

+=+

++=+

+=

+=+

=

=

=

N

i jj

k

jNi

N

j

k

j

N

NN

mm

N

kN

A

N

A

i

A

N

A

kN

AjN

N

A

N

A

N

AN

N

A

N

A

N

A

tt

NN

N

AN

A

A

0 1

1

1

2

!!

10

0!

0!2

2

0!

0!

1

0!

02

2

01

ϑ

ϑ

ϑϑ

ϑϑλ

L

L

L

[delay_cs-es.pdf] p. 4-5.

63

Exercici de cues amb abandonament

Al document referenciat es presenta un exercici de cues amb abandonament.

[Ejer_colasabandon.doc].

1.7. Exercicis

1.7.1. Aplicació de la teoria de cues al disseny de Call Centers

Els Call Centers constitueixen una de les eines comercials més utilitzades de les empreses al món actual. Es presenta l’aplicació de la teoria de tràfic en el seu dimensionament.

http://www.mapnp.org/library/customer/cll_cntr.htm

Introducció als Call Centers

Què és un Call Center? Es presenta una breu introducció als Call Centers a fi d’entendre el problema de dimensionament des d’una perspectiva empresarial.

A Primer On Call Center Staffing Methods

Aproximacions al model

Es justifica la utilització de models matemàtics simplificats.

A Primer On Call Center Staffing Methods

Paràmetres de disseny

A partir de l’experiència empresarial es presenten els paràmetres de disseny relacionats amb l’activitat comercial i la seva relació amb el model matemàtic.

A Primer On Call Center Staffing Methods

Càlcul del nombre d’agents

L’aplicació més important del dimensionament, per la seva incidència en els costos, és l’anomenat staffing o dimensionament dels agents del Call Center. A partir de les especificacions es presenta un model simple de càlcul.

A Primer On Call Center Staffing Methods

64

Aproximació al càlcul d’enllaços

Es presenta la diferència entre agent i enllaç, reflexionant sobre el concepte de servidor al món dels Call Centers. Es presenten algunes regles pràctiques d’estimació del nombre d’enllaços trunk.

A Primer On Call Center Staffing Methods

Exercici de Call Center

Al següent document es presenta un exercici de Call Center.

[Ejer_callcentre.doc]

RESUM

S’ha permès l’abandonament en les cues (situació real) i s’ha quantificat el seu efecte mitjançant un modelat simple. S’ha introduït l’element empresarial Call Center i s’ha aplicat la teoria de teletràfic en el seu dimensionament.

65

SESSIÓ 7: Fonaments de telefonia

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Fonaments de telefonia Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Freeman1999] [Castro1999] [Bigelow2001] [Huidobro2001b]

o Bibliografia complementària: [Espallargas1995]

PRECEDENTS

Aquesta és la primera sessió del capítol 2, Fonaments de telefonia. És important tenir clars els conceptes de transmissió del senyal, de telemàtica, de teoria de circuits i d’EMC.

OBJECTIUS

Aquesta sessió està dedicada al repàs dels principis bàsics de comunicació en telefonia, estudiats ja alguns d’ells en altres assignatures de la carrera. Veurem els conceptes de xarxa global de comunicació, particularitzant-ho en el cas de telefonia.

CONTINGUTS

Farem una breu introducció de la història de la telefonia i veurem com les limitacions dels primers prototipus de fa més d’un segle han modelat la xarxa i el servei de telefonia que coneixem avui en dia. A continuació fem una descripció del canal de veu de telefonia fixa, analitzant la seva definició, els sistemes de transmissió del senyal i els impediments de transmissió més comuns.

66

2. FONAMENTS DE TELEFONIA

2.1. Evolució de la telefonia

2.1.1. Breu història de la telefonia

Breu història de la telefonia

El naixement de la telefonia està directament relacionat amb l’evolució dels estudis sobre l’electricitat. El 1832, Morse va fer la presentació del telègraf, i el 1854, Charles Bourseul va presentar els primers estudis sobre la transmissió de converses. El 1861, Phillip Reis va fabricar el primer telèfon, amb una pell de salsitxa com a membrana, que permetia la transmissió de petits sons, però no una conversa intel·ligible. Aquest equip presentava dues problemàtiques que encara determinen la definició de la telefonia en l’actualitat: • 1ª: la necessitat d’una transmissió continua de corrent pel circuit elèctric. • 2ª: el circuit actua com a filtre amb un determinat ample de banda, amb una

inevitable resposta freqüencial. Finalment, el 10 de març de 1876 Bell va patentar el telèfon.

[Castro1999] p. 598-602

2.1.2. Fites en la història de la telefonia a Espanya

Esmentem, a tall de divulgació, les principals fites en l’evolució de la telefonia a Espanya. • 1877. Primera comunicació telefònica a La Habana, llavors sota administració

espanyola. • 16/12/1877. Primera prova a la península, a Barcelona, entre dos sales de l’escola

industrial. • 26/12/1877. Comunicació entre Barcelona i Girona. Primers enllaços telefònics

particulars. • 16/8/1882. Decret amb la reglamentació inicial del servei telefònic, que autoritzava

el Ministeri de Governació a establir una xarxa telefònica a Espanya. • 1924. Compañía Telefónica Nacional Española (CTNE). Explotació en exclusiva del

servei telefònic, amb excepció de la província de Guipúscoa i de la ciutat de Sant Sebastià.

• 1926. Inauguració a Santander de la primera central automàtica. • 1953 i 1970. Incorporació de totes les xarxes a la xarxa de la CTNE. • 1955. Un milió de telèfons. • 1957. Cable coaxial Madrid-Saragossa-Barcelona, amb 432 circuits.

67

• 1962. Dos milions de telèfons. • 1966. Tres milions de telèfons. • 1987. Promulgació de la Llei d’Ordenació de les Telecomunicacions (LOT). • 1992. Els avenços tecnològics provoquen la modificació de la LOT. La funció de la

LOT es resumeix en les directives bàsiques del Pla Nacional de Telecomunicacions (PNT). Podem destacar: o La llei reserva per a l’Estat la planificació global de les infraestructures i xarxes

de telecomunicacions, donat el seu caràcter públic. o Exclusivitat per a l’operador i universalitat de serveis portadors i finals.

• 1996. Es defineix la Comissió del Mercat de les Telecomunicacions (CMT). És l'autoritat espanyola encarregada de la salvaguarda de la competència en el mercat de les telecomunicacions, amb total independència del govern en el desenvolupament de les seves comeses. Posseeix capacitat executiva, normativa i sancionadora. Garanteix les condicions de competència efectiva, vetlla per la correcta formació de preus i exerceix d’òrgan arbitral en els conflictes que puguin sorgir en el sector.

• 1998. Liberalització. Inici del lliure mercat en les telecomunicacions. www.cmt.es

[Huidobro2001b] p. 235-243

2.1.3. Les xarxes de telecomunicacions

Els operadors globals de telecomunicacions han de disposar de xarxes que permetin les següents funcions: • Commutació telefònica nacional i internacional i accés telefònic a dades, dut a

terme en les centrals de commutació: xarxa de veu . • Comunicació dels clients que intercanvien senyals amb equips de dades mitjançant

nodes de commutació de dades, i accés als NIX per a l’obtenció de serveis d’Internet (punts neutres nacionals i internacionals): xarxa de dades .

• Accés dels clients des dels equips instal·lats a la seva seu (telèfons, routers, mòdems, etc.) fins als nodes de concentració o fins als nodes o centrals de veu i dades: xarxa d’accés .

• Transport del senyal des dels nodes de concentració fins als nodes de commutació (veu/dades) i transport dels senyals dels nodes o centrals de les xarxes de veu i dades: xarxa de transport .

Aquestes funcions s’implementen mitjançant les xarxes de telecomunicacions, que poden estar constituïdes per enllaços commutats o per enllaços dedicats. L’estructura general d’una xarxa de telecomunicacions pot modelar-se mitjançant la següent arquitectura:

68

La xarxa d’accés o bucle local transporta els serveis de telecomunicacions entre l’usuari final i el node d’accés de la xarxa de l’operador, que és l’encarregada de transportar la comunicació fins al node d’accés de la xarxa local destí. També podem diferenciar una xarxa de telecomunicacions pública d’una privada.

[Castro1999] p. 602-605

[Castro1999] p. 608-609 apartats 9.1.4.1 i 9.1.4.2

2.2. Circuits de veu en telefonia

2.2.1. Transmissió en la xarxa telefònica Les característiques del senyal de veu i del mitjà físic han determinat la definició del servei de telefonia. Parlarem de telefonia analògica quan el senyal es transmet de forma analògica sobre el parell de coure de la xarxa d’accés, i de telefonia digital quan el senyal de veu es transmet en format digital, independentment del tipus de terminal. Per la xarxa telefònica no es transmet únicament veu; també hi haurà un intercanvi d’informació de senyalització. Entenem per senyalització tots els senyals de control i de supervisió d’una comunicació. La qualitat del senyal de veu i el format de la senyalització estaran determinades per les característiques del canal.

69

2.2.2. Ample de banda del canal de veu Tot i que la veu humana és espectralment molt rica, està demostrat que la transmissió de les freqüències més baixes ja fa comprensible una comunicació entre dos individus. Això permet simplificar la xarxa, abaratint-ne el cost. El canal telefònic actua com a filtre amb una banda de pas compresa entre 300 i 3.400 Hz. En telefonia digital, per transmetre aquesta mateixa conversa, hem de: • Considerar per a cada conversa una banda de 4 kHz. • Pel teorema de Nyquist, hem de mostrejar a 2 x 4 kHz = 8 kHz = 8.000 [1/seg]. • Considerant 8 bits per mostra 8 bits x 8.000 [1/seg] = 64 kbps.

[Freeman1999] p. 93-95

[Bigelow2001] p. 13-14

2.2.3. Sistemes de transmissió

Transmissió a dos fils vs quatre fils

En telefonia el senyal es transmet sobre un parell de fils. Inicialment s’utilitzava un fil de senyal i un retorn de terra, però aquest tipus de transmissió era molt susceptible al soroll. Actualment, la transmissió del senyal es fa de manera balancejada. La transmissió a dos fils s’utilitza per a distàncies curtes i la parla es transporta en ambdues direccions sobre el mateix parell. Si els dos usuaris de la comunicació parlen simultàniament, els senyals es superposen. Es fa necessària la presència de bobines híbrides per tal de separar el senyal transmès i el rebut al telèfon. En el cas d’enllaços de llarga distància s’utilitza la transmissió a quatre fils. Tenim dos fils per al circuit de transmissió i dos fils per al circuit de recepció. El concepte de dos o quatre fils no ha d’interpretar-se necessàriament en un sentit físic. En telefonia analògica podem parlar de transmissió a quatre fils sobre un únic parell mitjançant la creació de dues subbandes, o en circuits digitals podem considerar cada circuit en un time slot diferent.

[Bellamy2000] p. 21-22

[Castro1999] p. 655-658

Conversió de dos fils a quatre fils

En algun punt dels circuits de llarga distància es fa necessària la conversió de la transmissió a dos fils, pròpia del bucle local, a una transmissió a quatre fils, necessària en els enllaços troncals de la xarxa de transport. Aquestes funcions de conversió són proporcionades pels circuits híbrids.

70

En equilibri Ze = ZL, per tant, tot el senyal que entra per un port es reparteix per igual entre els dos ports adjacents. Així, tot el senyal que entra pel port A es reparteix a parts iguals entre les sortides 1 i 2. No obstant això, el senyal que surt per 2 es troba amb la impedància de sortida de l'últim amplificador, per la qual cosa no és capaç de seguir progressant. Tot el senyal que arriba pel port 2 es reparteix entre A i la càrrega (on es dissipa). Inicialment, aquests circuits s’implementaven mitjançant les bobines híbrides, però actualment s’estan substituint per circuits electrònics. Idealment haurien de transferir tota l’energia del senyal del parell de transmissió de quatre fils de l’enllaç troncal al circuit de dos fils del bucle local, sense cap transferència de senyal al parell de recepció del troncal de quatre fils. Perquè això sigui possible, cal que les dues xarxes estiguin adaptades en impedància i que els parells d’emissió i de recepció de l’enllaç troncal estiguin perfectament aïllats. Una mala adaptació pot provocar ecos, pèrdues de potència i la degradació del senyal.

[Bellamy2000] p. 22-23

Bobines de càrrega

En altes freqüències de l’espectre de veu en transmissió telefònica, el senyal presenta més atenuació que en baixes freqüències. Aquest efecte es coneix com distorsió d’amplitud i és molt més notori en enllaços de llarga distància i en bucles rurals. Per corregir-lo s’aplica una inductància addicional a les línies, mitjançant les bobines de càrrega.

[Bellamy2000] p. 23

71

2.2.4. Problemes de transmissió Un dels principals problemes en el disseny de la xarxa de telefonia analògica són els impediments de transmissió de la línia (Transmission Impairments), que afecten la qualitat del senyal transmès, i sovint només poden ser avaluats de forma subjectiva pels usuaris finals. Un disseny acurat ha d’establir un compromís entre la qualitat del senyal de veu i la inversió econòmica en el desplegament de la xarxa.

[Bellamy2000] p. 33-41

[Freeman1999] p. 194-201

Atenuació del senyal

En telecomunicacions es denomina atenuació d'un senyal, sigui acústic, elèctric o òptic, la pèrdua de potència que sofreix en transitar per qualsevol mitjà de transmissió. Així, si introduïm un senyal elèctric amb una potència P1 en un circuit passiu, com pot ser un cable, sofrirà una atenuació i al final d'aquest circuit obtindrem una potència P2. L'atenuació serà igual a la diferència entre ambdues potències. No obstant això, l'atenuació no sol expressar-se com a diferència de potències, sinó en unitats logarítmiques com el decibel, d’utilització més còmoda a l'hora de realitzar els càlculs.

.

En general, l'atenuació depèn de la freqüència, és a dir, la quantitat d'atenuació varia en funció de la freqüència. A la següent figura es mostra l’atenuació en funció de la freqüència de diversos tipus de cables coaxials.

72

Retards de transmissió

Entenem per retard de transmissió el temps transcorregut des que el senyal es lliura a la xarxa fins que arriba al destinatari. Està determinat pel temps de propagació del senyal i de processament dels nodes, i és molt sensible a la distància. En telefonia és especialment crític, donat el caràcter interactiu d'una conversa de veu. En condicions normals, el retard de propagació sol estar entre 25 i 300 ms. Un retard superior a 300 ms comença a ser inacceptable per a l'usuari. En converses intercontinentals o via satèl·lit, aquest efecte es fa especialment palès.

Diafonia

Diem que entre dos circuits existeix diafonia, denominada en anglès crosstalk, quan part del senyal present en un d'ells, considerat pertorbador, apareix en l'altre, considerat pertorbat. La diafonia, en el cas de cables de parells trenats, es presenta generalment a causa d’acoblaments magnètics entre els elements que componen els circuits pertorbador i pertorbat o com a conseqüència de desequilibris d’admitància entre els fils d'ambdós circuits. La diafonia es mesura com l'atenuació existent entre el circuit pertorbador i el pertorbat, per la qual cosa també es denomina atenuació de diafonia. La principal causa de les diafonies és una dolenta instal·lació del cablejat; sovint les línies de diferents usuaris estan desplegades de manera paral·lela. NEXT (near-end crosstalk). La disposició d'elements per a la mesura de la paradiafonia o diafonia d'extrem proper, denominada en anglès near-end crosstalk (NEXT) es mostra a la figura, on apareixen ambdós circuits acabats en la seva impedància característica Zc a l'extrem distant, mentre que a l'extrem proper l'emissor es troba connectat al Circuit 1 i el mesurador al Circuit 2.

La mesura de la relació en decibels entre el senyal emès i el rebut, obtinguts mitjançant aquesta disposició dels instruments de mesura, es denomina atenuació de paradiafonia, el valor de la qual és igual a

2

1log20)(V

VdBNEXT = .

73

FEXT (far-end crosstalk). La disposició d'elements per a la mesura de la telediafonia o diafonia d'extrem llunyà, denominada en anglès far-end crosstalk (FEXT), es mostra a la figura, on veiem com al Circuit 1 tenim un generador que envia un senyal de nivell V1 en un extrem, mentre que l'altre extrem està acabat amb una impedància Zc igual a la impedància característica del circuit.

El Circuit 2 està carregat a l'extrem emissor amb Zc i a l'extrem distant tenim un mesurador en el qual mesurem un cert nivell de senyal V2 corresponent a la diafonia. La relació en decibels existent entre V1 i V2 es denomina atenuació de telediafonia i el seu valor és igual a

2

1log20)(V

VdBFEXT = .

Distorsió

La distorsió es produeix en presència del senyal i és provocada pel sistema de transmissió. Hi ha dos tipus de distorsió −lineal i no lineal−, en funció de si es creen noves components espectrals a la sortida o no. Distorsió lineal . En general, tot sistema que no introdueix distorsió es caracteritza perquè la seva funció de transferència per a totes les components espectrals és de la forma

. Si no es produeix la mateixa atenuació o retard per a totes les freqüències, serà perquè existeix distorsió lineal d'amplitud o de fase. Distorsió no lineal. La distorsió no lineal és produïda per sistemes amb resposta no lineal, la qual cosa implica, entre d’altres coses, l'aparició de components espectrals diferents de les originals del senyal d'entrada. És a dir,

.

74

Intermodulació

Es tracta d'un tipus de distorsió no lineal que es quantifica quan el senyal d'entrada està format per, almenys, dos tons de diferent freqüència i igual amplitud.

Soroll

És una pertorbació aleatòria additiva, indesitjada i independent del senyal. Excloses distorsions, intermodulacions, diafonies i interferències, la resta de pertorbacions electromagnètiques que sofreix el senyal es consideren soroll. Bàsicament existeixen dos tipus de soroll: • Soroll extern : procedent de fonts externes al sistema.

o Soroll atmosfèric . Produït per descàrregues elèctriques naturals associades a les tempestes.

o Soroll galàctic . Es deu a l'energia que radien els cossos celestes d'alta temperatura.

o Soroll industrial o impulsiu . Tot soroll provocat per elements que ha desenvolupat l'home: espurnes en motors, línies d'alta tensió, etc. És produït per impulsos de curta durada i d'amplitud variable, però comparable a l'amplitud del senyal. És molt important en sistemes digitals.

• Soroll intern : procedent de components propis del sistema de comunicació.

o Soroll tèrmic (o Johnson). És causat per l'agitació tèrmica dels conductors.

Ecos

El problema de l'eco és ben conegut a l'àmbit de la telefonia clàssica, on els efectes del retard de línia sobre una comunicació establerta en mitjanes i grans distàncies resultaven bastant molests. Però l'eco present en aquests casos, producte del desbalanceig entre dos i quatre fils, no és l'únic cas d'eco. És més, amb el creixent augment dels sistemes telefònics de mans lliures, molt utilitzats als vehicles o a les oficines, i els telèfons sense fil, sorgeix un altre tipus d'eco: l'eco acústic. Aquest eco és producte de la realimentació del senyal que emet l’interlocutor a través del micròfon.

VVVV

75

Cancel·lació de l'eco . Qualsevol punt al llarg d'un sistema de transmissió on existeixi una discontinuïtat en la impedància pot causar l'eco. Atès que els sistemes de transmissió telefònics estan composats per diferents sistemes amb diferents possibilitats d'interconnexió, en cada connexió pot existir una discontinuïtat d'impedància significativa. A pesar d'això, les centrals que conformen la xarxa troncal es poden dissenyar per evitar discontinuïtats d'impedància significatives entre elles. No obstant això, la connexió entre l’usuari i la central local presenta un inconvenient degut al fet que els bucles locals que transporten el senyal a cada usuari varien d'un a l’altre per les diferències en longitud i calibre dels cables emprats en els bucles, per les condicions del medi ambient, etc. Aquest desacoblament d'impedàncies causa una reflexió, o eco, del senyal de la persona que parla que retorna a través del canal pel qual està escoltant. En la seva forma més simple, un sistema de transmissió telefònic consisteix en un parell de cables els terminals dels quals connecten dos telèfons. Aquí, qualsevol reflexió pot causar eco. Els sistemes de transmissió que intervenen en una connexió telefònica poden ser de dos o quatre fils; per passar d'un sistema de dos fils a un de quatre i viceversa s'usa un acoblador passiu direccional de quatre ports conegut com híbrid, que produirà un eco proper. L'híbrid del terminal oposat també genera un eco que retornarà al canal de recepció del sistema de quatre línies barrejat amb el senyal transmès per l'altra persona.

En una conversa telefònica, la tolerància a l'eco dependrà de la seva magnitud, així com del retard amb què aquest es percebi. La magnitud de l'eco dependrà de les pèrdues que experimenti al seu pas pel canal d'anada i de tornada més la pèrdua de tornada en l'híbrid distant, mentre que les causes de retards es deuen comunament a llargues distàncies físiques, processament dels senyals i dispersió en els canals telefònics. La forma moderna de manegar aquest fenomen és la utilització d'un cancel·lador d'eco. En aplicacions de telefonia cel·lular aquests dispositius es situen al centre d’interrupció mòbil. En circuits de telefonia de llarga distància es localitzen normalment al centre de commutació internacional. Un esquema general de cancel·lació que es podria aplicar en telefonia és el següent.

Les principals recomanacions per tal de minimitzar els efectes de l'eco són:

76

• ITU G.164: supressors d'eco. • ITU G.165: cancel·ladors d'eco. • ITU G.167: controladors d'eco acústic. • ITU G.168: cancel·ladors d'eco en xarxes digitals.

2.2.5. Unitats

dB

El decibel és una relació matemàtica del tipus logarítmica emprada per expressar la raó o valor relatiu de dues magnituds d'igual naturalesa, dos voltatges, corrents o nivells de potència; utilitzada en telecomunicacions per expressar el guany o la pèrdua d'una transmissió. Si es comparen dues potències de senyals P1 mVA i P2 mVA, es diu que P1 està a un nivell (de potència) L dB més alt que P2 quan

. Si es comparen dues tensions V1 volts i V2 volts, es diu que V1 està a un nivell (de tensió) L dB més alt que V2 quan

.

dBm

El dBm es defineix com el nivell de potència en decibels en relació a un nivell de referència d’1 mW. El valor en dBm en un punt, on tenim una potència P, el dóna la següent fórmula:

.

dBr

El nivell relatiu en dBr és el nivell que un senyal sinusoïdal de referència de 1.020 Hz tindria en el punt en qüestió pel que fa al nivell que el senyal de referència tindria en el seu únic punt de referència de nivell, anomenat punt 0 dBr. El nivell relatiu de potència és la relació, generalment expressada en decibels, entre la potència d'un senyal en un punt d'un canal de transmissió i aquesta mateixa potència en un altre punt del canal triat com a referència, en general, l'origen del canal.

77

dBrn

Mesura de la potència de soroll. Es mesura respecte a 1 pW. Així doncs, 0 dBm serien +90 dBrn.

dBm0

La designació dBm0 és el nivell en dBm que un senyal real tindrà si passa a través d'un punt 0 dBr. Per exemple, si un senyal es caracteritza per una magnitud del dBm0, el seu nivell absolut en un punt de nivell relatiu X dBr és el següent: La = El + X dBm. Així mateix, també definim dBm0 con el nivell absolut de potència en relació amb 1 mil·liwatt, expressat en decibels, referit a un punt de nivell relatiu zero. Si en el punt T s'aplica un senyal de mesura amb un nivell absolut de potència LM (en dBm), el nivell absolut de potència del senyal que apareix en el punt X, on el nivell relatiu és LXR (en dBr), serà LM + LXR (en dBm). De manera inversa, si en el punt X un senyal té un nivell absolut de potència LXA (en dBm), sovint resulta còmode referir-lo a un punt de nivell relatiu zero calculant L0 (en dBm0) mitjançant la fórmula L0 = *LXA ? *LXR. A la següent figura es mostra com un valor de potència real de –9 dBm transmès pel telèfon és equivalent a –15 dBm0. En recepció, un valor de –8 dbm és equivalent a 0 dBm en el punt de 0 dBr equivalent a 0 dBm0.

Punt de nivell relatiu a zero

A l'antic pla de transmissió, el CCITT havia definit el punt de nivell relatiu a zero com el punt d'origen de dos fils d'un circuit de gran distància (punt 0 de la figura I-1/B.12). Conforme al pla de transmissió recomanat actualment, el nivell relatiu ha de ser –3,5 dBr a l'extrem virtual del costat de transmissió d'un circuit internacional a quatre fils (punt V). El punt de referència triat per a la transmissió o punt de nivell relatiu a zero (punt T) és un punt virtual a dos fils que estaria connectat a V per un transformador diferencial dotat d'una atenuació de 3,5 dB. La càrrega convencional utilitzada per al càlcul del soroll en els sistemes de corrents portadors multicanal correspon a un nivell absolut de potència mitjana de –15 dBm al punt T.

78

2.2.6. Qualitat de servei

Qualitat de servei

En la qualitat de la telefonia no es considera únicament el senyal transmès per la línia. La qualitat de servei (QoS, Quality of Service) té en consideració la totalitat del servei subministrat. Al principi, la qualitat de servei pot semblar un concepte intangible, però en canvi, és molt tangible per a un abonat de telèfon insatisfet amb el seu servei. Els dissenyadors de sistemes no haurien de perdre mai de vista aquest concepte, sense importar de quin segment del sistema siguin responsables. Per exemple, ens podem trobar que prop de la meitat de les vegades que un client realitza una trucada, va malament o no pot aconseguir to de trucada o no pot escoltar el que diu el seu interlocutor. Tots aquests factors tenen un impacte sobre la qualitat del servei, així que comencem a trobar que la QoS és un factor important en moltes àrees del negoci de les telecomunicacions. En el fons, la QoS marca la satisfacció del client, que es mesura per com de bé pot escoltar la trucada. En canvi, des del punt de vista de la xarxa és el percentatge de trucades perdudes (a causa de la congestió o del bloqueig) durant la BH. Altres elements a ser inclosos en la QoS són: • El retard abans de rebre to de trucada (és el temps que transcorre des que l’usuari

despenja l’auricular fins que rep to). • El retard de marcació (és el temps que transcorre des que s’ha marcat l’últim dígit

fins que s’escolta el to de marcat). Aquesta és la principal mesura de la qualitat de la senyalització.

• La disponibilitat del servei de trucada (per exemple, to d'ocupat, congestió a la xarxa, etc.).

• L’exactitud de la facturació.

79

• Un cost raonable del servei per al client. • El temps de resposta a la sol·licituds de serveis. • El temps de resposta i la cortesia dels operadors. • El temps d'instal·lació d'un nou telèfon i els serveis addicionals oferts per la

companyia telefònica.

[Freeman1999] p. 15-16

RESUM

En aquesta sessió hem vist les principals característiques d’un circuit de telefonia, remarcant els trets diferencials respecte d’un circuit de dades. També hem recordat i destacat diversos conceptes de transmissió, especialment importants en la transmissió de veu.

80

81

SESSIÓ 8: Senyalització de telefonia

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Senyalització de telefonia Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Freeman1999] [Freeman1997] [Bellamy2000]

PRECEDENTS

Els conceptes telemàtics de commutació i senyalització, així com la comprensió dels nivells de la torre OSI de l’ISO. També cal tenir present la modelització dels circuits de telefonia estudiada a la sessió anterior.

OBJECTIUS

En aquest capítol veurem les principals característiques dels sistemes de senyalització en telefonia. Veurem que no es poden limitar a iniciar, mantenir i finalitzar una trucada (commutació de circuits), sinó que també han de proporcionar intel·ligència d’enrutament, serveis de valor afegit, informació a l’usuari de l’estat de la trucada i dels mecanismes de facturació.

CONTINGUTS

Veurem els principis de senyalització de la xarxa telefònica, amb les seves particularitats respecte a les comunicacions de dades. Distingirem els diferents trams de senyalització en una conversa i estudiarem i avaluarem les dos grans filosofies en la teoria de senyalització: senyalització per canal associat i senyalització per canal comú.

2.3. Senyalització de veu

2.3.1. Principis de senyalització

A la xarxa telefònica commutada (XTC), la senyalització transporta la intel·ligència necessària perquè un usuari es comuniqui amb qualsevol altre de la xarxa.

82

Funcions de la senyalització

1. Indica al commutador que un usuari demana servei. 2. Proporciona les dades necessàries per identificar l’usuari distant sol·licitat. 3. Enruta la trucada. 4. Proporciona supervisió de la trucada al llarg de la seva trajectòria. 5. Dóna a l’usuari informació d’estat (invitació a marcar, to d’ocupat, timbre...). 6. Polsos de mesura per al cobrament de la trucada. 7. Serveis CLASS (Customer Local Area Signaling Services) i de valor afegit. En la majoria de les trucades telefòniques intervé més d’un commutador en l’enrutament de la trucada. Això fa que els commutadors hagin d’intercanviar informació en el servei de forma totalment automàtica.

[Bellamy2000] p. 42-43

Classificacions de la senyalització

Des d’un punt de vista funcional, podem classificar els diferents tipus de senyalització en: 1. Senyalització de supervisió.

• Proporciona informació sobre l’estat de la línia o del circuit i indica si està en ús o no.

• Informa els commutadors i els circuits troncals d’interconnexió de les condicions de la línia.

• Manté la informació de supervisió d’estat d’extrem a extrem durant tota la trucada.

2. Senyalització d’adreçament. Serveix per localitzar i enrutar la trucada cap a l’abonat trucat.

3. Senyalització audiovisual i del progrés de la trucada. Informa l’abonat que truca del progrés de la seva trucada i informa de possibles alertes.

[Freeman1999] p. 155-156

Procediments de senyalització

La informació de senyalització pot transmetre’s per diferents procediments: • Durada de polsos. • Combinació de polsos. • Freqüència d’un senyal. • Combinació de freqüències. • Presència o absència d’un senyal. • Codi binari. • Sistemes DC, direcció i nivell del corrent que es transmet.

[Freeman1999] p. 156

83

Senyalització in-band i senyalització out-band

El circuit telefònic es comporta com un filtre amb una banda de pas entre 300 i 3.400 Hz. Inicialment, la senyalització es transmetia dintre de la banda de freqüències de veu (senyalització in-band); els sistemes més moderns permeten la transmissió fora de la banda (senyalització out-band), aportant noves funcionalitats.

[Bellamy2000] p. 43

[Freeman1999] p. 157-159

2.3.2. Trams de senyalització L’establiment d’una connexió telefònica implica diversos tipus de senyalització segons el tram de la comunicació.

Podem distingir la senyalització abonat-central i central-abonat, la senyalització interna del centre de commutació, i la senyalització entre centrals.

Abonat-central i central-abonat

La senyalització s’inicia amb la transmissió de senyals molt senzills. L’objectiu inicial va ser el de permetre la simplificació en la fabricació dels terminals i, per tant, abaratir el seu cost de producció. Els senyals es generen i es reben en ell. Aquesta senyalització és majoritàriament analògica. La generació dels senyals pot ser de dos sistemes: decàdic (més antic i més simple) o multifreqüència (més modern i amb més prestacions). El sistema decàdic consisteix en l’obertura i el tancament, mitjançant impulsos de disc, d’un senyal de 48 V en Idc subministrat per la central. El sistema multifreqüència (DTMF) consisteix en l’emissió d’un parell de freqüències des del teclat del terminal.

84

Senyalització interna del centre de commutació

S’origina internament a la central, entre els diferents òrgans que configuren cada centre de commutació. Depèn de les característiques que la identifiquen. Actualment, els nodes de commutació són digitals. Les centrals amb abonats analògics fan una conversió de senyalització analògica a digital; mantenint la informació necessària, es canvia el format de la comunicació. Per tal de procedir a prendre un determinat enllaç de sortida, els equips de senyalització elaboren una informació dirigida a la central distant o de trànsit, en funció de l’enrutament escollit o disponible.

Senyalització entre centrals

S’origina per les centrals per on la trucada ha estat encaminada. Els enllaços entre centrals poden ser analògics, encara que la majoria són digitals. L’encaminament de la trucada es porta a terme sobre sistemes multiplex, tant analògics (FDM) com digitals (TDM) mitjançant la senyalització de fils (E&M) o la senyalització per canal comú n. 7 (SS7).

2.3.3. Senyalització per canal associat i senyalització per canal comú

Hi ha dues maneres de realitzar una comunicació en funció de com és la transmissió del senyal d’informació i de senyalització. Poden ser senyalització per canal associat (SCA) i senyalització per canal comú (SCC).

Senyalització per canal associat

En els sistemes de senyalització per canal associat (SCA o ACS, Associated Channel Signalling) cada canal transporta la seva senyalització, tant de supervisió (línia) com de registre. La senyalització s’associa al canal, ja sigui dintre o fora de banda, per polsos, per multifreqüència o per polsos multifreqüència. Fins als anys 70, la trucada telefònica s’establia en la xarxa mitjançant la senyalització intrabanda (in-band signalling). Els senyals de la xarxa compartien el mateix canal físic que la trucada que estava sent establerta i eren transportats en la banda de veu de 300 - 3.400 Hz dels usuaris. Els senyals de la xarxa i la informació de l’usuari no interferien entre ells atès que es transportaven en diferents intervals de temps. Per tal de dur la senyalització, els commutadors de control solen utilitzar una varietat de tons, que poden ser monofreqüència (SF, single-frequency) o multifreqüència (MF, multi-frequency). A causa de les limitacions de la banda de veu i a què tenen un temps d’establiment de trucada bastant gran (entre 10 i 15 segons), els sistemes intrabanda tenen una gamma de funcionalitats bastant pobra en comparació amb els sistemes fora de banda.

[Bellamy2000] p. 43

85

Arquitectura SCA

Veiem l’arquitectura d’un sistema de senyalització per canal associat.

Senyalització per canal comú

En la senyalització per canal comú (SCC o CCS, Common Channel Signalling) o senyalització fora de banda (out-of-band signalling) es separa la senyalització de la trajectòria de veu associada mitjançant la col·locació de la senyalització d’un grup (o diversos grups) de troncals de veu en una trajectòria separada que es dedica exclusivament a la senyalització. La SCC és més eficient i aprofita més els recursos de la xarxa de comunicacions que no pas la SCA, per la qual cosa s’ha anat imposant. Entre els principals avantatges, podem destacar: - L’ample de banda és conserva a grans distàncies, atès que la senyalització és fora de banda i la senyalització per diversos troncals pot ser multiplexada en un únic canal de senyalització. - Els costos són menors, atès que l’equipament requerit és menor. La senyalització intrabanda requereix instal·lacions de senyalització separades per a cada circuit d’usuari, mentre que una única senyalització fora de banda pot suportar molts usuaris. - Amb la CCS es poden oferir serveis d’usuari addicionals, com ara números 900, grups tancats d’usuaris (CUG, Closed User Groups), verificació de targetes de crèdit, identificació d’usuaris, etc.

[Bellamy2000] p. 44-46

[Freeman1997] p. 201-206

86

Arquitectura SCC

Veiem l’arquitectura d’un sistema de senyalització per canal comú.

Tal com es pot veure a la figura, la senyalització per canal comú només és possible entre centrals controlades per processador, conegudes normalment com centrals controlades per programa emmagatzemat (CPE). Els processadors aporten tot d’avantatges a la SCC. En la xarxa telefònica, la senyalització de línia i de registre són essencialment digitals; per tant, no cal traduir-les al món analògic, la qual cosa s’aconsegueix precisament mitjançant la SCC. Evidentment, la informació digital entre processadors cal condicionar-la per als canals analògics de veu, cosa que es fa mitjançant el mòdem de dades. La informació de senyalització es transmet per mitjà de dades binàries en sèrie. Sense comptar les parts de control d’error, un enllaç de senyalització SCC consta essencialment del canal a freqüència vocal (quatre fils), dos terminals de senyalització i dos mòdems. Els terminals de senyalització emmagatzemen la informació de la senyalització d’entrada en espera de processament i la informació de senyalització de sortida en espera de transmissió. En la senyalització convencional, la trajectòria del senyal i la de la veu o del canal de veu ocupen el mateix medi. Si s’efectua la senyalització hi ha continuïtat en la trajectòria de veu o de parla. Atès que en la SCC la senyalització no es cursa sobre els troncals de veu que cal connectar i supervisar, es necessita verificar la continuïtat de la trajectòria un cop que s’estableix la trucada. Això es fa amb transmissors-receptors de to que es connecten en el moment d’establir la comunicació per assegurar la continuïtat de la trajectòria.

RESUM

En aquesta sessió hem vist la definició i la necessitat de la senyalització en les xarxes de telefonia. Hem vist que la definició no feia esment al format ni al tipus de senyalització, sinó al seu contingut. El seu format anirà variant a mesura que la comunicació vagi transmetent-se per la xarxa de veu.

87

SESSIÓ 9: Telefonia analògica. Xarxa d’accés

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Telefonia analògica. Xarxa d’accés Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Apunts POTS]

o Bibliografia complementària [Bigelow2001] [Huidobro2001] [Thompson2000]

PRECEDENTS

Circuits de veu en telefonia, senyalització de veu, electrònica i teoria de circuits.

OBJECTIUS

En aquesta sessió estudiarem el bucle d’accés de la xarxa telefònica analògica.

CONTINGUTS

Modelarem el canal telefònic, a nivell físic, elèctric i funcional. Veurem quins són els serveis analògics que ens pot oferir un operador tradicional de telefonia i estudiarem el cas del servei d’identificació de trucades.

3. XARXA D’ACCÉS

3.1. Telefonia analògica

3.1.1. Definició i comportament

Definició i comportament

Entenem per xarxa d’accés el tram de xarxa comprés des del punt terminal de la xarxa (NT, Network Terminal) de l’usuari (telèfon o centraleta privada) fins al primer node de

88

commutació de la xarxa de l’operador o central local (LE, Local Exchange), també se’l coneix com a bucle d’abonat. Sol tenir una longitud d’entre 2,5 i 5 km, i, encara que és la connexió més curta, també és la més utilitzada, atès que el seu ús és necessari en totes les comunicacions que es duen a terme. Si la seva capacitat és baixa (usuaris residencials, petites empreses, etc.), l’enllaç és elèctric. Per a enllaços de gran capacitat (centraletes) l’accés pot ser òptic. Per a connexions de difícil accés o en les que no és possible l’obra civil, també existeix la possibilitat del bucle sense fils. Parlem de telefonia analògica quan la xarxa d’accés és analògica, independentment de la central o del terminal. Aquesta línia de transmissió té les característiques i les limitacions elèctriques ja esmentades en capítols anteriors. Dos aspectes derivats de les primeres experiències del servei de telefonia la defineixen especialment: el seu ample de banda limitat i la necessitat de mantenir un corrent continu. Per a un canal d’aquestes característiques hi haurà un intercanvi de senyalització i la transmissió del senyal de veu. A l’hora d’estudiar el bucle local, el modelitzarem com un circuit elèctric i considerarem els diferents estats de la línia: • Línia en repòs. • Invitació a la marcació. • Marcació. • So de trucada. • Línia en comunicació. • Liberalització de la comunicació.

[Apunts POTS]

Terminal telefònic

La següent figura mostra un telèfon en posició de repòs, penjat (on hook). En aquest moment, el circuit de veu (micròfon i auricular) es troba desconnectat de la línia i el timbre es troba en línia.

Quan es despenja el telèfon es produeixen simultàniament dues situacions: (1) el timbre es desconnecta, i (2) es posa el circuit de veu en línia. Llavors, el circuit de veu s’alimenta mitjançant el corrent continu que genera la bateria de la central local.

89

Com veiem, internament el telèfon treballa amb quatre fils: dos per al senyal al micròfon i dos per a l'auricular. No obstant això, la comunicació amb la central es fa únicament amb dos fils. Per a això, el circuit de veu inclou un convertidor de dos a quatre fils que està basat en una bobina híbrida, la qual permet separar senyals en funció del seu sentit de propagació realitzant el següent: - El senyal generat pel micròfon (veu parlada de l'usuari del telèfon) es transmet amb poca atenuació per la línia cap a la central i amb molta atenuació cap al circuit auricular. - El senyal provinent de la línia d'abonat en sentit cap al telèfon es transmet amb poca atenuació als dos fils cap a l'auricular i amb gran atenuació cap al circuit del micròfon.

Alimentació del terminal telefònic

Els terminals telefònics s’alimenten per un senyal de corrent continu des de la central local. El voltatge nominal d'aquesta bateria és de –48 V. El voltatge mesurat en el telèfon depèn de la intensitat elèctrica que circula per la línia: - Quan el telèfon està penjat, la intensitat elèctrica que circula pels cables és molt petita i el voltatge en el telèfon és pràcticament de –48 V. - Quan el telèfon està despenjat, el corrent que circula és major. Això fa que, en funció de la longitud del cable des de la central fins al telèfon, el voltatge mesurat en el terminal sigui tan baix com 12 V.

90

3.1.2. Senyalització central local-abonat La senyalització entre la central local i l'abonat ha de ser molt senzilla. Fer-la complexa encareix el terminal telefònic.

Senyal de corrent continu

Per als senyals de corrent continu, la línia telefònica és un simple circuit sèrie, amb una bateria i un mesurador d'intensitat de corrent en la central local, una resistència corresponent a la longitud del cable, i una resistència interna al telèfon. Aquesta resistència interna és molt alta quan el telèfon està penjat, ja que això fa que el circuit de timbre (amb un condensador en sèrie) estigui connectat a la línia. Per això, en aquest moment el corrent que circula és petit, sent aquesta la forma de detectar l’estat de penjat per part de la central local. Quan el telèfon està despenjat, el circuit telefònic es connecta a la línia; aquest circuit té una resistència interna de l'ordre de 500 Ω, provocant el pas d'un corrent per la línia. La mesura de la intensitat de corrent continu en el bucle d'abonat l’utilitza la central local per detectar si el telèfon es troba penjat o despenjat abans de generar un senyal de timbre en trucades entrants i per a la finalització d'una trucada en curs.

Senyal de timbre

Quan la central local detecta una trucada destinada a un terminal telefònic, ha de generar un senyal de major potència que faci sonar el timbre. Es tracta d'un senyal AC de 120 V de pic, que superposat al de corrent continu fa oscil·lar el voltatge entre +70 V i -170 V.

Tons d’informació

Durant el procés d'establiment d'una trucada generada per A cap a B, la central local senyalitza diferents situacions mitjançant una sèrie de tons. Entre aquests tons destaquen: • To d'invitació a marcar: to continu a 425 Hz, pel qual la central indica que està

preparada per rebre el número. • To de trucada: un tren de tons a 425 Hz d’un segon de durada, espaiats cinc

segons, que indiquen que el terminal ha establert la connexió i s'està trucant a B. • To d'ocupat. • To de congestió: indica que no és possible establir la trucada, per saturació en

algun punt o per avaria.

Marcació

La marcació és el procés pel qual l'usuari iniciador d'una trucada senyalitza a la central el número de l'abonat amb el qual desitja parlar. Existeixen dos mecanismes de marcació: • Marcació decàdica. Per la seva senzillesa, va ser la primera en utilitzar-se.

Segons aquest mètode, per marcar el número N, el terminal realitza N talls en el

91

corrent amb la central, un cada 0,1 segons. Aquests talls de corrent són equivalents als que es produeixen quan es penja el telèfon. La central local els detecta i memoritza el número amb el qual es desitja contactar.

• Marcació DTMF (Dual Tone Multiple Frequency). És el format aprovat pel CCITT per a l'emissió de tons des d'un telèfon de teclat. A cadascuna de les 12 tecles d'un telèfon convencional (0, ..., 9, #, *) se li assigna un parell de tons segons la següent taula:

Baixes freqüències A

ltes

freq

üènc

ies

Hz 697 770 852 941

1.209 1 4 7 *

1.336 2 5 8 0

1.477 3 6 9 #

1.633 A B C D

En prémer una tecla, es transmet la combinació apropiada de dos tons. Aquest procés de marcació és més ràpid que el decàdic, i no talla la línia durant la senyalització, cosa permet la transmissió de tons durant una trucada, útil per exemple en serveis d'atenció automàtica de trucades.

Senyalització d’extrem a extrem

A la següent figura es mostra una visió global de la senyalització d’extrem a extrem, incloent-hi la senyalització SS7 entre centrals de l'operador de telecomunicacions que veurem en detall en sessions futures.

1. A despenja el telèfon i s’envia la indicació de despenjat a la central local.

92

2. El commutador de la central envia un to de marcat. 3. A marca els dígits per trucar B (s'envien en banda a través de DTMF). 4. El commutador interpreta els dígits i envia un missatge inicial adreça (IAM, o un

missatge de configuració) a la xarxa SS7. 5. La xarxa SS7 llegeix el IAM entrant i envia un IAM nou al commutador de la central

local de B. 6. El commutador de B envia un missatge de SETUP al telèfon de B (el qual comença

a sonar). 7. Un missatge d'alerta (alerta és el mateix que el timbre del telèfon) s’envia des del

commutador de B (no des del seu telèfon) de nou a la xarxa SS7 a través d'un missatge d'adreça completa (ACM).

8. La xarxa SS7 llegeix el missatge ACM d'entrada i genera un ACM al commutador de A.

9. A pot escoltar un to de trucada i sap que el telèfon de B està sonant. (El to no està sincronitzat, el commutador local normalment genera el senyal de trucada quan rep el ACM de la xarxa SS7).

10. B despenja el telèfon i s’envia la indicació de despenjat al seu commutador. 11. El commutador de B envia un missatge de resposta (ANM), que és llegit per la

xarxa SS7 i es genera un nou ANM cap al commutador de A. 12. S’envia un missatge de CONNECT al commutador de A i s’envia un reconeixement

de connexió de tornada (només si és un telèfon RDSI). Si no és un telèfon RDSI, el commutador envia els senyals de penjat o despenjat.

13. A ja pot parlar amb B fins que un dels dos pengi el telèfon.

3.1.2. Serveis

La senyalització en telefonia analògica ha de permetre als nodes de la xarxa el transport i la prestació de diferents serveis complementaris.

Serveis en telefonia analògica

Podem destacar: • Línies de salt. • Desviament de trucades. • Trucada en espera. • Conferència a tres. • Línia amb temporització. • Numeració abreujada. • Serveis CLASS (presentació de la identitat del trucant, indicació de missatges...). • Retrotrucada en xarxa. • Restriccions. Als llocs web dels operadors podeu trobar els serveis proporcionats per la seva xarxa. Alguns d’ells s’ofereixen de manera gratuïta, mentre que d’altres s’han de contractar explícitament.

[Apunts POTS]

93

3.1.3. Servei CLASS: CLID Els serveis CLASS són serveis que dóna la xarxa de telefonia sobre el bucle analògic. Per poder proporcionar el servei als equips terminals cal, però, que les centrals locals siguin digitals. Les línies analògiques que tinguin habilitat el servei suplementari d’identificació de trucada suporten un protocol de senyalització xarxa-usuari específic per a la transmissió del número trucant. La senyalització es realitza en la interfície mitjançant la modulació en freqüència (FSK, rec. V.23 d’ITU-T). Aquest protocol està especificat per ETSI a la norma ETS 300 659-1 (PSTN Protocol Over the Local Loop for Display Services) on es presenta el número trucant amb el terminal penjat. La seva possible visualització i emmagatzemament al terminal s’estructura en tres capes: • Capa física (capa 1). • Capa d’enllaç de dades (capa 2). • Capa de presentació (capa 3).

CLID: capa física (capa 1)

La capa física especifica les característiques físiques, elèctriques i funcionals de la línia analògica per a la transmissió de la informació.

Tipus d’enllaç Simplex, dos fils (sentit xarxa-usuari).

Esquema de transmissió Línia analògica, modulació per desplaçament de freqüència en fase coherent (DFSK).

Lògica 1 (marca) 1.300 Hz ± 1,5%.

Lògica 0 (espai) 2.100 Hz ± 1,5%.

Codificació de les dades IRA (Alfabet internacional de referència, annex A).

Aplicació de les dades En sèrie, binari, asíncron.

Nivell de transmissió -13,5 dBm ± 1,5% en el punt d’aplicació de les dades amb una impedància de terminació de 600 Ω.

Duració de bit 833 Hz ± 50 µs.

[Apunts POTS]

CLID: capa d’enllaç de dades (capa 2)

La capa d’enllaç proporciona la funció de detecció d’errors de transmissió i prepara la trama d’informació. També sincronitza el mòdem receptor del terminal de forma prèvia a l’enviament de dades.

94

El protocol en el nivell dos no suporta la correcció d’errors (només els detecta) ni la retransmissió de missatges. Tampoc existeix un nombre de seqüència o reconeixement del missatge de la informació transmesa. El senyal de dades en línia és continu, però la modulació FSK només s’aplica durant la transmissió de dades → la modulació es para quan s’ha transmès l’últim bit del missatge de la capa d’enllaç de dades, i el mòdem queda en estat de repòs (idle). A la següent figura es mostra el format de la trama de la capa d’enllaç de dades.

Senyal de captura

Senyal de marca

Tipus de missatge

Longitud del

missatge

Missatge de capa 3

Checksum (detecció d’errors)

Senyal de captura . Activa el mòdem del terminal. Consisteix en l’enviament d’un

bloc de 300 bits continus alternant zeros i uns. El primer bit transmès és un zero i l’últim un u.

Senyal de marca. Sincronitza el mòdem receptor amb l’equip terminal, preparant-

lo per rebre dades. Consisteix en 180 bits ± 25 bits (lògica 1) o 80 bits ± 25 bits. Tipus de missatge. Identifica el missatge que es vol enviar. La seva longitud està

fixada en un byte i es codifica en binari. Longitud del missatge. Indica el nombre de bytes del missatge de la capa 3 de

presentació que hi ha al següent camp. No s’inclou el byte del checksum. La seva longitud està fixada en un byte i es codifica en binari.

Checksum. Es tracta del byte de comprovació d’errors en la transmissió i conté el

complement a 2 en mòdul 256, suma de tots els bytes del missatge començant des del tipus de missatge i acabant on comença el byte del checksum que queda exclòs del càlcul.

[Apunts POTS]

CLID: capa de presentació (capa 3)

La capa de presentació defineix el format, la seva codificació i la seqüència dels missatges d’informació a transmetre des de la xarxa fins al mòdem de l’equip terminal analògic de l’usuari. Queda completament encapsulada dins de la capa 2 corresponent a la capa de dades. A la següent figura es mostra el format del tipus de missatge múltiple.

Tipus de paràmetre

Longitud del

paràmetre

Bytes d’informació ... Tipus de

paràmetre

Longitud del

paràmetre

Bytes d’informació

0 7 8 15 16 ...........

------------ PARÀMETRE 1 ------------ ... ------------ PARÀMETRE N -----------

95

Tipus de paràmetre . Conté un valor codificat en binari d’un byte de longitud que

identifica el paràmetre de què es tracta.

Longitud del paràmetre. Conté el nombre de bytes d’informació del missatge corresponent al tipus de paràmetre indicat.

Bytes d’informació. Poden ser un o més bytes (fins a 253). El contingut dels bytes pot estar codificat en binari o en IRA.

A la següent taula es mostren els tipus de paràmetres.

Tipus (binari)

Tipus (hexadecimal) Longitud Nom del paràmetre

0000 0001 0x01 8 Data i hora.

0000 0010 0x02 max 20 Identitat de la línia trucant.

0000 0011 0x03 max 20 Identitat de la línia trucada.

0000 0100 0x04 1 Raó de l’absència de la identitat del trucant.

0000 0111 0x07 max 20 Nom del trucant.

0000 1000 0x08 1 Raó de l’absència del número del trucant.

0000 1011 0x0b 1 Tipus de trucada.

0001 0000 0x10 max 20 Identitat complementària de la línia trucant.

0001 0001 0x11 1 Tipus de trucada.

0001 0010 0x12 max 20 Identitat primerament trucada.

0001 0011 0x13 1 Status del sistema de missatgeria de xarxa.

0001 0101 0x15 1 Tipus de trucada desviada.

0001 0110 0x16 1 Tipus d’usuari trucant.

0001 1010 0x1a max 20 Últim nombre de readreçaments.

0010 0000 0x20 X Informació de tarificació.

1110 0000 0xe0 10 Extensió per a l’ús de l’operador de la xarxa.

1110 0001 a 1111 1111

0xe1 a 0xff -- Reservats per a l’ús de l’operador de

la xarxa.

96

Els paràmetres més utilitzats són: data i hora, identitat de la línia que truca i raó d’absència de la presentació del número que truca.

[Apunts POTS]

CLID: transmissió de les dades

Els requisits de la transmissió de les dades fan referència a la terminació de la xarxa en el bucle local. La interfície ha de suportar la transmissió de dades cap a l’equip terminal (TE) en qualsevol dels següents modes: - Transmissió associada al to de trucada. - Transmissió no associada al to de trucada.

[Apunts POTS]

CLID: transmissió de dades associada al to de trucada

Es defineixen dos mètodes per transmetre informació a l’equip terminal: - Transmissió de dades durant el to de trucada. - Transmissió de dades abans del to de trucada. L’operador de xarxa determina quin és el mètode utilitzat. Transmissió de dades durant el to de trucada. En aquest mètode de senyalització, les dades modulades en FSK s’envien durant els períodes de silenci entre el primer i el segon to. Aquest servei proporciona el número i el nom, o només el nom com a identificació de trucada. La transmissió de dades es produirà durant el primer període llarg de silenci entre els patrons de timbre, tal com es mostra a la figura. El primer període de silenci llarg tindrà una durada suficient per a la transmissió de dades FSK.

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades durant el to de trucada.

Interval Durada Descripció

T5 500 – 2.000 ms Temps d’espera entre el final del primer to i l’inici de la transmissió de dades.

T6 > 200 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i l’inici del segon to.

97

Transmissió de dades abans del to de trucada. En aquest mètode de senyalització, l’equip terminal està en repòs i no sap que rebrà una informació de dades. S’utilitza un senyal d’alerta (TAS, TE Alerting Signal) per indicar al terminal que la transmissió de dades està a punt de començar. A continuació podem veure els tres tipus de TAS. • Dual Tone Alerting Signal (DT-AS).

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades abans del to de trucada DT-AS.

Interval Durada Descripció

T2 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i l’inici del primer to.

T4 40 – 500 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta DT-AS i l’inici de la transmissió de dades.

• Ringing Pulse Alerting Signal (RP-AS).

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades abans del to de trucada RP-AS.

Interval Durada Descripció

T2 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i l’inici del primer to.

T3 500 – 800 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta RP-AS i l’inici de la transmissió de dades.

• Inversió de línia seguit d’un DT-AS (LR + DT-AS).

98

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades abans del to de trucada LR + DT-AS.

Interval Duració Descripció

T0 > 100 ms Temps d’espera entre el final de la inversió de línia i l’inici del senyal d’alerta DT-AS.

T1 > 45 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta DT-AS i l’inici de la transmissió de dades.

T2 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i l’inici del primer to.

T7 < 700 ms Temps d’espera entre el final de la inversió de línia i l’inici de la transmissió de dades.

[Apuntes POTS]

CLID: transmissió de dades no associada al to de trucada

Aquest tipus de transmissió s’utilitza per a la transmissió de serveis alternatius (com per exemple, missatges en telefonia fixa o transmissió de dades en despenjat). S’envia un TAS a l’equip terminal per indicar que començarà una transmissió de dades. Igual que abans, els TAS poden ser: • Dual Tone Alerting Signal (DT-AS).

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades no associada al to de trucada DT-AS.

Interval Durada Descripció

T8 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i l’inici del següent succés.

T4 45 – 500 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta DT-AS i l’inici de la transmissió de dades.

• Ringing Pulse Alerting Signal (RP-AS).

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades no associada al to de trucada RP-AS.

99

Interval Durada Descripció

T8 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i el següent succés.

T3 500 – 800 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta RP-AS i l’inici de la transmissió de dades.

• Inversió de línia seguit d’un DT-AS (RL + DT-AS).

Transmissió

de dades

(FSK)

T8

TAS:

DT-AS

T1T0

T7

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades no associada al to de trucada LR + DT-AS.

Interval Duració Descripció

T0 > 100 ms Temps d’espera entre el final de la inversió de línia i l’inici del senyal d’alerta DT-AS.

T1 > 45 ms Temps d’espera entre el final del senyal d’alerta DT-AS i l’inici de la transmissió de dades.

T8 200 – 500 ms Temps d’espera entre el final de la transmissió de dades i el següent succés.

T7 < 700 ms Temps d’espera entre el final de la inversió de línia i l’inici de la transmissió de dades.

[Apuntes POTS]

CLID: transmissió de dades en despenjat

S’informa l’equip terminal mitjançant un TAS. Les característiques físiques del TAS queden definides a la següent taula. Freqüència nominal 2.130 Hz i 2.750 Hz ± 0,5%. Nivell de senyal -16,0 dBV/to ± 3,5 dB en el punt Z de la interfície, quan la

interfície té una impedància de referència segons es defineix a la norma TR 101 182.

Diferència màxima de potència entre tons

3,0 dB.

Puresa del senyal El nivell de tensió total de tots els senyals superflus a la banda de 300 – 3.400 Hz en el punt Z de la interfície seran almenys 30 dB menors que els senyals fonamentals.

Impedància de la font Específica de la xarxa. Durada 100 ms ± 10 ms

La següent figura mostra el diagrama en el cas que es pugui dur a terme la transmissió.

100

La següent figura mostra el diagrama si no rep el TE-ACK vàlid.

A la següent taula es descriuen els temps que intervenen en la transmissió de dades en despenjat.

Interval Duració Descripció

T10 0 – 150 ms Temps que transcorre des del bloqueig de la conversa fins a l’enviament del TAS.

T11 40 – 55 ms Temps perquè la central reconegui el TE-ACK.

T12 55 – 200 ms Interval entre el reconeixement del TE-ACK i la transmissió de dades.

T13 40 – 120 ms Temps per restaurar la conversa.

T14 160 ± 5 ms Màxim de temps permès perquè la central reconegui el TE-ACK.

T9 0 – 150 ms Temps per restaurar la conversa.

[Apunts POTS]

RESUM

Hem vist el comportament del bucle d’abonat en el cas analògic. Aquesta xarxa es coneguda com la Xarxa Telefònica Bàsica (XTB), (Red Telefónica Básica, RTB, en castellà, o Plain Old Telephone Service, POTS, en anglès). Hem presentat els principals serveis i hem estudiat l’exemple del servei CLASS CLID, veient com l’operador de telefonia realitza una transmissió de dades sobre l’enllaç de veu.

101

SESSIÓ 10: Telefonia analògica: disseny del hardware

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Telefonia analògica: disseny del hardware Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Apunts POTS] [Referències de fabricants]

o Bibliografia complementària [Bigelow2001] [Huidobro2001] [Espallargas1995]

PRECEDENTS

Circuits de veu en telefonia, senyalització de veu, electrònica, teoria de circuits i xarxa d’accés en telefonia analògica.

OBJECTIUS

La millor manera d’entendre la xarxa telefònica bàsica és mitjançant el disseny de l’equip terminal: un telèfon.

CONTINGUTS

En aquesta sessió proposarem el disseny d’un telèfon de XTB. Analitzarem les seves prestacions, especificacions i disseny. Comparem diferents circuits integrats compatibles amb XTB.

3.1.4. Telèfon de xarxa analògica: especificacions i disseny

Com a aplicació d’exemple del funcionament de la xarxa de telefonia analògica dissenyarem un telèfon. Tot i que estem parlant de telefonia analògica (la veu es transmet en una banda de 3.100 Hz de manera analògica) el terminal serà digital. Això implicarà extreure-li el màxim rendiment al nostre equip, augmentant les seves prestacions i permetent-li rebre els serveis de valor afegit que ens ofereix la xarxa telefònica commutada. Evidentment, substituirem gran part de la circuiteria analògica (resistències, bobines, condensadors, díodes i transistors) per circuits integrats, amb la conseqüent simplificació del disseny, l’estalvi econòmic i la millora de la qualitat.

102

Especificacions tècniques

Definim les normatives que haurà de complir el terminal per tal que pugui operar en la xarxa pública de commutació de circuits. Aquestes especificacions hauran de ser compatibles amb la definició de la interfície analògica que presenten els operadors de telefonia. • Telefonia: iCTR-37. • Accés: TBR 21. • Acústiques: TBR 28. • Funcions CLI: ETS 300 778 / ETS 300 659. • EMC: UNE- EN55022 / UNE- EN55024.

Especificacions funcionals

Com a funcions bàsiques de telefonia considerarem: • Marcació multifreqüència i per polsos. • Tecla flash (tecla R). • Ajust del volum del timbre. Com a funcions d’un telèfon digital, podrem afegir totes les prestacions que ens dóna la utilització d’un microcontrolador i d’una memòria: • Pausa en marcació. • Silenci. • Retrucada. • Memòries. • Mans lliures. • Agenda. • Control de pantalla. I, finalment, com a funcions de valor afegit contemplarem els següents serveis: • Identificació de trucada. • Identificació de trucada en espera. • Trucada en espera.

Esquema modular

Com a proposta, seguirem el disseny proposat al full de dades (data sheet) de Winbond. El cor del terminal serà un microprocessador que integra les tasques de tractament digital del senyal, d’intel·ligència de commutació i processament, de control dels ports, de control dels perifèrics, de control de les memòries, de sincronismes, i de gestió dels serveis de valor afegit de la xarxa. Com a mòduls addicionals, hi haurà l’integrat d’interfície de línia (adaptació de línia i alimentació del circuit) i un circuit dedicat a la identificació de trucades. A part, podem tenir els perifèrics dedicats (LCD, teclat, altaveu, mans lliures, memòries externes, mòdems, etc.).

103

Esquema electrònic

Hi ha diverses solucions electròniques per implementar cadascun dels mòduls abans exposats. La solució més primària seria desenvolupar-los tots mitjançant filtres i semiconductors, que seria una solució vàlida i amb components senzills. No obstant això, el disseny per obtenir un bon equip seria massa complex, per la qual cosa és molt més eficient la utilització de circuits integrats que ja realitzen varies d’aquestes tasques. Al mercat hi ha una oferta força variada, amb solucions molt especialitzades. Veurem algun exemple per a cada mòdul.

3.1.5. Interfície de línia Les seves funcions principals són separar el senyal de veu del de control i proporcionar l’alimentació al circuit. Com a integrat de referència prendrem el TEMIC 3900, de la casa Atmel. També tenen bons productes Mitel, Winbond i Philips. Podeu consultar al web les característiques d’aquest circuit. Els principals mòduls dels quals està construït són: • Circuit de veu, amb anticlipping. • Interfície de ringer amb conversor DC/DC. • Amplificació de veu. • Matriu de commutació de veu. • Generador DTMF. • CLID. • Wath Dog. • Generació de les tensions d’alimentació del circuit digital.

104

Podeu consultar el document [AtmelU3900 2000], p. 4. • Atmel: www.atmel.com • Mitel: www.mitel.com • Philips: www.philips.com • Winbond: www.winbond.com

3.1.6. Microcontroladors de telefonia El microcontrolador gestiona tota l’electrònica del circuit. També ens permetrà extreure els serveis CLASS i els serveis de valor afegit que les centrals locals (digitals) proporcionen en telefonia analògica. Amb un terminal analògic, no podríem fer-ho.

Característiques dels microcontroladors de telefonia

Com a referència prendrem el microcontrolador W742, fabricat per Winbond. Normalment, els fabricants solen tenir al seu catàleg diferents models de microcontroladors dins de cada família. La diferència entre ells està en les prestacions que porten incorporades o no, de manera que es proporciona una àmplia gamma de circuits per donar solucions més completes o més econòmiques. És interessant que un microcontrolador de telefonia tingui alguna de les següents característiques: • Tensió de treball operativa entre 3,5 – 5 V. És necessari que un mòdul independent

li garanteixi aquest nivell regularitzat. • ROM interna, RAM interna i accés a ROM externa. • Watch Dog. • Ports d’entrada i de sortida. • 3 modes de baix consum: hold mode, stop mode, slow mode. Això és molt

important, ja que cal recordar que el consum és un dels paràmetres crítics d’un terminal en una xarxa de telefonia. En stop mode, totes les operacions del microcontrolador estan aturades, els rellotges estan parats i el consum és mínim. En hold mode totes les operacions del microcontrolador estan igualment parades, encara que els oscil·ladors encara estan actius. En slow mode, l’oscil·lador principal està aturat i el sistema treballa amb l’oscil·lador secundari (32 kHz).

• Driver de LCD. Com a fabricants de microcontroladors de telefonia, podem citar: • Winbond: www.winbond.com • Mitel: www.mitel.com • Texas Instruments: www.ti.com Podeu consultar el document [W742c 2000], p. 1-4, 19-32, i 48-49.

105

3.1.7. CLID Hi ha circuits integrats dedicats íntegrament al tractament del servei d’identificació de trucades: CLID I i CLID II.

Electrònica de CLID

En cas que es vulgui donar aquest servei en un telèfon, es pot optar per un microcontrolador amb aquest mòdul ja integrat en la seva circuiteria. Com a fabricants d’integrats de CLID podem citar: • Atmel : www.atmel.com • Motorola: www.motorola.com • Texas Instruments: www.ti.com • Winbond: www.winbond.com

3.1.8. Acústica La part acústica del circuit pot solucionar-se si s’integren l’amplificació, els filtres i els circuits de tractament de la veu a l’integrat d’interfície de línia de TEMIC.

Antilarsen

L’antilarsen és el sistema mitjançant el qual en un sistema de mans lliures com el que dissenyem es pot fer una reducció de l’altaveu si s’incrementa el valor de la transmissió. Aquesta funció té dues motivacions: - A nivell electrònic, té com a finalitat prevenir les realimentacions acústiques, ja que reduïm el guany de l’altaveu. - A nivell usuari, augmenta el confort de la conversa, ja que permet que l’interlocutor es concentri quan parla i no es vegi influenciat per l’altre. Aquest ajust es fa mitjançant el mòdul AFS del circuit TEMIC U3900. • Atmel: www.atmel.com

Cancellació del sidetone

La relació entre el senyal transmès a la línia i la resta del senyal transmès a l’auricular es denomina cancel·lació o eliminació del sidetone. Aquesta cancel·lació no podrà ser del 100%, per això el camí de recepció sempre conté un cert valor del senyal transmès.

106

RESUM

En aquesta sessió hem dissenyat un terminal telefònic, compatible amb la xarxa telefònica estudiada. D’una banda hem considerat els aspectes de l’usuari final (prestacions, funcionalitats i qualitat), i d’altra banda aspectes de l’operador (normatives, senyalització i serveis). Hem presentat diferents llocs web d’operadors i fabricants, on podreu trobar la informació més detallada i actualitzada.

107

SESSIÓ 11: Telefonia digital

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Telefonia digital Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Dedicació: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Stallings2000] [Thompson2000]

o Bibliografia complementària [Freeman1999]

PRECEDENTS

Després d’haver vist com es modela el bucle local en telefonia analògica, veurem el cas digital. Els principals conceptes sobre la Xarxa Digital de Serveis Integrats (XDSI) es donen per apresos en altres assignatures (podeu repassar els temaris de telemàtica).

OBJECTIUS

Caracterització del bucle local digital: servei de telefonia en la XDSI.

CONTINGUTS

Veurem com caracteritzar la xarxa d’accés en la telefonia digital. Farem un ràpid repàs de la definició de la XDSI, la seva arquitectura i els punts de referència en la xarxa, continguts ja estudiats a les assignatures de telemàtica de 3r i 4t de telecomunicacions. Posteriorment, veurem quins són els serveis que pot oferir l’operador de telecomunicacions i repassarem el funcionament de la XDSI, orientant-ho a les comunicacions telefòniques.

3.2. Telefonia digital

3.2.1. Descripció Sovint parlem de telefonia analògica o de telefonia digital i confonem l’abast d’aquests termes; quan parlem de telefonia digital no ens referim a l’equip terminal. En sessions anteriors hem dissenyat un terminal telefònic mitjançant components digitals per a telefonia analògica. Quan parlem de telefonia analògica o de telefonia digital ens

108

referim a la xarxa d’accés a l’operador de telecomunicacions i als serveis que ens ofereix.

Descripció

La telefonia digital es caracteritza per la XDSI (ISDN en anglés), però el domini d’existència tant de la XDSI com de POTS es troba únicament al bucle local. A partir d’aquí, les converses de veu accedeixen a la xarxa de transport, 100% digital. Un cop la conversa és transmesa fins a la central local de l’usuari de l’altre extrem, aquesta torna a accedir al bucle local, que podrà ser tant analògic com digital de nou. Les recomanacions relatives a la XDSI es recullen a la Sèrie I del CCITT (ara UIT). Inicialment la XDSI tenia normatives diferents per a cada país (RNIS VN2 a França, ITR6 a Alemanya...) fet que feia difícil la compatibilitat d’equips. Afortunadament l’ETSI les va normalitzar totes mitjançant l’EURO-XDSI. Tant l’accés bàsic (2B+D) com el primari (30B+D a Europa i 23B+D als EUA i al Japó) estan definits per estàndards i protocols. En una connexió commutada, els canals B, de 64 kbps, s’utilitzen per a la transmissió d’informació (veu o dades), no transporten informació de control per a la trucada XDSI en cap dels dos casos. El canal D (de 16 kbps per a BRI, o 64 kbps per a PRI) dedicat a la senyalització també pot utilitzar-se per transportar informació de dades en mode paquet (X.25).

[Thompson2000] p. 392-393

[Bellamy2000] p. 495-497

[Stallings2000] p. 744-749, p. 751-754

3.2.2. Arquitectura i punts de referència

En la creació i el creixement de les xarxes de veu, sovint es veuen implicats equipaments i xarxes de fabricants i operadors diferents. Per tal de controlar i portar el

109

manteniment calen analitzadors de protocols, que poden integrar-se a la xarxa per mesurar diferents punts o interfícies. Són els anomenats punts de referència.

Arquitectura

El bucle local en la XDSI queda definit a partir de la interfície U. Els usuaris utilitzen un equip anomenat terminal de xarxa (NT1, Network Terminal) per connectar-se a la XDSI (interfície U a dos fils) d’una banda, i als seus terminals (interfície S/T a quatre fils i 192 kbps) d’una altra. El terminal de xarxa 2 (NT2) és una agrupació funcional, com per exemple una centraleta privada o una LAN (o un router si parlem de dades), que realitza funcions de commutació local o multiplexació, a la qual, d’una banda es connecten els usuaris i d’una altra el NT1. Normalment es necessària quan s’empra un enllaç primari. L’accés bàsic generalment no té NT2, sent les interfícies S i T una sola (punt S/T). Generalment, la terminació de línia i la terminació de central es troben combinades en una sola unitat a la targeta de la central. L’adaptador de terminal (AT) ens proporciona la interfície R, amb la qual és possible connectar un terminal analògic a la XDSI.

Mentre que el NT1 realitza tasques de control de qualitat, sincronització, alimentació i potència, el NT2 realitza funcions molt més específiques: du a terme funcions de control a la instal·lació de l’usuari. Les principals són: • Senyalització. • Multiplexació de canals. • Commutació local. • Concentració de tràfic cap a la xarxa. • Serveis suplementaris. Vistes les tasques a desenvolupar pel NT2, podem avançar que els equips típics seran els routers (per a xarxes de dades) i les PBX (per a xarxes de veu).

[Thompson2000] p. 393-396, p. 399-401

[Bellamy2000] p. 497-502

[Stallings2000] p. 754-756

110

Exercici optatiu

Com a aplicació, podeu cercar a Internet equipament de gestió de xarxa i analitzadors de protocols XDSI. Busqueu a les notes d’aplicació la seva integració en l’arquitectura de la XDSI. Fixeu-vos si reconeixen el protocol QSIG (ja en parlarem en sessions posteriors). Com a referència, aquí teniu alguns webs: • Hewlett Packard: www.hp.com • National Instruments: www.natinst.com • Network Associates: www.mergetech.com • Tektronix: www.tek.com • Trend Communications: www.trendcomms.com • Wandel & Goltermann: www.wg.com

3.2.3. Serveis de línies digitals

En telefonia digital distingim tres tipus de serveis: serveis portadors, serveis suplementaris i teleserveis.

Serveis portadors

Són els serveis de telecomunicacions per a la transmissió del senyal entre les interfícies de la xarxa. Els serveis portadors ofereixen la capacitat de transportar informació en temps real, a la velocitat desitjada, independentment del seu contingut o aplicació. La xarxa assegura que la informació entre dos punts es transportarà correctament. Els serveis portadors normalitzats són: • Àudio a 3,1 kHz. Es correspon amb el servei bàsic ofert per tots els operadors, amb

un ample de banda de 3,1 kHz per a la transmissió de veu o de dades mitjançant un mòdem analògic usant un canal B.

• 64 kbps transparents. Proporciona la transferència d’informació sobre un canal B, suportant un ampli marge d’aplicacions d’usuari.

Serveis suplementaris

Els serveis suplementaris són aquells que modifiquen i complementen la prestació d’un servei bàsic, oferint-ne d’addicionals. Aquesta informació extra viatja per canal D de senyalització dels enllaços XDSI. Comprenen les següents categories: • Identificació del número. Transmissió d’un dels números d’usuari a l’altre o a un

dispositiu. Inclou les següents possibilitats: • CLIP (Calling-Line Identification Presentation). Indica a l’usuari que rep la

trucada la identitat de l’usuari que truca abans de respondre.

111

• CLIR (Calling-Line Identification Restriction). Permet l’usuari que truca deshabilitar la presentació de la seva identitat a l’usuari que rep la trucada.

• COLP (Connected Line Identification Presentation). Proporciona a l’usuari que truca el número al qual està connectat en cada moment. És útil, per exemple, en el cas de desviament de trucades.

• COLR (Connected Line Identification Restriction). Inhibeix la presentació del número trucat a l’usuari que truca.

• DDI (Direct Dialling In). Permet l’accés directe a una extensió d’una centraleta digital quan se la truca des de la XDSI pública, sense intervenció de l’operadora.

• MCI (Malicious Call Identificaction). Versió de CLI per evitar el CLIR en cas de trucades malicioses.

• MSM (Multiple Subscriber Number). Possibilita l’assignació de fins a vuit números a una única interfície, pública o privada.

• SUB (SUB-Addressing). Similar al MSM, permet la utilització de dígits extra per accedir a una extensió d’abonat o a un terminal particular en una xarxa de dades.

• TP (Terninal Portability). Facilita a l’usuari moure el seu terminal d’un punt a un altre durant la trucada, sempre que les dues pertanyin a la mateixa instal·lació d’accés.

Als llocs web dels operadors de telefonia podeu consultar la relació dels serveis que funcionen amb les seves xarxes, així com els costos d’alta, de manteniment i d’explotació. Estan ben documentats als webs de: • Al-pi: www.al-pi.es • ONO: www.ono.es • Telefónica: www.telefonica.es

Teleserveis

Els teleserveis són aquells serveis que proporcionen la completa capacitat de comunicació entre els usuaris, segons protocols establerts mitjançant acords entre els operadors de telecomunicacions. Ofereixen la capacitat completa de comunicacions, incloses les funcions de l’equip terminal, fent ús d’un determinat servei portador. Un teleservei suposa una transferència normalitzada d’informació entre dos usuaris. L’EURO-XDSI consta de teleserveis, com ara telefonia bàsica (3,1 kHz), telefonia d’alta qualitat (7 kHz), teletext, fax grup 4, videotext, i videotelefonia.

3.2.4. Protocols XDSI El protocol XDSI segueix el model funcional d’OSI.

Model de referència XDSI

El canal D té implementats els nivells 1, 2 i 3 de la torre d’OSI, mentre que els canals B només tenen implementat el nivell 1, que permet els usuaris utilitzar els seus propis protocols des del nivell 2 (enllaç) fins al 7 (aplicació).

112

Recordem el model de referència XDSI en OSI:

CANAL B MODEL OSI CANAL D

Protocols definits

lliurement pels usuaris

7 – Aplicació

6 – Presentació 5 – Sessió 4 – Transport 3 – Xarxa Q.931 o X.25 2 – Enllaç Q.921 (LAPD)

I.430 (BRI)

I.431 (PRI) 1 - Físic I.430

(BRI) I.431 (PRI)

[Stallings2000] p. 756-757

Canal D. Nivell 1

Basat en la recomanació I.430, descriu la connexió física entre el TE i el NT2. Defineix les característiques elèctriques, el tipus de connector, la codificació de línia i l’entramat. La connexió física és síncrona, sèrie i duplex. Els canals B i D són multiplexats en el temps sobre la mateixa línia física en un mateix frame, des del NT1 a casa de l’usuari i la central telefònica. Modes d’operació. Les característiques de la capa 1 de la interfície usuari-xarxa poden estar definides segons dos modes d’operació que descriuen el seu tipus de connexió: operació punt a punt o operació punt multipunt. • Connexió d’enllaç de dades punt a punt .

Suposa l’existència d’una sola font (emissor) i d’un sol receptor que són interconnectats per un circuit d’enllaç en un punt de referència S o T. Aquesta configuració s’aplica als accessos BRI i PRI, i és típica en el cas de les PBX.

• Connexió d’enllaç de dades en difusió (punt multipunt) .

Suposa l’existència de varies fonts (emissors) connectades a un únic receptor per un únic circuit d’enllaç, i igualment diversos receptors connectats a una sola font. També és coneguda com a bus passiu i només s’aplica als accessos bàsics.

Canal D. Nivell 2

Basat en la recomanació Q.921, descriu els procediments que asseguren la comunicació lliure d’errors sobre l’enllaç físic i defineix la connexió lògica entre l’usuari i la xarxa. El protocol també proporciona les regles per a la connexió de múltiples terminals sobre una mateixa línia física (multipunt). El protocol de nivell 2 és LAPD (Link Access Procedure on the D-Channel), una extensió del LAPB de X.25, que millora la capacitat d’adreçament. Les funcions de capa d’enllaç de dades proveeixen dels mitjans de transferència d’informació entre múltiples combinacions de connexions d’equips terminals en un

113

mateix accés. Els missatges de senyalització entre els equips terminals i la xarxa s’envien encapsulats en una trama d’enllaç de dades. Com que més d’un ET pot estar senyalitzant a la vegada, per distingir de quin d’ells procedeix un missatge cal establir per a cadascun una connexió d’enllaç de dades. Igualment, un ET necessita establir una connexió d’enllaç de dades diferent per als diferents tipus de missatge que pot transmetre o rebre (missatges de senyalització, de gestió de capa, d’enllaç de dades, etc.). Identificació de la connexió d’enllaç de dades. Una connexió d’enllaç de dades és identificada per l’identificador de connexió d’enllaç de dades (DLCI) transportat en el camp d’adreça de cada trama. El DLCI s’associa amb un identificador de connexió d’equips terminals als dos extrems de la connexió de l’enllaç de dades, que s’utilitza per identificar les unitats de missatge transferides entre la capa d’enllaç de dades i la capa 3. El DLCI està format per dos elements: • El SAPI (Service Access Point Identifier), per identificar el punt d’accés al servei en

la banda de xarxa o en la banda d’usuari de la interfície usuari-xarxa. • El TEI (Terminal Equipment Identifier), per identificar l’ET de connexió específic

dintre d’un punt d’accés al servei. El TEI pot ser assignat per la xarxa si l’equipament d’usuari té la categoria d’assignació automàtica de TIE.

Tipus de connexió de la capa d’enllaç de dades. Pot presentar-se la transferència de la informació segons els dos tipus de connexions (punt a punt o punt multipunt). • Connexió d’enllaç de dades punt a punt.

Les trames es dirigeixen a un únic ET i són reconegudes pel valor del TEI. • Connexió d’enllaç de dades en difusió (punt multipunt).

En aquest tipus de connexió les trames es dirigeixen a un o a uns quants ET de forma simultània. Es reconeixen pel valor del TEI, que en aquest cas és el valor del TEI del grup.

A la següent taula podem veure els possibles valors del TEI i el seu significat.

Valor del TEI Tipus de connexió que identifiquen 0 Punt a punt de TR2 (PBX amb BRI i/o PRI). 1-63 Punt a punt amb el TEI gravat en l’ET. 64-126 Punt a punt amb el TEI assignat per la xarxa. 127 Punt multipunt.

Canal D. Nivell 3

Basat en la recomanació Q.931, defineix la interfície i els missatges de senyalització entre l’usuari i la xarxa. El protocol implementat a aquest nivell determina les rutes preses a través de la xarxa per connectar els usuaris entre ells. També pot utilitzar-se el protocol X.25 com a nivell 3, encara que no està implementat en totes les xarxes.

114

Procediments capa 3. Aquesta capa inclou els procediments que són necessaris per al control de trucades i d’alguns serveis que es duen a terme mitjançant l’intercanvi de missatges. Aquests procediments es poden agrupar en: • Procediment per a l’establiment de trucada. • Procediment per a la finalització de trucada. • Procediment per a l’ús de tons i/o locucions. • Procediment de reinici. • Procediment per a la reconfiguració de la trucada. • Procediment per al tractament d’errors. • Procediment per a notificacions. Missatges capa 3. Els missatges utilitzats pel protocol de capa 3 del canal D serveixen per intercanviar informació entre l’equip d’usuari i la xarxa. Per tant, poden dirigir-se d’usuari a xarxa, de xarxa a usuari, o en tots dos sentits. S’agrupen segons el tipus de funció que realitzen de la següent manera: • Missatges de la fase d’establiment de la trucada. • Missatges de la fase d’informació de la trucada. • Missatges de la fase de finalització de la trucada. • Altres missatges. • Missatges per als serveis suplementaris.

Protocols en el canal B

Nivell 1. Té exactament la mateixa especificació I.430 que el canal D, ja que comparteix la mateixa línia física on ambdós canals són multiplexats. Nivells 2-7. Cap d’aquests nivells no està definit, cosa que permet l’usuari usar el protocol que prefereixi.

3.2.5. Senyalització en XDSI

El canal de senyalització utilitzat en XDSI és conegut com SS7 i és un aspecte molt significatiu de l'arquitectura de la xarxa.

Senyalització en XDSI

Fins a l’aparició de la XDSI, les xarxes transportaven les dades i la senyalització pel mateix medi. En la XDSI, la senyalització es transporta pels canals D, que són independents dels canals B utilitzats per transportar dades.

115

El terme independent no s’ha d’agafar només en un sentit lògic, sinó també físic, atès que els canals D utilitzen una subxarxa pròpia amb els seus propis enllaços, protocols i formats. Es pot afirmar, per tant, que la XDSI està formada per dues xarxes separades, però complementàries: 1. Una xarxa utilitzada per transportar la informació entre usuaris (canal B i canal H). 2. Una xarxa de senyalització intel·ligent. Quan els canals B i H queden alliberats de la senyalització poden oferir un servei portador pur, d’alta qualitat i sense limitacions de protocol, mentre que els canals D, a més de gestionar la connexió i controlar els circuits, proporcionen els serveis complementaris i fins i tot poden arribar a constituir una xarxa de paquets X.25. Aquesta arquitectura segregada aporta una sèrie d’avantatges: 1. El temps d’establiment de la connexió entre usuaris finals és menor. 2. És més fàcil el control de la trucada durant i després del seu establiment,

aconseguint més rapidesa, flexibilitat i seguretat. 3. La interconnexió de les bases de dades de la xarxa de senyalització permet

introduir nous serveis, estenent-se la xarxa de senyalització per a l’administració de la xarxa, la monitorització i la gestió.

4. En ser un estàndard mundial de senyalització, es simplifica la interconnexió de xarxes i facilita l’accés a bases de dades remotes.

RESUM

En aquesta sessió hem repassat alguns conceptes ja coneguts de la XDSI i també hem vist quins són els trets diferencials que ens aporta la XDSI respecte de la telefonia analògica. Tot i que la XDSI és una xarxa transparent en la transmissió de veu i dades, és una commutació de circuits, per la qual cosa en les transmissions telefòniques és on es presenta una explotació més gran, especialment al sector empresarial.

116

117

SESSIÓ 12: Telefonia en xarxes HFC i FTTH

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Telefonia en xarxes HFC i FTTH Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Apunts telefonia V5x]

o Bibliografia complementària [Thompson2000]

PRECEDENTS

Coneixement de les xarxes HFC i FTTH.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem com es subministra el servei de telefonia en els operadors de cable i farem especial esment als protocols V5.1 i V5.2.

CONTINGUTS

En aquesta sessió veurem com la xarxa d’accés tradicional d’un operador de telefonia és substituïda per un operador de cable. Estudiarem la topologia de la xarxa, la distribució freqüencial del senyal i els serveis de veu que pot oferir, i veurem quins són els principals protocols de senyalització.

3.3. Telefonia en xarxes HFC

3.3.1. Xarxa d’accés Una xarxa HFC (Hybrid Fiber Coaxial) és una xarxa híbrida de telecomunicacions per cable que combina la fibra òptica i el cable coaxial (coure) com a suports de la transmissió de senyals. Ofereix tota mena de serveis per un únic accés i de manera integrada; reemplaçant part de la xarxa coaxial amb fibra òptica té més capacitat de servei, major abast i és bidireccional, a diferència de les xarxes basades només en cable coaxial, les quals són molt limitades en els serveis que poden oferir. Les xarxes HFC poden oferir i suportar diversos serveis per a un únic accés i de forma integrada, és a dir, TV, telefonia, Internet i altres serveis.

118

L'arquitectura d'una xarxa HFC està configurada en forma d'anells multipunt, primaris (transport) i secundaris (fibra). Dels anells secundaris surten connexions de xarxa coaxial (és una topologia més lògica que física en la majoria dels casos), la qual permet que el sistema vagi creixent progressivament en funció de la demanda d'utilització del canal de retorn.

Els elements d'una xarxa HFC estan composts per tres parts: capçalera, xarxa troncal i xarxa de distribució. A la capçalera s'estableixen totes les interconnexions amb altres xarxes de transport fixes o mòbils, així com els servidors d'accés als diferents serveis i al servei telefònic; forma part d'una xarxa de transport interurbana. Dins de la capçalera trobem dues parts ben diferenciades: la capçalera de serveis, on s'originen els senyals que es transmeten a través de la xarxa, que conté els equips i els sistemes que permeten els operadors prestar tots els serveis de manera integrada; i la capçalera òptica, integrada per l'equipament òptic capaç de donar suport als serveis a transmetre a la xarxa. La xarxa troncal està conformada per la xarxa primària òptica que uneix la capçalera i els nodes primaris, acostuma a seguir topologies en anell o en estrella mitjançant enllaços redundants, la xarxa troncal secundària òptica uneix els nodes primaris i els nodes finals amb nivell de cobertura menor que la xarxa troncal primària. La xarxa de distribució s'encarrega de portar els senyals des dels punts de distribució fins als abonats. Dins d'aquesta xarxa es diferencien tres parts: la xarxa de distribució coaxial, que s’encarrega de la connexió del node final amb el punt terminal de xarxa PTR; la xarxa d’escomesa, que és el tram de xarxa a l'edifici; la xarxa interior de client, que està formada pel cable coaxial on es distribueixen els serveis. Els cablemòdems permeten que les xarxes HFC siguin de transmissió bidireccional transparent; ofereixen l'usuari i altres xarxes, des de la capçalera, interfícies estàndard i es connecten a la xarxa HFC mitjançant un connector de cable coaxial de tipus F i a l’ordinador a través d'una interfície Ethernet; contemplen una sèrie de mesures de seguretat, com ara el control d'accés al sistema, tenen una adreça única assignada des de la fibra òptica, donada des de la capçalera abans de poder accedir a la xarxa.

119

En l'actualitat, aquest element està sent substituït per l'adaptador terminal multimèdia MTA, que té funcions ampliades (veu i dades). Hi ha tres estàndards principals de normalització associats als serveis d'accés de dades en les xarxes HFC: DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), DVB-RCC (Digital Video Broadcasting-Return Channel Cable) i Euro DOCSIS. La tecnologia d'accés sobre xarxes HFC es pot considerar com una tecnologia de banda ampla madura i utilitzable, però en contínua evolució cap a la creació d'una xarxa completament integrada, desenvolupant a poc a poc més capacitats d'accés, d’integració d'altres tecnologies i de serveis. Actualment, els operadors de cable ofereixen els serveis Triple Play (TV, telefonia i Internet), i la tendència a curt termini és oferir també telefonia mòbil, la qual cosa s'anomena Quàdruple Play. Un del interrogants que ens plantegem és, donats tots els beneficis que ofereix (millor ample de banda, més immunitat als sorolls i menor atenuació respecte al cable coaxial) per què no es construeix tota la xarxa amb fibra òptica? La resposta és molt simple, les connexions i els punts finals de banda ampla de les xarxes de fibra són molt més cars que les de coaxial, les fonts òptiques i els receptors que envien i reben els senyals a la xarxa FO augmenten enormement els costos, i, si bé és cert que la fibra pot ser econòmicament efectiva per a llargues comunicacions punt a punt, el coaxial és més barat quan hi ha molts ramals i connexions a la xarxa. Amb el desenvolupament incontenible de la tecnologia en telecomunicacions, hem observat com ha anat evolucionant amb el pas del temps el concepte de xarxa de TV per cable cap xarxa de telecomunicacions, tant des del punt de vista tecnològic –amb l'arribada de les xarxes HFC–, com des del punt de vista de les noves tendències de xarxes de telecomunicacions orientades a satisfer els nous serveis.

Distribució de serveis a la banda freqüencial

L'espectre de les xarxes de cable està evolucionant des dels 300/400/450 MHz de les antigues xarxes (de tipus coaxial i dedicades exclusivament a la difusió de televisió) fins als 860 MHz de les modernes xarxes HFC. Aquest espectre es divideix, de forma asimètrica, en dos canals: el descendent (que transporta els senyals generats a la xarxa, normalment a la capçalera, i dirigits als usuaris) i l’ascendent (que suporta els senyals generats pels usuaris: telefonia, dades, sol·licituds de vídeo per encàrrec, pagament per visió...). Segons el Reglament Tècnic per a la Prestació del Servei de Telecomunicacions per Cable (Reial Decret 2066/1996), la canalització de l'anterior espectre ha de ser de 5 a 55 MHz per al canal ascendent i de 86 a 862 MHz per al canal descendent. A l’esmentat reglament tècnic també s'estableix certa canalització per al canal descendent: • De 87.5 a 108 MHz per a radiodifusió-FM sonora. • De 118 a 174 MHz i de 230 a 470 MHz per a difusió de televisió en format analògic

(tipus PAL). • De 606 a 862 MHz per a televisió digital.

120

Com s'observa a la figura, en comparació amb el descendent, el canal ascendent és un recurs molt limitat que ha de ser compartit per tots els usuaris, fent ús de tècniques d'accés al medi. Amb aquesta finalitat, el canal (5-55 MHz) sol dividir-se en diversos canals-RF ascendents, d'1 a 6 MHz cadascun, amb capacitat d’entre 1,6 i 26 Mbps per canal, gràcies a l'ús de tècniques de modulació digital (QPSK o QAM, per exemple).

Alimentació en xarxes HFC

Una altra qüestió diferencial de la telefonia en les xarxes HFC respecte de la telefonia convencional és la necessitat d’alimentació dels equips terminals. En telefonia tradicional, la central local subministrava l’alimentació fins als abonats mitjançant la transmissió del propi senyal sobre el parell de coure. La fibra no por transportar senyals de potència, i el punt lògic per a la inserció d’energia seria el node opto-elèctric (NOE).

[Apunts V5x]

3.3.2. Interfície ETSI V5

Les interfícies V5 estan definides per la ITU-T i l’ETSI, i corresponen als tres nivells inferiors de la torre d’OSI. La seva finalitat és la definició de les funcions de commutació i del protocol de senyalització entre la xarxa d’accés i la central local de la xarxa de l’operador de cable.

Interfície ETSI V5

Un cop la comunicació ha estat entregada a la central local, és enrutada per la xarxa de transport senyalitzant-se llavors amb SS7. És evident que la xarxa de cable ha de disposar dels punts necessaris d’interconnexió per tal de mantenir la universalitat del servei telefònic. Els serveis als quals pot donar suport són: • Telefonia analògica. • Telefonia digital (XDSI, BRI i PRI). • Altres accessos analògics o digitals per a connexions semipermanents. • DID (Direct Inward Dialing), és un servei ofert per les companyies telefòniques per

utilitzar-lo amb els sistemes de centraleta telefònica dels clients, on la companyia telefònica assigna un rang de nombres associats amb una o més línies telefòniques.

121

V5 és una interfície oberta, no propietària, i té dues versions: la V5.1 i la V5.2.

[Apunts V5x]

La interfície V5.1

La interfície V5.1 consisteix en 1 enllaç entre la central local i la xarxa d’accés de 2.048 kbps, que suposen 31 canals de 64 kbps, els quals es reparteixen en canals portadors (B-Channels) i canals de senyalització i control (C-Chanels). En els canals portadors hi ha una assignació fixa i, per tant, no hi ha concentració. Això suposa que cada període de temps (time slot) de 64 kbps s’assigna a un usuari, en una commutació clàssica de circuits. El flux entre central i xarxa es defineix per: • Canals B (slots de l’1 al 15 i del 17 al 31). • Senyals de control (slot 16). • Senyalització PSTN (slots 15, 16 o 31), per permetre la comunicació amb xarxes de

telefonia convencionals. • Canal D XDSI (slot 16). • Timing. Aquest és un disseny poc eficient, ja que optimitza poc els recursos i no permet una amortització ràpida de la inversió de l’operador. Això va portar al desenvolupament de la V5.2.

[Apunts V5x]

La interfície V5.2

La interfície V5.2 és una evolució de la V5.1, i pot estar formada per entre 1 i 16 enllaços de 2048 kbps. Els canals es reparteixen, igual que a la V5.1, en canals portadors (B Channels) i canals de senyalització i control (C Channels). La principal diferència amb la V5.1 es troba en la seva capacitat de concentració i multiplexació dinàmica mitjançant l’assignació dinàmica del time slot de 64 kbps. Pot assignar-se més d’un usuari per time slot. L’increment en l’eficiència contrasta amb la pèrdua de qualitat de servei. Cal fer un dimensionament estadístic a l’hora de establir aquesta concurrència. El flux entre central i xarxa es defineix per: • Canals B (slots de l’1 al 15 i del 17 al 31). • Senyals de control (slot 16). • Senyals de control de l’enllaç (slot 16). • Senyals de protecció (slot 16). • Canal de senyalització PSTN (slots 15, 16 o 31). • Canal D XDSI (slot 16). • Timing.

122

[Apunts V5x]

3.4. Xarxes FFTH

Introducció. L’última milla

La tecnologia de telecomunicacions FTTH (de l'anglès Fiber To The Home), també coneguda com a fibra fins a la llar, es basa en la utilització de cables de fibra òptica i sistemes de distribució òptics adaptats a aquesta tecnologia per a la distribució de serveis avançats, com el Triple Play (telefonia, Internet de banda ampla i televisió), a les llars i els negocis dels abonats. La disponibilitat d'ample de banda en les xarxes troncals és enorme gràcies a la fibra òptica. La capacitat de generar i de processar informació dels terminals ha crescut exponencialment, tot i que les velocitats de transmissió en les xarxes d'accés a moltes llars encara es mantenen en valors baixos. A continuació es mostren les opcions de serveis amb fibra òptica.

L'acrònim FTTx és conegut àmpliament com a Fiber-To-The-x, on la x pot denotar diferents destinacions. Les més importants són: • FTTH (Fiber To The Home). En FTTH o fibra fins a la llar, la fibra arriba fins a

l'interior o la façana de la mateixa casa o oficina de l'abonat. • FTTE (Fiber To The Enclosure). La fibra arriba fins a l'armari de distribució. • FTTC (Fiber To The Curb). La fibra arriba fins a la vorera. • FTTB (Fiber To The Building). En FTTB o fibra fins a l'edifici, la fibra acaba abans,

normalment en un punt de distribució intermedi a l'interior o als voltants de l'edifici dels abonats. Des d'aquest punt de distribució intermedi s'accedeix als abonats finals de l'edifici o de la casa mitjançant la tecnologia VDSL2 (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line 2) sobre parell de coure, o Gigabit Ethernet sobre parell trenat CAT5. D'aquesta manera, la tirada de fibra es pot fer de forma progressiva, en menys temps i amb menor cost, reutilitzant la infraestructura de l'abonat.

123

• FTTN (Fiber To The Node or Neighborhood). En FTTN o fibra fins al veïnat, la fibra acaba més lluny dels abonats que en FTTH i FTTB, normalment als voltants del barri.

Hi ha diverses solucions tecnològiques per oferir FTTx. Aquestes opcions se solen dividir en dues categories àmplies: • PON (Passive Optical Networks), que no requereixen components electrònics

actius entre l'usuari final i la central de l'operador. • ASON (Active Optical Network), on hi ha instal·lats components electrònics actius

entre l'usuari final i la central de l'operador. Les tecnologies PON, especialment GPON (Gigabit PON), són les que més atenció han suscitat ja que, com que no requereixen dispositius electrònics o optoelectrònics actius per a la connexió entre l'abonat i la central, suposen una inversió i uns costos de manteniment considerablement menors que les tecnologies ASON. La selecció de la tecnologia de fibra òptica i l’arquitectura adequada depèn de diversos factors: la disponibilitat i la qualitat del coure en aquesta àrea, la densitat d'usuaris, l’estat competitiu o de col·laboració amb altres operadors, quins serveis i ample de banda es volen oferir, la quantia d’inversió disponible i el període de retorn acceptable, l’entorn regulador, etc. A la part superior de la figura es mostra la xarxa clàssica per parells, en la qual s'arriba fins al domicili del client a través d'equipament actiu de xarxa (switch Ethernet, DSLAM) i xarxa de parells de coure. A la part inferior de la figura es mostra com seria una xarxa FFTH utilitzant la tecnologia PON.

124

Elements d'una xarxa PON

A continuació s'enumeren els principals elements d'una xarxa PON: • OAN (Optical Access Network). Xarxa d'accés òptic. • OLT (Optical Line Terminal). Punt de regeneració òptica i de gestió de l'ample de

banda. Equipament situat a les capçaleres de l’operador. • ONT (Optical Network Terminal / Unit). Demarcació del client per a les dades, el

vídeo i la VoIP. Equipament final instal·lat a casa del client.

Distribució de serveis a la banda freqüencial

Perquè no es produeixin interferències entre els continguts en canal descendent i ascendent s'utilitzen dues longituds d'ona diferents, superposades utilitzant tècniques WDM (Wavelength Division Multiplexing). En utilitzar longituds diferents és necessari, per tant, l'ús de filtres òptics per separar-les. Finalment, les xarxes òptiques passives han d'estar ajustades en funció de la distància entre l'usuari i la central, el nombre d’splitters i la seva atenuació; de manera que, perquè el nivell lluminós que rebi cada ONU estigui dins dels marges, o bé s'ajusta el nivell del làser o bé l'atenuació dels filtres.

GPON. Canal descendent

En canal descendent, una xarxa PON va des de l’OLT cap a l’ONU d'usuari, en forma de xarxa punt multipunt on l’OLT envia una sèrie de continguts que passen pels filtres i arriben a les unitats ONU. L'objectiu és filtrar els continguts i enviar a l'usuari només els que vagin dirigits a ell. S'utilitza una multiplexació en el temps (TDM) per enviar la informació en diferents instants de temps. L’OLT envia el trànsit utilitzant broadcast i la xarxa òptica és totalment transparent a aquest enviament de dades. Cada ONT verifica la seva adreça a la capçalera de les trames i com que els ONT reben tot el trànsit cal utilitzar encriptació (AES). L’OLT determina i notifica als ONT els time slots per a l'enviament de dades.

125

GPON. Canal ascendent

En canal ascendent una PON és una xarxa punt a punt on les diferents ONU transmeten continguts a l’OLT. Per aquest motiu també és necessari l'ús de TDMA, perquè cada ONU enviï la informació en diferents instants de temps, controlats per la unitat OLT. Al mateix temps, totes les ONU se sincronitzen a través d'un procés conegut com ranging. L’ONT pren el trànsit del port d'usuari i el mapeja en trames. Les dades es transmeten mitjançant time slots assignats per l’OLT i l'esquema de transmissió és TDMA. Es requereix un estat de sincronisme molt precís per evitar col·lisions. Es mapeja l'ample de banda per a cada ONT.

Avantatges de les xarxes PON

A continuació s'enumeren els principals avantatges de les xarxes PON:

• Augmenten l'abast fins als 20 km (des de la central). Amb tecnologies xDSL s'arriba com a màxim als 5,5 km.

• Ofereixen més ample de banda. • Milloren la qualitat del servei, gràcies a la immunitat que presenta la fibra davant els

sorolls electromagnètics. • Simplifiquen, gràcies a la seva topologia, el desplegament de la fibra òptica. • Redueixen el consum, ja que no necessiten equips actius. • Són més barates que les punt a punt.

126

RESUM

En aquesta sessió hem vist com la telefonia és un servei més a la xarxa HFC. Així doncs, té la seva banda espectral en la transmissió per HFC. Hem presentat els protocols ETSI V5 en les seves dues versions, V5.1, la primera, i la seva evolució V5.2, més eficient.

127

SESSIÓ 13: Commutació digital 1. Introducció

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 1. Introducció Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Dedicació: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Freeman1999]

o Bibliografia complementària [Thompson2000] [Stallings2000]

PRECEDENTS

Fonaments telemàtics de commutació.

OBJECTIUS

En aquesta sessió explicarem les principals característiques de les xarxes telefòniques commutades.

CONTINGUTS

Analitzarem les principals característiques de les xarxes de commutació de circuits i veurem com modelar un node de commutació atenent a la seva operativa. Veurem que hi ha diverses tecnologies de commutació de circuits.

4. COMMUTACIÓ DIGITAL

4.1. Xarxes de commutació de circuits

4.1.1. Commutació de circuits en la xarxa telefònica La commutació neix de la necessitat que en telefonia qualsevol node no pot estat connectat alhora amb tots els altres de la xarxa. Entenem per commutació, doncs, el procés pel qual s’estableix i es manté un circuit de comunicació, permetent així l’intercanvi entre dos terminals (usuaris) de la xarxa.

128

Commutació de circuits en la xarxa telefònica

Aquest procés n’implica d’altres que hi van associats i que detallem al llarg del curs, com ara: • Senyalització . Llenguatge o protocols existents entre diferents nodes implicats en

la comunicació. • Enrutament . Camí o ruta adient per on viatja la informació. • Dimensionament . Bona distribució dels nodes i del nombre d’enllaços necessaris

a la xarxa. • Jerarquia . Ordenació de prioritat del nombre de nodes pels quals ha de viatjar la

informació en un procés de comunicació per arribar al destinatari. Les diferents xarxes de telecomunicacions es poden classificar en funció de la tècnica de commutació emprada. La commutació pot ser de circuits, de missatges o de paquets, sent cadascuna adequada per proporcionar determinats serveis. En general, les xarxes de commutació de circuits són les més escaients per cursar el tràfic de veu, ja que no introdueixen retard (les comunicacions de veu són especialment sensibles al retard, arribant fins i tot a fer impracticable una conversa si és massa elevat). Per commutació de circuits s’entén la tècnica que permet que dos terminals (emissor i receptor) es comuniquin mitjançant un circuit únic i específic, establert per a tal propòsit abans de l’inici de la conversa i alliberat una vegada ha acabat, quedant llavors el circuit a disposició d’altres usuaris.

[Freeman1999] p. 71-72

4.1.2. Les centrals telefòniques com a nodes de commutació

L’objectiu bàsic d’una central telefònica és establir l’enllaç entre dos abonats (qui realitza la trucada i qui la rep) que desitgen establir una comunicació. Per a tal efecte cal disposar dels mitjans físics i de les funcionalitats i senyalitzacions necessàries per aconseguir-ho amb efectivitat. És imprescindible l’existència de protocols estandarditzats que controlin el procés d’intercanvi d’informació des del moment de l’establiment de la trucada fins a la seva finalització.

Les centrals telefòniques com a nodes de commutació

A les centrals telefòniques es distingeixen dos tipus d’enllaços: els d’entrada/sortida amb altres centrals i els interns, necessaris per unir els abonats de la mateixa central. Com que no tots els abonats utilitzaran tots els enllaços simultàniament, per tal d’aconseguir el màxim rendiment en la xarxa, el nombre d’enllaços és inferior al nombre d’abonats, per la qual cosa és necessari considerar les etapes de concentració i d’expansió en els sistemes, així com les de distribució per al millor aprofitament dels recursos de la central. Encara que les etapes de concentració i d’expansió són molt similars, cal tenir en compte que, si bé en la primera l’abonat que truca pot connectar-se a qualsevol dels enllaços de sortida, en la segona, l’enllaç d’entrada es connectarà sols a l’abonat trucat.

129

En les etapes de concentració es realitza l’operació de recerca, quan un usuari vol iniciar una trucada cal buscar un enllaç disponible. El nombre d’entrades està determinat pel nombre de clients, mentre que el nombre de sortides ho està en funció del tràfic que aquests originen. En les etapes d’expansió es realitza la funció de selecció; quan la trucada entra a la central, cal seleccionar l’abonat trucat d’entre tots els usuaris tributaris de la central.

[Freeman1999] p. 72

[Bellamy2000] p. 225-226

[Thompson2000] p. 175-176

4.1.3. Operativa dels nodes de commutació

Operativa dels nodes de commutació

Les centrals de commutació tenen vuit tasques molt clares: interconnexió entre els ports d’entrada i de sortida, control de la connexió, atenció i generació d’alertes, recepció de la informació, transmissió de la informació, control de l’ocupació del canal, i supervisió del circuit. Evidentment, la funció bàsica de qualsevol commutador és l’establiment i l’alliberament de connexions entre canals de transmissió. El seu dimensionament, l’estructura i el funcionament dependrà del tipus de commutació que hagi de dur a terme. Si ens fixem en el tipus de comunicació que commuten les centrals, podem diferenciar: 1. Commutació local. Entre usuaris de la central local o de la PBX. Cada enllaç és accessible des dels altres enllaços. 2. Commutació de trànsit. A les centrals de la xarxa de transport. Cal que s’estableixi una ruta des d’un enllaç entrant fins a un enllaç sortint o a un troncal. Normalment hi ha més d’un circuit de sortida disponible. En aquest cas, no és necessari que totes les línies de sortida del node commutador siguin accessibles des de totes les línies d’entrada; s’hi apliquen els conceptes de concentració i d’expansió abans explicats.

130

3. Distribució de trucades. Es dóna en el cas d’una PBX amb software ACD (Automatic Call Distribution). Aquest software distribueix les trucades entrants entre els diferents agents seguint un algorisme de decisió. En aquest cas, té especial rellevància un bon control de les possibilitats de bloqueig. Si ens fixem en el tipus de tecnologia emprada per dur a terme la commutació, veurem que aquesta pot ser espacial (S-Switching), temporal (T-Switching) o mixta (ST-, TST-, TSSST- Switching).

[Freeman1999] p. 73-75

[Bellamy2000] p. 226-227

4.2. Commutació per divisió en l’espai

4.2.1. Matrius de commutació quadrada

Modelarem el funcionament d’un node de commutació mitjançant una matriu, amb N entrades i M sortides. Conceptualment, l’estructura de commutació més simple és una matriu rectangular de contactes (crosspoints).

Matrius de commutació quadrada

La matriu de commutació quadrada pot connectar cadascun dels N ports d’entrada a qualsevol dels M ports de sortida.

131

Les seves aplicacions principals són: commutació de trànsit, concentradors remots, distribuïdors de trucades, PBX de trànsit i etapes simples d’una commutació multietapa. Veiem que aquest disseny no és òptim; en moltes aplicacions no serà necessari que totes les entrades siguin connectables a totes les sortides. En grans commutadors podem estalviar crosspoints si cada entrada només té accés a un determinat nombre de sortides, llavors parlem de nodes d’accessibilitat limitada.

[Bellamy2000] p. 225-226

[Thompson2000] p. 169-175

4.2.2. Degeneració, accessibilitat i graduació en un node de commutació

Veiem tres conceptes molt importants que parametritzen un node de commutació.

Degeneració, accessibilitat i graduació en un node de commutació

La degeneració és la mesura de quina quantitat de tràfic d’un enllaç donat varia respecte d’un tràfic purament aleatori. Per a un tràfic purament aleatori, la degeneració és 1; per al tràfic d’overflow, la variància és igual o major que la mitjana. Com major sigui la degeneració de tràfic, major serà la demanda durant els períodes punta i serà necessari un major nombre de transmissions. La degeneració pot expressar-se de la següent manera:

oferttràficdelMitja

oferttràficdelVariançaenllaçunenóDegeneraci =

.

L’accessibilitat d’un node de commutació ens indica la capacitat de cada port d’entrada per accedir a un port de sortida. En un sistema d’accessibilitat completa, qualsevol entrada lliure és capaç d’accedir a qualsevol sortida del node, en cas contrari, parlem

132

de sistemes d’accessibilitat limitada. Els nodes d’accessibilitat limitada estan definits pel seu valor de graduació. La graduació determina les agrupacions operatives de les línies d’entrada als nodes d’accessibilitat limitada. En cadascuna d’aquestes agrupacions (grups de graduació), totes les entrades tenen sempre accés a les mateixes sortides, de manera que es minimitzen els efectes de l’accessibilitat limitada.

[Bellamy2000] p. 227-228

[Freeman1999] p. 83-84

Exemple 1

Estudiem l’accessibilitat graduació de la matriu següent de dotze entrades amb tres sortides i amb quatre matrius de commutació de 3x3 en graduació.

- N (ports d’entrada) = 3 x 4 = 12. - M (ports de sortida) = 3. - K (factor de graduació) = 3. - C (nombre de crosspoints) = 12.

133

En aquest cas veiem que tota comunicació, independentment del seu port d’entrada, podrà ser commutada cap a qualsevol port de sortida. Per tant, l’accessibilitat és total, i la graduació és 3 (cada matriu té tres sortides). En els sistemes de commutació d’accessibilitat completa, K >= M.

Exemple 2

Igual que abans, estudiem l’accessibilitat d’un sistema de commutació de dotze entrades amb quatre matrius de commutació de 3x3 en graduació, però en aquest cas el sistema té sis sortides.

En aquest exemple veiem que no totes les entrades tenen accés a totes les sortides. Des de la matriu 1 només és possible accedir a les sortides 1, 2 i 3; des de la matriu 2 a les sortides 1, 2 i 4; des de la matriu 3 a les sortides 1, 2 i 5; i des de la matriu 4 a les sortides 1, 2 i 6. Per tant, és d’accessibilitat limitada i la graduació és 3, com al cas anterior. D’aquesta manera, amb menys hardware s’aconsegueixen més sortides, però sacrificant l’accessibilitat.

- N (ports d’entrada) = 3 x 4 = 12. - M (ports de sortida) = 6. - K (factor de graduació) = 3. - C (nombre de crosspoints) = 12.

134

En els sistemes de commutació d’accessibilitat limitada, K és menor que M. Un valor típic de K oscil·la entre 10 i 20.

RESUM

En aquesta sessió hem vist els principis de les xarxes de commutació de circuits des d’un punt de vista tecnològic. Hem modelat un node de commutació com una matriu i hem definit les principals característiques d’una matriu de commutació.

135

SESSIÓ 14: Commutació digital 2. Arquitectura

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 2. Arquitectura Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Exercicis Commutació Digital]

o Bibliografia complementària [Thompson2000]

PRECEDENTS

Commutació digital 1.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem arquitectures dels sistemes de commutació espacial.

CONTINGUTS

Veurem sistemes de commutació d’una etapa i sistemes de commutació multietapa, amb els avantatges i inconvenients de cadascun. Això ens portarà a un nou paràmetre de disseny: la probabilitat de bloqueig.

4.2.3. Matrius de commutació d’una etapa

Matrius de commutació d’una etapa

A l’hora d’aplicar un criteri de graduació, cal fer un disseny prou hàbil per tal de minimitzar la probabilitat de bloqueig del node de commutació. El bloqueig consisteix en la impossibilitat d’establir un enllaç entre dos accessos disponibles a la xarxa, i és una de les principals preocupacions en el disseny d’una xarxa de commutació de circuits.

136

A la figura veiem com, si volem commutar cap a la sortida les comunicacions entrants pels ports 1 i 8, el node no pot utilitzar els contactes 1 i 4, ja que llavors bloquejaria qualsevol intent d’establiment d’un enllaç del segon port d’entrada. L’opció correcta serà commutar amb els crosspoints 1 i 3. L’objectiu principal dels grups de graduació és l’estalvi de crosspoints. S’aplicaran en estructures de commutació que accedeixen a grups troncals grans i en commutadors simples en commutadors multietapes. Les matrius de commutació digital ja poden disposar d’accessibilitat completa, per la qual cosa no és necessària l’aplicació de grups de graduació. Com es pot veure a la figura, els nodes de commutació d’una sola etapa tenen tres grans inconvenients: 1. Cada crosspoint pot connectar únicament un parell entrada-sortida. 2. El nombre de crosspoints és massa gran. N(N – 1) en el cas d’una matriu

quadrada, i N (N – 1)/2 en el cas d’una triangular sense redundància. 3. Infrautilització dels crosspoints.

La solució consisteix en l’ús de crosspoints compartits. Cadascun podrà ser utilitzat per més d’una possible connexió i d’aquesta manera també aconseguim que hi hagi més d’una ruta disponible per a cada enllaç, minimitzant la probabilitat de bloqueig i augmentant la protecció contra fallades. La implementació consistirà en la commutació multietapa.

[Bellamy2000] p. 226-230

137

4.2.4. Commutació multietapa

Commutació multietapa

Per evitar el problema del bloqueig es poden utilitzar matrius rectangulars en cascada. En aquesta configuració hi ha un nombre reduït de punts d’encreuament no bloquejants. S’anomena Xarxa de Clos.

Si totes les matrius tenen accessibilitat completa, disposem de K rutes per a cada circuit entrada-sortida, i tenim un sistema més robust davant de possibles fallades. El nombre total de crosspoints serà ara

2

2

+=⋅+⋅+⋅=n

NkNknk

n

N

n

N

n

Nknk

n

NNc ,

on, • N és el nombre total d’entrades i de sortides del sistema. • n és el nombre total d’entrades i de sortides de les matrius de 1a i 3a etapa. • K és el nombre de matrius de trànsit.

138

Reduïm doncs el nombre de crosspoints respecte dels commutadors d’una etapa. Quina serà la K correcta que ens proporcioni una qualitat de servei mínima?

[Bellamy2000] p. 230-231

4.2.5. Commutadors sense bloqueig

Si els commutadors d’una etapa tenen una disponibilitat del 100%, mai no hi ha la possibilitat de bloqueig. Si l’enllaç de sortida està disponible, sempre serà possible l’establiment del circuit.

Matrius de commutació i bloqueig

Amb la utilització de crosspoints compartits augmentarà la probabilitat de bloqueig. Al sistema de la figura podem observar que pel fet d’haver establert el circuit A-A’, ja no es possible establir el circuit B-B’ perquè tenim bloqueig en l’etapa d’entrada. Així mateix, tampoc podem establir el circuit C-C’ ja que tenim bloqueig en l’etapa de sortida.

Una matriu no tindrà bloqueig sempre que es compleixi (condicions de Clos): 1. Cap matriu individual té bloqueig. 2. La relació entre la mida de l’etapa de trànsit i les etapes finals la dóna K = 2n − 1. Aquestes condicions s’obtenen considerant que l’establiment d’un enllaç a través d’un commutador de tres etapes requereix que l’etapa de trànsit tingui un enllaç disponible amb la matriu apropiada de l’etapa d’entrada, i un enllaç disponible amb l’etapa de sortida.

139

Si ho expressem en el cas límit: 1. Entre l’etapa 1 i l’etapa 2. - K >= n, per tal que la matriu de 1a etapa no tingui bloqueig (1a condició de Clos); - hi ha (n − 1) enllaços ocupats i 1 de lliure. 2. Entre l’etapa 2 i l’etapa 3. - K >= n, per tal que la matriu de 3a etapa no tingui bloqueig (1a condició de Clos); - hi ha (n − 1) enllaços ocupats i 1 de lliure. Així doncs,

121)1()1( −=+−+−= nnnk .

[Bellamy2000] p. 232

140

Exemple de commutador sense bloqueig

A la figura anterior tenim un sistema de commutació amb matrius de 3 entrades i 3 sortides a la primera i a la tercera etapa. Hi ha una sèrie de connexions establertes (en traç continu) i volem connectar la tercera entrada del primer commutador de la primera etapa amb la tercera entrada del primer commutador de la tercera etapa (en traç discontinu). Veiem que calen almenys 5 commutadors de trànsit (2 + 2 + 1). Substituint K pel seu valor a l’expressió

2

2

+=n

NkNkN c

,

tindrem el nombre de crosspoints necessaris per a la commutació sense bloqueig,

+−=2

2)12(n

NNnNc .

En aquesta equació tenim Nc referit a n i al nombre d’entrades i de sortides. Per tal de trobar la relació que ens minimitzi el nombre de connexions entre n i N, caldrà trobar el seu mínim. Derivant i igualant a zero,

2

Nn = ,

que aproximarem pel valor enter més proper.

141

Així doncs,

)12(4)( −= NNmínimNc , sent N el nombre total d’entrades i de sortides. A continuació teniu una taula on és veu la reducció del nombre de crosspoints aplicant directament les fórmules.

Nre. de línies

Nre. de crosspoints 3 etapes

Nre. de crosspoints etapa unica

128 7680 26384 512 63488 262144

2048 516096 4,2M 8192 4,2M 67M

32768 33M 1000M 131072 265M 17179M

[Bellamy2000] p. 232-233

RESUM

Hem vist que els sistemes de commutació multietapa suposen un estalvi en la infraestructura, alhora que ens donen una redundància en cas de fallada. En canvi, ens enfrontem a la possibilitat de tenir un bloqueig en la commutació. Per tal d’evitar-ho caldrà dimensionar les matrius de forma precisa. A la col·lecció de problemes teniu exercicis proposats.

142

143

SESSIÓ 15: Commutació digital 3. Probabilitat de bloqueig

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 3. Probabilitat de bloqueig Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Exercicis Commutació Digital]

PRECEDENTS

Commutació digital 2.

OBJECTIUS

En aquesta sessió estudiarem els dos mètodes principals per calcular la probabilitat de bloqueig en un sistema de commutació.

CONTINGUTS

Analitzarem els paràmetres que ens permetran calcular la probabilitat de bloqueig en un sistema de commutació espacial. Serà la funció de l’arquitectura del commutador i del volum tràfic. Veurem dos mètodes per calcular-ho: el graf de Lee −més aproximat−, i l’expressió exacta de Jacobaeus. Veurem els àmbits d’aplicació de cadascuna i l’error comès.

4.3. Probabilitat de bloqueig

4.3.1. Probabilitat de bloqueig en un commutador

En una xarxa de veu és necessari poques vegades un commutador 100% sense bloqueig. L’operador i el fabricant d’equips assumeixen que hi hagi una petita probabilitat de bloqueig, encara que, això sí, sempre calculada i fitada. Amb aquesta concessió es disminueix la inversió en infraestructura (amb el consegüent estalvi econòmic) a canvi d’una menor disponibilitat en pics de tràfic.

144

Probabilitat de bloqueig en un commutador

Aquesta probabilitat de bloqueig es calcula per a l’hora de més tràfic (BH, Busy Hour). El grau de disponibilitat dels enllaços és un dels factors que defineixen la qualitat de la xarxa. Per avaluar la probabilitat de bloqueig d’una xarxa, definirem dos paràmetres bàsics: • p: % de temps durant el qual un enllaç està ocupat. També es pot considerar com

la probabilitat d’ocupació de l’enllaç. • q: probabilitat que un enllaç estigui disponible. La relació entre q i p la dóna: q = 1 – p. A partir d’aquestes formulacions, hi ha dos mètodes per calcular la probabilitat de bloqueig de la xarxa: el mètode de Lee i la fórmula de Jacobaeus.

[Bellamy2000] p. 234

4.3.2. Probabilitat de bloqueig: graf de Lee

Lee

Partint de les variables q i p, quan qualsevol dels n enllaços paral·lels d’un node puguin ser utilitzats en l’establiment d’una connexió, la probabilitat de bloqueig composta serà la probabilitat que els n enllaços estiguin ocupats.

( )npB = . Quan una sèrie de n enllaços són necessaris per completar una connexió, la probabilitat de bloqueig serà (1 menys la probabilitat que tots els enllaços estiguin disponibles).

( )nqB −= 1 . En una xarxa de 3 etapes, considerarem: • p com la probabilitat d’ocupació de l’enllaç d’entrada-sortida. • p’ com la probabilitat d’ocupació de l’enllaç de trànsit. • k com el nombre de matrius de l’etapa de trànsit. Així doncs, qualsevol connexió podrà establir-se per K rutes.

145

Atès que la probabilitat d’ocupació d’un enllaç és ( )nqB −=1 i considerant n = 2, la probabilitat de bloqueig de la xarxa de 3 etapes serà:

( )( )

K

K

K

q

ocupatestiguienllaçunalmenysqueatprobabilit

ocupadaestiguiqualsevolrutaunaqueatprobabilit

ocupadesestiguinruteslestotesqueatprobabilitB

)'1(

______

______

______

2−===

==

==

Veiem que l’expressió de la probabilitat de bloqueig depèn de: • El nombre de matrius de trànsit, k. • La probabilitat de disponibilitat en un enllaç intern, q’ = 1 − p’. La relació entre: • p, probabilitat que un enllaç d’entrada estigui ocupat, i • p’, probabilitat que un enllaç de trànsit estigui ocupat, pot expressar-se per

=k

npp'

. Definint el factor de concentració com

=n

kβ.

És un paràmetre tecnològic de disseny. Expressem llavors la probabilitat d’ocupació dels enllaços intermedis (p’) en funció de la probabilitat d’ocupació dels enllaços d’entrada:

146

=βp

p' ,

on β<p . β definirà la relació d’ocupació dels enllaços de trànsit:

=

'p

pβ .

Si β > 1 llavors k > n. Hi haurà una expansió en l’espai. Si la relació compleix les condicions de Clos, mai no hi haurà possibilitat de bloqueig. Si β < 1 llavors k < n. Hi haurà una concentració de tràfic, parlarem d’un enllaç troncal. Hi haurà possibilitat de bloqueig, però la inversió econòmica serà menor. Ens serà més interessant expressar la probabilitat de bloqueig B en funció de: • La probabilitat de bloqueig de l’enllaç d’entrada, p. • La relació de disseny β.

−−=

2

11βp

K

B.

A les següents taules podeu veure l’expressió del nombre de crosspoints en matrius sense bloqueig i amb matrius amb una B donada. Noteu que el nombre de crosspoints continua sent massa gran. Una solució seria la implementació de sistemes de commutació de 5 etapes, no obstant això, a mesura que augmenta la mida de l’etapa de trànsit, augmenta la probabilitat de bloqueig.

Nre. de línies n k β Nre. de

crosspoints

Nre. de crossspoints

sense bloqueig

k sense bloqueig

128 8 5 0,625 2560 7680 15

512 16 7 0,438 14336 63488 31

2048 32 10 0,313 81920 516096 63

8192 64 15 0,234 491520 4,2M 127

32768 128 24 0,188 3,1M 33M 255

131072 256 41 0,160 21,5M 268M 511

Commutador 3 etapes B = 0,002 i p = 0,1.

147

Nre. de línies n k β Nre. de

crosspoints

Nre. de crossspoints

sense bloqueig

k sense bloqueig

128 8 14 1,750 7168 7680 15

512 16 22 1,375 45056 63488 31

2048 32 37 1,156 303104 516096 63

8192 64 64 1,000 2,1M 4,2M 127

32768 128 116 0,906 15,2M 33M 255

131072 256 215 0,840 113M 268M 511

Commutador 3 etapes B = 0,002 i p = 0,7.

Exercici 1

Suposant un sistema amb 128 línies d’entrada amb un ús d’un 10%. Calculeu: a) El nombre mínim de crosspoints en un sistema sense bloqueig. b) El nombre de crosspoints en un sistema amb una probabilitat de bloqueig del 0,2%. a) El nombre mínim de crosspoints en un sistema sense bloqueig. De l’enunciat, N = 128,

)12(4)( −= NNmínimNc . Per tant, Nc = 7.680. b) El nombre de crosspoints en un sistema amb una probabilitat de bloqueig del 0,2%. De l’enunciat, N = 128, p = 0,1 i B = 0,002,

2

Nn = .

Per tant, n = 8.

=n

kβ i

−−=

2

11βp

K

B.

Per tant, K = 5 i β = 0,625,

2

2

+=n

NkNkNc

.

Per tant, Nc = 2.560.

148

Exercici 2

Suposant un sistema amb 128 línies d’entrada amb un ús d’un 70%, hem augmentat la probabilitat d’ocupació. Calculeu: a) El nombre mínim de crosspoints en un sistema sense bloqueig. b) El nombre de crosspoints en un sistema amb una probabilitat de bloqueig del 0,2%. a) El nombre mínim de crosspoints en un sistema sense bloqueig. De l’enunciat, N = 128,

)12(4)( −= NNmínimNc . Per tant, Nc = 7.680. b) El nombre de crosspoints en un sistema amb una probabilitat de bloqueig del 0,2%. De l’enunciat, N = 128, p = 0,7 i B = 0,002,

2

Nn = .

Per tant, n = 8.

=n

kβ i

−−=

2

11βp

K

B.

Per tant, K = 14 i β = 1,75,

2

2

+=n

NkNkNc

.

Per tant, Nc = 7.168. Evidentment, si augmenta la densitat del tràfic d’entrada, augmenta la probabilitat de bloqueig. Per tant, per tal de mantenir una mateixa probabilitat de bloqueig cal augmentar el nombre de crosspoints.

149

4.3.3. Probabilitat de bloqueig: Jacobaeus

Jacobaeus

L’anàlisi de la probabilitat de bloqueig a partir dels grafs de Lee parteix d’una premissa: calcula la probabilitat de bloqueig composta de les rutes alternatives com el producte de la probabilitat de bloqueig de cada ruta individual. Això suposa que les probabilitats són independents, la qual cosa no és exacta. Suposem una matriu de commutació amb K = 2n – 1. Ens hauria de donar una probabilitat de bloqueig nul·la, però si substituïm a

−−=

2

11βp

K

B,

veiem que B no és igual a zero. Aquest error s’explica pel fet que si (2n – 2) enllaços estan ocupats, la probabilitat d’ocupació de l’enllaç restant serà

( )2'1 qB −= , quan hauria d’estar necessàriament disponible. Quan hi ha una expansió espacial, la suposició de probabilitats de bloqueig independents dóna un resultat inexacte de B. A mesura que augmenta el nombre d’enllaços ocupats, la probabilitat que un dels enllaços lliures estigui ocupat disminueix, augmentant l’error del càlcul de Lee. Una expressió més acurada de la probabilitat de bloqueig la dóna l’expressió de Jacobaeus:

( ) ( ) ( ) knkpp

knk

nB

−−−

= 22

2)!2(!·

!,

on n és el nombre d’entrades-sortides de la primera/tercera etapa; k és la quantitat de matrius de l’etapa de trànsit i p és la utilització dels enllaços.

[Bellamy2000] p. 238-239

Exercici 3

Donat un sistema amb 512 línies d’entrada, 16 línies cada matriu i una utilització dels enllaços del 70%. a) Dimensioneu el sistema perquè no hi hagi probabilitat de bloqueig. b) Calculeu la B en el cas anterior per Lee i per Jacobaeus. c) Calculeu la B per a K = 14 per Lee i per Jacobaeus.

150

a) Dimensioneu el sistema perquè no hi hagi probabilitat de bloqueig. De l’enunciat, N = 512, n = 16, p = 0,7. K = 2n – 1 = 2·16 – 1 = 31. b) Calculeu la B en el cas anterior per Lee i per Jacobaeus. Lee: B = 8,5 E – 8. Jacobaeus: B = 0,1 E – 12. c) Calculeu la B per a K = 14 per Lee i per Jacobaeus. K = 14, N = 512, n = 16, p = 0,7.

875.016

14 =

=β

Lee: B = 0,548. Jacobaeus: B = 0,598. Veiem que per a valors de β propers a 1, les dues aproximacions són bones. En canvi, per a sistemes amb expansió espacial el valor de Lee està massa distanciat de l’exacte.

Exercici 4

Donat un sistema amb 512 línies d’entrada, 16 línies cada matriu i una utilització dels enllaços del 10%. Calculeu: a) La B per a K = 6 per Lee i per Jacobaeus. a) La B per a K = 6 per Lee i per Jacobaeus. De l’enunciat, N = 512, n = 16, p = 0,1.

375.016

6 =

=β .

Lee: B = 0,0097. Jacobaeus: B = 0,027.

151

4.3.4. Mètodes de Lee i de Jacobaeus Hem analitzat els dos mètodes de càlcul de la probabilitat de bloqueig en un sistema de commutació espacial.

Lee vs. Jacobaeus

• En casos on β < 1, els resultats de Lee i Jacobaeus són prou inexactes. • En casos on β proper a 1, Lee i Jacobaeus donen estimacions molt semblants. • En casos on β = 1, Lee i Jacobaeus donen els mateixos resultats. • En casos on β > 1, Lee dóna resultats més imprecisos. Per a sistemes de commutació amb una probabilitat de bloqueig (B) molt gran, obtenim estimacions poc acurades. No obstant això, no s’acostuma a treballar amb aquestes matrius (implica que β és molt menor que 1) i s’apliquen mètodes complementaris d’optimització de crosspoints. A les següents taules es mostra la comparació de l’obtenció del nombre de crosspoints segons el mètode emprat.

k β Lee Jacobaeus

14 0,875 0,5646 0,598

16 1,000 0,2211 0,221

20 1,250 0,0155 0,007

24 1,500 0,0003 2,70e-5

28 1,750 3,7414e-6 7,7e-9

31 1,938 8,7722e-8 1e-13

Comparació per a N = 512 , n = 16 i p = 0,7.

k β Lee Jacobaeus

6 0,375 0,0097 0,027

8 0,500 2,80e-4 8,6e-4

10 0,625 4,9e-6 1,5e-5

12 0,750 5,7e-8 1,4e-7

14 0,875 4,0e-10 7,8e-10

16 1,000 2,9e-12 2,9e-12

Comparació per a N = 512 , n = 16 i p = 0,1.

152

Per a l’aplicació de Lee i de Jacobaeus hem partit de dues premisses: • Quan una línia d’entrada vol fer una commutació espacial cap a una línia de

sortida. • Les peticions de servei de les línies individuals són independents. Per això el seu àmbit d’aplicació serà en commutacions entre línies d’abonats o en una PBX. No serà aplicable doncs, en el cas de troncals digitals.

[Bellamy2000] p. 239-240

4.3.5. Probabilitat de bloqueig i qualitat de servei La probabilitat de bloqueig és un dels paràmetres que defineixen el grau de qualitat de servei d’una xarxa. El seu dimensionament té una implicació directa en la càrrega de tràfic en la xarxa dels usuaris individuals.

Probabilitat de bloqueig i qualitat de servei

Com a valor mitjà, es pren una p d’un 10%, la qual cosa implica que hi ha usuaris que sobrepassen aquest valor i que n’hi ha d’altres que no hi arriben. En el cas d’una central local (Local Exchange) es divideixen les entrades del commutador en subgrups. Els operadors assignen les línies d’usuari amb una ocupació més gran (p més alta) –com és el cas de línies d’empresa– en subgrups diferents, combinant-les amb les línies d’usuaris residencials (ocupació més baixa i trams horaris d’ocupació complementaris). D’aquesta manera es balanceja millor el tràfic i es redueix la probabilitat de bloqueig del sistema, augmentant, per tant, les prestacions de l’enllaç sense augmentar la infraestructura. Quan vulguem estudiar la probabilitat de bloqueig completa d’un sistema de commutació caldrà estudiar, doncs, la probabilitat de bloqueig intern més la probabilitat de bloqueig de l’enllaç.

[Bellamy2000] p. 240-241

RESUM

Hem vist els dos mètodes de càlcul de la probabilitat de bloqueig en un sistema de commutació espacial. El mètode de Lee és més simple i pot ser una bona estimació per a sistemes amb una K petita. Per a sistemes amb expansió temporal, caldrà utilitzar l’expressió més exacta de Jacobaeus. Hem vist també com la probabilitat de bloqueig ens influeix directament en el rendiment d’un enllaç. A la col·lecció de problemes teniu exercicis proposats.

153

SESSIÓ 16: Commutació digital 4. Enrutament

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 4. Enrutament Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Exercicis Commutació Digital]

PRECEDENTS

Commutació digital 3.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem aplicacions dels mètodes estudiats a la sessió anterior.

CONTINGUTS

Analitzarem el temps d’enrutament d’un node i veurem exercicis pràctics.

4.4. Enrutament

4.4.1. Enrutament en un commutador Determinar un circuit d’encaminament en un commutador d’una etapa és pràcticament automàtic, ja que la distribució de crosspoints està expressada de manera gairebé unívoca. En canvi, per fer aquest encaminament en un commutador multietapa cal dur a terme un procés de selecció. És necessària la presència d’un processador de trucades que porti el control de tots els circuits potencials, el qual executa la rutina d’encaminament. Cada cop que s’estableix o s’allibera un circuit, el processador de trucades actualitza la seva informació.

154

Temps d’encaminament

El temps d’encaminament és la funció directa del nombre de circuits potencials que té el sistema. A mesura que augmenta el nombre de circuits ocupats, augmentarà el temps de recerca de la trajectòria del nou circuit. Anomenem: • Ppath, la probabilitat d’ocupació d’un circuit en el commutador. • K, la quantitat de rutes possibles a través del commutador. Totes amb una

probabilitat d’ocupació (p) igual i independent. • Npath, el nombre de rutes que haurà de provar el processador de trucades abans

no en trobi una de disponible. Com més baix sigui aquest valor, més ràpidament processarà una trucada i, per tant, podrà gestionar més trucades per minut.

Així doncs,

−−=Ppath

PpathNpath

K

1

1.

El temps d’encaminament serà proporcional al temps que necessita el processador per analitzar un path, i dependrà de la seva capacitat tecnològica.

[Bellamy2000] p. 243-244

Exemple 1

Suposem un commutador de 3 etapes format per matrius de 64 enllaços que dóna servei a 8.192 línies. El factor de concentració és de 0,234 i l’ocupació de les línies del 10%. Trobeu: a) El temps d’enrutament. b) La probabilitat de bloqueig. a) El temps d’enrutament. De l’enunciat, L = 2, n = 64, N = 8.192,

234.0=β , p = 0,1,

·

=n

kβ , 64·234.0· == nK β .

K = 15.

- Ocupació de l’enllaç intern:

=

'p

pβ ;

155

=βp

p' = 427.0234.0

1.0 =

.

- La probabilitat d’ocupació d’un path equival a la probabilitat d’ocupació de dos enllaços en sèrie,

( )LqPpath '1−= = ( )2'1 q− = ( )2'11 p−− = ( )2427.011 −− ; Ppath = 0,672. - Nombre de paths a provar abans de l’enrutament:

−−=Ppath

PpathNpath

K

1

1= 04.3

672.01

672.01 15

=

−−

.

Caldrà doncs avaluar 4 enllaços abans d’establir una ruta d’entre les 15 disponibles. b) La probabilitat de bloqueig.

==

−−2

)( 11βp

K

LeeB

002.0

2

234.0

1.011

15

=

−−.

Exemple 2

Suposem un commutador de 3 etapes format per matrius de 64 enllaços que dóna servei a 8.192 línies. El factor de concentració és de 0,234. Ara, l’ocupació de les línies és del 15%. Trobeu: a) El temps d’enrutament. b) La probabilitat de bloqueig. a) El temps d’enrutament. De l’enunciat, L = 2, n = 64, N = 8.192,

234.0=β , p = 0,15,

·

=n

kβ , 64·234.0· == nK β .

K = 15. - Ocupació de l’enllaç intern:

156

=

'p

pβ ;

=βp

p' = 641.0234.0

15.0 =

.

- La probabilitat d’ocupació d’un path equival a la probabilitat d’ocupació de dos enllaços en sèrie,

( )LqPpath '1−= = ( )2'1 q− = ( )2'11 p−− = ( )2641.011 −− ;

Ppath = 0,874. - Nombre de paths a provar abans de l’enrutament:

−−=

Ppath

PpathNpath

K

1

1 = 88.6874.01

874.01 15

=

−− .

Caldrà doncs avaluar 7 enllaços abans d’establir una ruta d’entre les 15 disponibles. b) La probabilitat de bloqueig.

==

−−2

)( 11βp

K

LeeB

126.0

2

234.0

15.011

15

=

−−.

Exemple 3

Comparant els resultats dels dos exercicis anteriors,

Fixeu-vos-hi com un increment del 0,05 del temps d’ocupació (una variació del 50%) suposa una variació del 126% en el temps de recerca de la trajectòria, mentre que la probabilitat de bloqueig augmenta en l’ordre de 6.200%. Així doncs, queda clar que és important realitzar un dimensionament acurat a l’hora de definir un node. En cas que la probabilitat de bloqueig sigui més gran que la desitjada, la xarxa queda congestionada i el servei rebut pels usuaris no és el satisfactori.

157

Davant d’una situació d’aquestes, hi ha dos alternatives, totes dues bastant evidents: • Disminuir la probabilitat de bloqueig del node augmentant la seva capacitat

(augmentar la β), la qual cosa no sempre és possible, ja que el creixement de l’equipament de xarxa sovint suposa una inversió no assumible a curt termini.

• Disminuir el temps d’ocupació de les línies d’accés (reduir p), la qual cosa pot aconseguir-se desviant el tràfic de saturació cap a altres xarxes alternatives.

Aquestes situacions es donen sovint en el llançament de nous serveis que tenen una acceptació inicial més gran de l’esperada per l’operador, per la qual cosa la xarxa queda col·lapsada. Mentre no es pot actuar en el creixement de la xarxa s’intenta desviar part del tràfic cap a altres xarxes alternatives amb capacitat disponible (reduint p). Podríem citar, per exemple: • Llançament de GSM Movistar. Amb la subvenció de terminals GSM, el nombre

d’usuaris va créixer a un ritme superior al dimensionat, provocant situacions de congestió. Una solució va ser la promoció d’una xarxa alternativa ja consolidada que absorbia part del tràfic (Moviline).

• Llançament de l’ADSL tarifa plana. Igual que abans, fins que no es va poder adaptar la xarxa ADSL a les noves demandes del tràfic, es va promocionar molt la xarxa XDSI, ja consolidada, per tal de disminuir els accessos a l’ADSL.

RESUM

En aquesta sessió hem exercitat els conceptes de probabilitat de bloqueig estudiats a la sessió anterior, destacant la implicació del disseny en la qualitat de servei. També hem introduït el nou concepte de temps d’encaminament. A la col·lecció de problemes teniu exercicis proposats.

158

159

SESSIÓ 17: Commutació digital 5. Commutació per divisió en el temps

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 5. Commutació per divisió en el temps Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Exercicis Commutació Digital]

o Bibliografia complementària [Thompson2000]

PRECEDENTS

Commutació digital 4.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem els sistemes de commutació digital per divisió en el temps.

CONTINGUTS

Introduirem els sistemes de commutació temporal analògics i veurem els commutadors digitals. Veurem la utilització de memòries i les diverses mecàniques de commutació.

4.5. Commutació per divisió en el temps

4.5.1. Commutació per divisió en el temps

Commutació per divisió en el temps

En sistemes de commutació multietapa, la compartició de crosspoints per més d’una possible connexió suposa un estalvi en el cost d’implementació dels commutadors. Cada crosspoint està dedicat a una connexió durant tota la durada de la comunicació. Mitjançant la commutació per divisió en el temps, es duu a terme una assignació temporal dinàmica dels crosspoints a varies comunicacions, de manera que hi ha un

160

estalvi en el desplegament de crosspoints. Llavors, la determinació d’un circuit la donarà una trajectòria física i un time slot donat. A la següent figura es pot observar la forma més bàsica de commutació temporal, es tracta de l’intercanvi de time slots.

[Bellamy2000] p. 246

4.5.2. Commutació per divisió en el temps en sistemes analògics

Commutació per divisió en el temps en sistemes analògics

La commutació per divisió en el temps és vàlida tant per a senyals analògics com digitals. En els senyals analògics s’utilitza PAM (Pulse Amplitude Modulation), mentre que en els senyals digitals s’utilitza PCM (Pulse Code Modulation). Els senyals analògics són molt més vulnerables al soroll, a la distorsió i al crosstalk, raó per la qual és millor el tractament digitalitzat. La commutació temporal de senyals analògics és un mètode ja obsolet, tot i que encara es pot utilitzar en antigues centraletes PAM o en la definició d’algun enllaç troncal. Els sistemes de veu són mostrejats a 8 kHz, encara que en alguns enllaços de qualitat especial es poden arribar a mostrejar a 12 kHz.

Principi de la multiplexació PAM/TDM

[Bellamy2000] p. 246-247

161

4.5.3. Commutació per divisió en el temps en sistemes digitals

Commutació per divisió en el temps en sistemes digitals

La commutació per divisió en el temps en sistemes digitals es defineix sobre enllaços digitals TDM. La commutació de tipus –T va associada a una commutació tipus –S, per formar les unitats bàsiques de commutació –ST. D’aquesta manera, en la commutació d’un circuit hi ha implicat un interval temporal (–T) i un enllaç físic (–S). A la següent figura teniu expressada l’operativa de la commutació –T.

[Bellamy2000] p. 247-248

4.5.4. Commutador de memòria digital

Commutador de memòria digital

El principal avantatge de la memòria digital és el seu baix cost. No obstant això, el disseny d’un commutador mitjançant exclusivament la tècnica –T pot ser inviable. La limitació de la mida del commutador la donen paràmetres tecnològics. Un commutador de veu ha de treballar en temps real, per tant, és important que el temps d’accés a les memòries sigui suficientment ràpid per no afegir retards al sistema. Així doncs, la velocitat de la memòria determina el límit de la mida dels commutadors –T. En grans commutadors s’utilitza la tecnologia mixta –ST. El circuit bàsic de commutació és la cel·la TSI (Time Slot Interchange). El teniu expressat a la figura següent.

162

La cèl·lula TSI commuta les comunicacions dels enllaços TDM d’un determinat time slot a un altre. Per tal de fer-ho necessita dues memòries, la memòria de dades (Data Store) i la memòria de control (Control Store). La memòria de dates té tants registres com canals té l’estructura TDM i en ella es memoritzen els canals B d’informació. La memòria de control també té tants registres com canals i conté l’adreça destí de cada un dels time slots, per dur a terme la commutació temporal. La mida d’aquestes dues memòries determina la memòria del commutador –T i, per tant, el nombre de canals que és capaç de gestionar. Per a cada canal es requereix una lectura i una escriptura a la memòria TSI, la qual cosa ens limitarà el nombre màxim de canals (c) del commutador.

c = (1/fm) / (2·tc), on definim amb fm la freqüència de mostreig (8.000 Hz) del canal i amb tc el temps de cicle de la memòria.

[Bellamy2000] p. 248-251

Exercici

Quina és la capacitat màxima d’un commutador amb una memòria de 15,2 nsegons?

c = (1/8.000) / (2·15,2 E-9) = 4.111. Caldrà trobar el valor binari que sigui capaç d’adreçar aquest valor en una memòria. En aquest cas, el registre d’adreçament serà de 12 bits, donant un màxim de 4.096 canals. Aquest commutador serà capaç de gestionar 4.096 comunicacions. Si volem que treballi en mode full-duplex, haurem de doblar les comunicacions en ambdós sentits, i gestionarà llavors 2.048 comunicacions.

163

La mida de la memòria serà el nombre de registres multiplicat per la mesura de cada registre. Així doncs: Memòria de dades: 4.096 · 8 bits. (Codifiquem a 8 bits). Memòria de control: 4.096 · 12 bits. (El nombre de bits necessari per adreçar 4.096 són 12). Veiem doncs, com la capacitat del commutador està determinada directament pel temps d’accés de la memòria RAM.

4.6. Commutació bidimensional

4.6.1. Commutador TS Els commutadors digitals de gran capacitat utilitzen mètodes híbrids de commutació temporal i espacial.

Commutador TS

Els commutadors TS més simples són els formats per un únic mòdul espacial i un mòdul temporal. A la següent figura teniu l’arquitectura d’un commutador TS. En aquesta cèl·lula s’implementa la commutació espacial (intercanvi entre els diferents enllaços) i la temporal (intercanvi de time slot). Els N enllaços d’entrada (A, B, C, ..., N) són accessos TDM, de c canals cadascun. Així doncs, la cèl·lula farà que la comunicació A(i) sigui readreçada cap a B(j). El commutador consta de dos etapes: l’etapa temporal (time stage) i l’etapa espacial (space stage).

164

L’etapa temporal està formada pels registres TSM (Time Stage Memories), hi ha un TSM per a cada enllaç d’entrada. Mitjançant l’aplicació de retards de la informació del time slot (i) fins al time slot (j) de la següent trama, commutem A(i) fins a A(j). L’etapa espacial està formada per una matriu de crosspoints. Realitza la commutació de l’enllaç A a l’enllaç B en el time slot (j). En cada temps de trama, un crosspoint està commutant N comunicacions durant la durada d’un time slot.

[Bellamy2000] p. 251-252

Implementació del commutador TS

En el dimensionament d’un commutador de tipus TS cal adoptar un compromís entre el dimensionament de l’etapa temporal i el dimensionament de l’etapa espacial per tal d’aconseguir el disseny òptim. L’etapa T determina la mida de la memòria, i l’etapa S determina el nombre de crosspoints. La despesa tecnològica d’un crosspoint equival a 100 bits de memòria, per tant, establim una relació d’1 a 100. Es defineix la complexitat equivalent d’implementació com: complexitat equivalent = Nx + Nb (100). On Nx és el nombre de crosspoints i Nb és el nombre de bits de les memòries.

[Bellamy2000] p. 252-254

Problemàtica dels commutadors TS

En els commutadors TS hi ha possibilitat de bloqueig. Suposem que volem commutar la comunicació de A(i) a N(j). En l’etapa temporal, farem la commutació A(i) a A(j), però si en aquest cas l’slot (j) ja conté una comunicació, no es podrà carregar amb la informació del canal A(i). Per evitar aquesta probabilitat de bloqueig, s’implementen commutadors espacials i temporals multietapes: STS o TST.

RESUM

En aquesta sessió hem vist els commutadors per divisió en el temps com una alternativa als commutadors per divisió en l’espai. La seva principal diferència és que la unitat de commutació ja no és el crosspoint sinó la memòria digital. No obstant això, un commutador de tipus –T té una limitació tecnològica molt important: el temps d’accés a la memòria ens limita la capacitat del commutador. La solució estarà en els commutadors híbrids ST. Hem vist també que en els commutadors ST cal establir un compromís en el dimensionament de l’etapa temporal i de l’etapa espacial. El problema de probabilitat de bloqueig es solucionarà mitjançant cèl·lules de commutació ST multietapes. A la col·lecció de problemes teniu exercicis proposats.

165

SESSIÓ 18: Commutació digital 6. Commutadors multietapa

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Commutació digital 6. Commutadors multietapa Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Exercicis Commutació Digital]

o Bibliografia complementària [Thompson2000]

PRECEDENTS

Commutació digital 5.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem els sistemes de commutació digital bidimensionals multietapes.

CONTINGUTS

En aquesta sessió veurem els commutadors STS, TST i TSSST com a evolució dels commutadors estudiats a la sessió anterior.

4.6.2. Commutació STS

Amb la commutació multietapa STS solucionem el problema de la probabilitat de bloqueig dels commutadors ST.

Commutació STS

A la següent figura teniu l’arquitectura bàsica d’una cèl·lula STS.

166

La commutació final consistirà a adreçar una comunicació de X(i) a Z(j). L’estructura de commutació està formada per: • Etapa S, amb una matriu de Nxk crosspoints. Rep N enllaços TDM, de c canals

cadascun i realitza una commutació espacial. La comunicació X(i) la commuta cap a Y(i).

• Etapa T, formada per memòries anomenades cel·les TSM. Realitza la commutació temporal. Desplaça el contingut de Y(i) fins a Y(j).

• Etapa S, amb una matriu de kxN crosspoints. Fa l’última commutació espacial i situa el contingut de Y(j) en Z(j).

Podem calcular la probabilitat de bloqueig del sistema de manera anàloga a com fèiem en l’anàlisi de la probabilitat de bloqueig en els commutadors de tipus –S. Partirem de la premissa que cap commutador de tipus –S té bloqueig. A la següent figura tenim el graf de probabilitats de bloqueig. El valor de k ens indica el dimensionament de l’etapa temporal (nombre de memòries).

KqB )'1( 2−= . On tenim que q’ = 1 – p’ = 1 – p/β (β = k/N).

167

Igual que en l’estudi dels commutadors ST, podem calcular la complexitat equivalent. La relació entre un crosspoint i un bit de memòria continua sent d’1 a 100. Així doncs,

100

)log)8(log2(2

100/)____

____

____(

__int_

22 CCKCKNCKKNCE

Tetapacontrolbitsnumero

Tetapamemoriabitsnumero

Setapacontrolbitsnumero

SetapascrossponumeroCE

⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅=

=+

++=

,

on: - N identifica el nombre de troncals TDM. - K identifica el nombre de commutadors de trànsit de l’etapa T. - C indica el nombre de canals per troncal.

[Bellamy2000] p. 255-257

Exercici

Donat un commutador –STS, de 16 enllaços TDM de 128 canals per enllaç. La probabilitat de bloqueig assumida és d’un 0,2%, i l’ocupació dels enllaços és d’un 10%. Trobeu: a) El nombre de crosspoints de les etapes –S. b) La mida de la memòria de control de les etapes –S. c) La mida de la memòria de l’etapa –T. d) La complexitat equivalent del sistema. a) El nombre de crosspoints de les etapes –S. El nombre de crosspoints de les etapes –S el donen N = 16 i k, que l’obtindrem plantejant l’equació de probabilitat de bloqueig:

( ) ( )N

ki

ppqonqB

k=−=−=−= β

β1'1''1 2 .

Substituint les dades de l’enunciat: B = 0,002, N = 16 i p = 0,1 tenim:

k

k

⋅−−=2

161.011002.0 .

Per obtenir k cal iterar,

168

D’on es dedueix que per a k = 7 ja es compleix la condició de bloqueig. Llavors, B = 0,00178 < 0,002. Ara ja podem calcular el nombre de crosspoints a les dos etapes –-S: Nx = 2 x K x N = 7 x 16 = 224 crosspoints. b) La mida de la memòria de control de les etapes –S.

bitsNCKSetapabitsNN controlBX 7168412872log2__º 2 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅== .

c) La mida de la memòria de l’etapa –T.

bitsbitsCCKTetapabitsNN

bitsCKTetapabitsNN

controlBTC

dadesBT13440

627271287log__º

7168812878__º

2

=⋅⋅=⋅⋅===⋅⋅=⋅⋅==

.

d) La complexitat equivalent del sistema. Obtenim la complexitat equivalent segons els resultats obtinguts als apartats anteriors.

43008,430100

627271687168224

100==+++=+++= BTCBTBX

X

NNNNCE .

4.6.3. Commutació TST

Una forma alternativa a implementar un commutador híbrid espai-temporal multietapes és mitjançant la tècnica TST.

Commutació TST

A la següent figura teniu l’estructura bàsica del commutador TST.

169

L’objectiu és commutar la informació de X(i) fins a Z(k). Les comunicacions estan transportades en canals temporals dintre de trames TDM. En la primera etapa temporal, les memòries digitals apliquen els retards necessaris de X(i) a X(j) per encaminar la comunicació per la ruta apropiada en l’etapa S. En l’etapa espacial, els crosspoints commuten en un instant donat de temps X(j) a Z(j). En l’última etapa temporal, els buffers de memòria desplacen la informació de Z(j) fins a la posició Z(k) desitjada. Igual que abans, fem l’estudi de la probabilitat de bloqueig d’aquesta estructura de xarxa (figura següent). Identifiquem l amb el nombre de time slots de l’etapa espacial, i c amb el nombre de time slots de l’etapa temporal (els dos valors no tenen per què coincidir). Tal com analitzàvem en el cas de commutadors espacials, caldrà trobar el valor mínim de l perquè no hi hagi bloqueig intern en l’etapa S.

El raonament és el mateix que el demostrat en el cas de les matrius sense bloqueig: l = 2c – 1. La probabilitat de bloqueig del commutador TST sense bloqueig en les etapes individuals és:

170

c

l

ppq

=

−=−=

=

α

α11

)q-(1B

11

l2

1

.

Identifiquem amb α el valor d’expansió temporal. La complexitat equivalent serà

·100

)log··2)8(··2log·( 222 clNcNNlNNCE

⋅+⋅+⋅+=

[Bellamy2000] p. 257-259

Exercici

Determineu el nombre de crosspoints (Nx) i el nombre total de bits de memòria (Nb) necessaris per a un commutador TST amb 32 enllaços TDM, del tipus EuroXDSI-PRI i una expansió temporal de 2. De l’enunciat obtenim, N = nombre de línies = 32 línies. C = nombre de time slots d’una trama TDM = 30 time slots. α = expansió temporal = 2. Sabem que α = L/C , on L és el nombre de time-slots de l’etapa –S. Per tant,

L = α · C = 2 · 30 = 60 time slots. El nombre de crosspoints d’un commutador TST és:

Nx = N · N = 32 · 32 = 1.024 crosspoints. El nombre de bits de la memòria de control de l’etapa –S és:

NBX = N · L · log2(N) = 9.600 bits. El nombre de bits de la memòria de dades de l’etapa –T és:

NBT = 2 · N · C · 8 = 15.360 bits. El nombre de bits de la memòria de control de l’etapa –T és:

NBTX = 2 · N · L · log2(C) = 19.200 bits. El nombre de bits total del commutador TST és:

Nb = NBX + NBT + NBTX = 44.160 bits.

171

Si volguéssim trobar la complexitat equivalent,

14656,1465100

192001536096001024

100==+++=+++= BTCBTBX

X

NNNNCE .

Commutació TST vs STS

Per a enllaços amb poca càrrega de tràfic, TST és més complex que STS. Per a enllaços amb alta ocupació, STS és més complex que TST. TST aplica concentració temporal, mentre que STS aplica concentració espacial. A mesura que augmenta la utilització dels enllaços, més petit pot ser el factor de concentració si es vol mantenir la mateixa probabilitat de bloqueig. Com que l’expansió temporal és més eficient que la concentració espacial, per a nivells alts de tràfic TST és molt més efectiu.

[Bellamy2000] p. 259

Exercici optatiu

Una de les centrals de commutació més utilitzades al sud-est asiàtic pels operadors de telefonia és la Fujitsu Fetex 150, ja en parlarem d’equipament amb més detall en posteriors sessions. Es proposa que cerqueu a la xarxa les seves característiques i determineu quina és la tecnologia de commutació emprada. http://telecom.fujitsu.com/products/switching/fetex150narrow/f150n_2.html

4.6.4. Commutació TSSST

Quan l’etapa S d’un commutador TST és molt gran, es justifica la complexitat d’un mòdul de control addicional.

Commutació TSSST

Mitjançant un commutador de trànsit espacial multietapes es redueix el nombre de crosspoints. L’estructura resultant és un commutador TSSST. A la següent figura teniu l’estructura bàsica del commutador TSSST. S’hi pot observar com la primera i la cinquena etapes estan formades per una etapa T, i les tres etapes S centrals són commutadors de tres etapes vistes a la sessió 14.

172

A la següent figura tenim el graf de probabilitats de bloqueig. El valor k ens indica el dimensionament de l’etapa temporal (nombre de memòries).

Igual que amb un commutador de 5 etapes lKqqB ])1(1[1 2

2

21 −−−= .

On tenim que: p1 = p /α. p2 = p / (αβ). α = r / c. β = k / n. c = nombre de canals per TDM. Com sempre,

(c)logl2N___º

)8(2__ºN

(N/n)loglk(N/n) (n)logl2k(N/n) ol_etapa_Sbits_contrNºN

k(N/n) 2Nk sCrosspointNºN

100

N + N = CE

2

BT

22BX

2

X

BXX

⋅⋅====

⋅⋅+⋅⋅==+==

++

TetapacontrolbitsNN

NSetapabitsN

NN

BTC

C

BTCBT

173

[Bellamy2000] p. 260

Exercici

Donat un commutador –TSSST amb 1.024 enllaços TDM de 128 canals cadascun. La probabilitat de bloqueig és d’un 0,2% i la utilització dels enllaços és d’un 70%. El factor d’expansió temporal de l’etapa espacial és 1. Calculeu: a) El nombre de canals que suporta el commutador. b) El valor òptim d’enllaços de cada matriu. c) El nombre de crosspoints de les etapes –S. d) La dimensió de la memòria. e) La complexitat equivalent. a) El nombre de canals que suporta el commutador.

1310721281024## =⋅=⋅= timeslotsNcanals . b) El valor òptim d’enllaços de cada matriu. La relació òptima entre n i N per no tenir bloqueig seria:

6274.222

1024

2≅== N

n.

Agafem la potencia de 2 més propera, n = 32. Abans de continuar haurem de calcular el nombre de matrius de l’etapa de trànsit, k,

( )( )( )Lk

qqB2

2

2

1 111 −−−= on αp

q −=11 i αβp

q −=12

. Iterant valors de k arribem a la solució k = 27, que dóna una B del 0,15%.

174

Tindrem 32 enllaços per registre TSM. L’etapa S central estarà composta per 27 arrays de 32x32, i les dues laterals per 32 arrays de 32x27 i 27x32 respectivament. c) El nombre de crosspoints de les etapes –S.

8294432

10242727·1024·22

22

=

+=

+=n

NkNkN c

. d) La dimensió de la memòria. - Etapa –S:

( )

+⋅

⋅=

⋅⋅

⋅+⋅⋅

⋅=n

Nn

n

Nkl

n

Nl

n

Nknl

n

NkN BX 2222 loglog2loglog2

( ) bitsNBX 165888032log32log232

102427128 22 =+⋅

⋅= .

- Etapa –T:

bitscNNBT 209715281281024282 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=

( ) ( ) bitsclNNBTC 1835008128log12810242log2 22 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= .

- Mida de la memòria, bitsNTCNBTNBXNmemoria 040.591.5=++= .

e) La complexitat equivalent.

854.1384,854.1384,5591082944100

==+=+= memoriaX

NNCE .

RESUM

Acabem en aquesta sessió el capítol dedicat als sistemes de commutació digital. Hem vist els commutadors bidimensionals STS i TST, i els més complexes TSSST. Hem comparat les seves prestacions mitjançant l’anàlisi de les seves probabilitats de bloqueig i la seva complexitat equivalent. Cadascun d’ells tindrà un àmbit d’aplicació determinat. Aquestes arquitectures són part dels fonamentes tecnològics dels mòduls de commutació de les centrals de telefonia. A la col·lecció de problemes teniu exercicis proposats.

175

SESSIÓ 19: Xarxa d’operador

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Xarxa d’operador Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Castro1999] [Freeman1997] [Bellamy2000] [Huidobro2001]

o Bibliografia complementària [Stallings2000]

PRECEDENTS

Fonaments de telefonia. Telefonia analògica i telefonia digital.

OBJECTIUS

En aquesta sessió veurem la xarxa troncal de transport d’un operador nacional de telefonia.

CONTINGUTS

En aquesta sessió veurem l’arquitectura de la xarxa telefònica commutada d’un operador de telefonia d’àmbit estatal. Veurem els diferents tipus de nodes i de xarxes, estudiarem la relació entre la numeració i l’encaminament, i finalment veurem els principals serveis que ofereix (servei de centraleta virtual i servei integral de comunicacions) particularitzant-ho en dos exemples reals.

5. XARXA D’OPERADOR

5.1. Arquitectura de la xarxa d’operador

5.1.1. Estructura de la xarxa telefònica commutada

La commutació telefònica és el procés mitjançant el qual s’estableix i es manté un circuit de comunicació capaç de permetre l’intercanvi d’informació entre dos usuaris qualssevol pertanyents a la xarxa. La impossibilitat de tenir permanentment connectats

176

tots els usuaris entre ells, amb dedicació exclusiva de certs mitjans per al seu ús, fa necessària la utilització d’un sistema que permeti establir l’enllaç per a la comunicació solament durant el temps que duri. Els sistemes que aconsegueixen una major eficàcia són les centrals telefòniques en les seves diverses modalitats.

Estructura de la xarxa telefònica commutada

Si utilitzéssim una estructura de xarxa en malla, en la qual cada usuari es connecta amb la resta mitjançant un enllaç físic caldrien (N · (N – 1)/2) enllaços, on N és el nombre d’usuaris a connectar. Com es pot preveure, aquesta solució es fa inviable fins i tot per a xarxes petites; si suposem 10 usuaris, caldrien 45 enllaços. En el cas de màxima utilització, quan tots els usuaris estiguessin parlant, s’emprarien 10/2 = 5 enllaços, amb una eficiència màxima de la xarxa d’un 5/45 = 11%. És evident que aquest rendiment no justifica la inversió. Utilitzant el mateix exemple, però amb una estructura en estrella en la qual el punt central és la central de commutació, només caldrien 10 enllaços, obtenint un rendiment d’un 10/10 = 100%. Les xarxes en malla resulten adequades quan el tràfic és alt i les distàncies són petites, mentre que les xarxes en estrella són ideals per a tràfics petits i distàncies grans, tal com succeeix en la majoria dels casos.

L’estructura de la xarxa ha de tenir la disposició que li permeti adaptar-se a les necessitats dels seus usuaris, optimitzant al mateix temps la seva gestió i administració.

[Castro1999] p. 614-617, p. 627-6300

5.1.2. Jerarquia de xarxes

El gran nombre d’usuaris i l’alt tràfic que les xarxes telefòniques han de poder suportar fa que sigui necessari agrupar-les per àrees geogràfiques i fer-les dependre de varies centrals de commutació que tinguin accés entre elles o a través d’altres. Apareix el concepte de jerarquia.

La xarxa jeràrquica

Com que el nombre màxim d’usuaris que una central admet és limitat –la capacitat de la central depèn de la seva categoria–, un cop es supera és necessari el concurs de

177

més centrals de commutació per tal d’atendre els usuaris, i quan el nombre d’usuaris d’aquestes centrals és alt, calen altres centrals de major nivell per governar la comunicació entre elles. En una xarxa jeràrquica es poden donar diversos nivells, però cada central d’un nivell depèn solament d’una altra de nivell superior, encara que la tendència és connectar-les a més d’una, per motius de seguretat i redundància. Assegurem així l’establiment de rutes entre usuaris del servei telefònic. Per resoldre el problema de la interconnexió entre centrals que tenen el mateix nivell, i per tal de no haver de recórrer tots els nivells de l’estructura per establir una comunicació entre usuaris pertanyents a centrals diferents, s’utilitzen enllaços, que constitueixen el que es denomina xarxa complementària, que a vegades també s’utilitza per establir els enllaços entre centrals separades per dos o més graus de jerarquia. Aquesta infraestructura física d’interconnexió entre les centrals i alguns elements intermedis constitueix la xarxa de transmissió. La tecnologia digital més estesa actualment és la jerarquia digital síncrona (JDS, SDH), que suposa una sèrie de millores respecte a la transmissió analògica pel que fa a qualitat de servei, cobertura de les xarxes, capacitat de tràfic, possibilitat de supervisió remota de la xarxa, etc. Com que el disseny d’una xarxa pretén aconseguir el màxim estalvi en equipaments i mitjans de transmissió, es realitza tenint en compte que el nombre de trucades simultànies és més petit que el d’usuaris, existint una probabilitat petita que en voler establir una comunicació el sistema es trobi ocupat i calgui esperar cert temps fins que estigui disponible. El coneixement del tràfic cursat i el temps mitjà d’ocupació per trucada són factors a tenir en consideració per al correcte dimensionament de la xarxa. Atenent a la distribució geogràfica, tenim tres tipus de xarxes: les xarxes urbanes o de curta distància, les interurbanes o de llarga distància i les internacionals.

178

Xarxes urbanes

També anomenades metropolitanes. En aquestes xarxes s’engloben els circuits d’abonat i els d’enllaç entre centrals locals per a la transmissió en banda base o en baixa freqüència. Normalment estan constituïts per parells de conductors que, en agrupar-se, formen l’anomenat cable de parells, el qual pot contenir fins a uns quants centenars d’ells, configurats en simètric per a una menor interferència dels uns sobre els altres.

[Castro1999] p. 638-649

Xarxes interurbanes

Poden ser provincials o interprovincials, i són les encarregades de proporcionar els enllaços entre centrals situades en diferents ciutats. Això fa que les distàncies siguin molt més grans i calgui utilitzar cables de diferents característiques, amb menors pèrdues i una resposta plana que es pot aconseguir de dues maneres. La primera és inserir bobines de càrrega que redueixen l’atenuació, mantenint-la gairebé constant (encara que també fan disminuir la freqüència de tall, disminuint l’ample de banda, i augmentant el temps de propagació). La segona solució consisteix a emprar mitjans físics de transmissió de més capacitat i fiabilitat (cable coaxial, fibra òptica, radioenllaços, etc.).

[Castro1999] p. 638-649

Xarxes internacionals

Per cursar el tràfic entre diferents països cal interconnectar les centrals internacionals encarregades d’aquest encaminament que es realitza mitjançant enllaços d’alta capacitat i fiabilitat, constituïts fonamentalment per enllaços terrestres, submarins o via satèl·lit, repetint-se almenys entre dos d’ells per raons de seguretat. Els canals emprats són de tipus analògic (FDM) o digital (TDM). A l’exemple veiem la xarxa de British Telecom a Europa.

179

[Castro1999] p. 638-649

5.1.3. Centrals de commutació en la XTC

Les centrals de commutació són els elements funcionals encarregats de proporcionar la selectivitat necessària, de forma automàtica, per poder establir el circuit d’enllaç entre dos usuaris que desitgin comunicar-se. En elles s’estableix també tot el control i la senyalització pròpia de la xarxa.

Centrals de commutació en la XTC

Segons la configuració de la xarxa pública espanyola tenim la següent classificació. Central local

180

Centrals que tenen la connexió de les línies d’abonat de forma que mitjançant el parell físic s’uneix el telèfon amb la central. També anomenades centrals urbanes. Central primària Quan un usuari desitja comunicar-se amb un altre que depèn d’una altra central, la comunicació es realitza a través dels circuits d’enllaç entre les dues (xarxa secundària). L’enllaç es determina en funció del tràfic que s’espera que es cursarà entre elles. En algunes xarxes, el tràfic entre centrals urbanes és molt petit, la qual cosa fa que el fet de disposar d’enllaços directes no sigui econòmicament rentable. Per això s’utilitzen les centrals primàries, encarregades de canalitzar aquest tipus de tràfic entre elles. Són, per tant, centrals sense abonats que tenen com a missió unir unes centrals amb unes altres. Central tàndem Centrals de trànsit que serveixen per cursar trucades entre centrals primàries, actuant com a concentradors. No pertanyen a la xarxa jeràrquica (estructura bàsica de comunicació entre centres de commutació), sinó a la xarxa complementària (conjunt d’enllaços directes no contemplats en la xarxa anterior). Central secundària Centrals de trànsit encarregades de manegar de forma automàtica el tràfic entre províncies pertanyents a la mateixa àrea. Tenen unions amb centrals primàries i tàndem, i no disposen d’abonats propis. Central terciària Centrals que serveixen per cursar trucades entre centrals secundàries pertanyents a diferents àrees multiprovincials, que es connecten entre elles formant una xarxa en malla. Es coneixen també com a centrals automàtiques interurbanes o nodals. Central internacional Cursen el tràfic entre diferents països. Es connecten a les centrals terciàries. Sol haver varies centrals internacionals en cada país, per tal de proporcionar diferents rutes internacionals. A Espanya estan ubicades a Barcelona, Madrid, Sevilla i València.

181

Una central de commutació pot pertànyer a un dels dos possibles nivells de la xarxa telefònica bàsica: local o de trànsit. Nivell local Format per centrals locals, capçaleres (centralitzen el tràfic d’una determinada àrea) i unitats remotes. De les capçaleres poden dependre centraletes privades i altres sistemes de comunicacions. En aquest nivell local poden existir connexions amb altres xarxes com la Iberpac de commutació de paquets, per proporcionar serveis de dades. Nivell de trànsit Nivell al qual s’accedeix quan l’abonat al qual es truca no es troba en la zona coberta pels recursos locals. A nivell de trànsit existeixen nodes que controlen la senyalització i la intel·ligència de la xarxa i que interconnecten i donen servei a varies centrals del mateix nivell local. Igualment, pot existir interfuncionament amb les xarxes de mòbils, cosa que permet que un abonat convencional pugui trucar un abonat d’una xarxa mòbil, i viceversa.

[Bellamy2000] p. 6-10

[Castro1999] p. 627-630

5.1.4. Numeració La trucada telefònica s’encamina a través de la xarxa telefònica commutada mitjançant la numeració.

Numeració

El número telefònic encamina la trucada mitjançant l’aplicació de la correspondència entre els diferents dígits marcats i les centrals de la xarxa telefònica commutada. Cada usuari té assignat un número corresponent a una línia de la seva central local. A part de l’enrutament, el número telefònic també activa els mecanismes necessaris per a la correcta facturació de la trucada.

182

[Freeman1997] p. 163-171

[Castro1999] p. 649-651

Numeració a Espanya

A l’estat espanyol, l’actual pla nacional de numeració va entrar en vigor el 4 d’abril de 1998. La gestió de l’espai públic de numeració correspon a la Comissió del Mercat de les Telecomunicacions, sent el govern, mitjançant Reial Decret, el responsable d’aprovar els anomenats plans de numeració. En pròximes sessions estudiarem la portabilitat numèrica, mitjançant la qual els operadors de telefonia garanteixen els abonats, en determinades circumstàncies, la conservació del seu número telefònic després de canviar d’operador. Una condició indispensable serà que no canviï el seu àmbit geogràfic, ja que hi ha una vinculació molt estreta entre el número i la central, i entre la distància entre les centrals i la facturació. Podeu trobar informació addicional sobre el pla espanyol de numeració a www.cmt.es/cmt/centro_info/numeracion/index.htm, en “bases de datos de numeración/descarga del plan de numeración”.

183

5.2. Serveis

5.2.1. Serveis La xarxa de l’operador de telefonia també proporciona serveis avançats orientats a certs perfils d’usuaris. Per tal de proporcionar-los cal que les centrals locals corresponents tinguin el hardware i el software apropiat.

Serveis d’operador

Els principals serveis que solen oferir els operadors de telefonia són: • Servei de centraleta privada virtual. • Servei integral de comunicacions. • Grup tancat d’usuaris. Comercialment és conegut com a GCU (Grupo cerrado de

usuarios) o CGU (Closed User Group). • Xarxa privada virtual (VPN, Virtual Private Network). • Sistema de missatgeria de veu. Inclou els serveis de bústia de veu, bústia de fax i

l’enviament i la recepció de missatges de veu i de fax. • Missatgeria unificada. Bústia de veu, bústia de fax i bústia de correu. Els podeu consultar als seus llocs web.

5.2.2. Servei de centraleta virtual L’oferta més estesa del servei de centraleta virtual és el Centrex (Central Office Exchange Service).

Servei Centrex

És un servei proporcionat per les centrals telefòniques públiques; consisteix en què els seus abonats disposen de certes facilitats, com si la central estigués ubicada al seu edifici. Així, l’usuari no necessita invertir en equipament en la seva PBX, ja que totes les funcionalitats li les proporciona l’operador. Centrex és vàlid tant per a usuaris POTS com per usuaris XDSI, i està indicat per a empreses i negocis amb molt poques extensions. Els usuaris poden disposar dels serveis típics de les PBX, com ara pla de numeració privat, transferència de trucades, marcació reduïda, conferència a tres, trucada en espera, restricció de trucades, desviament de trucades, trucades internes sense tarificació, servei de contestador, etc. Centrex ofereix dues modalitats de servei: unidependència (quan totes les línies Centrex es troben al mateix edifici) o multidependència (quan les línies donen servei a diversos edificis del client, sempre que pertanyin a la mateixa central telefònica digital). El principal avantatge consisteix en la no adquisició de hardware, ja que es troba al node de l’operador. Això suposa un estalvi en la inversió inicial (no hi ha PBX), una

184

garantia de no obsolescència de l’equipament i una major flexibilitat davant els nous canvis tecnològics. També pot ser molt interessant per muntar petites VPN per a petites empreses, però també suposa unes despeses mensuals molt més elevades i una forta dependència de l’operador contractat. www.telefonicaonline.com

[Huidobro2001] p. 47-48

5.2.3. Servei integral de comunicacions

Les administracions i les grans empreses no demanden únicament una solució operativa a les seves necessitats de telefonia, sinó que també requereixen un servei de manteniment i de gestió integral. Amb l’obertura del mercat de les telecomunicacions, els integradors i els nous operadors ja poden oferir serveis integrals de comunicacions. Com a exemple veurem el sistema Ibercom de Telefónica, el més estès amb prop d’un milió de línies en actiu i desplegat en tot el territori nacional.

El servei Ibercom

El servei Ibercom està implementat sobre centraletes de mitjana i gran capacitat. En termes de la tecnologia de la informació consisteix en una xarxa digital multiusuari i multiservei que permet integrar en una mateixa plataforma tecnològica les comunicacions de veu, de dades i d’imatges, amb accés a les diferents xarxes públiques existents (XTB i XDSI). La utilització d’aquest servei a nivell de xarxa es basa en una infraestructura totalment digital, amb intel·ligència distribuïda superposada i interconnectada amb les xarxes de telecomunicacions actuals, capaç de proporcionar extrem-extrem i per a cada trucada una continuïtat digital a 64 kbps. Aquesta xarxa es denomina xarxa d’accés Ibercom . Les principals aplicacions d’un servei integral de comunicacions són: • Telefonia vocal analògica i digital amb marcació directa entrant (DDI). • Transmissió de dades en mode circuit fins a 64 kbps o en N x 64 kbps amb protocol

propietari o Euro-XDSI. • Formació de xarxes privades unint dependències, amb pla de numeració privat i

tarifa plana entre dependències en l’àrea urbana o districte regular. • Serveis de valor afegit (DECT, videoconferència, operadora, missatgeria vocal,

control de la despesa telefònica, ACD, etc.). • Telemanteniment i manteniment preventiu. Permet la detecció i la reparació

d’avaries en mode remot. www.telefonicaonline.com

[Huidobro2001] p. 101-103, 105-107

185

Centraletes del servei Ibercom

Les centraletes més exteses en la xarxa Ibercom són la Ericsson MD-110 i la Siemens Hicom. A [Huidobro2001] p. 103-105 teniu una descripció general de la MD-110. Al fitxer [ericsson md110] teniu informació més completa. Podeu trobar documentació addicional als webs dels fabricants: • www.ericsson.com • www.siemens.com

[Huidobro2001] p. 101-105

RESUM

En aquesta sessió hem presentat l’estructura de xarxa d’un operador de telefonia. Hem analitzat els diferents tipus de xarxa i de centrals de commutació, la relació entre jerarquia i numeració, i hem vist els dos serveis de xarxes més extesos: servei de centraleta virtual i servei integral de comunicacions, particularitzant-ho en casos pràctics.

186

187

SESSIÓ 20: SS7

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: SS7 Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [SS7 tutorial] [Freeman1999]

o Bibliografia complementària [Thompson2000] [Stallings2000]

PRECEDENTS

OSI, principis de senyalització, SCA, i SCC.

OBJECTIUS

Fins ara hem vist els procediments de senyalització, tant analògics com digitals, en el bucle d’abonat o en xarxes privades de telefonia. Ara veurem la senyalització en la xarxa de transport d’un operador de telefonia.

CONTINGUTS

Definirem SS7 i veurem la seva arquitectura. Estudiarem els tipus de nodes i d’enllaços que la composen, i presentarem l’estructura de protocols que estudiarem a la següent sessió.

5.3. Senyalització SS7

5.3.1. Definició de SS7 CCSS7 (Common Channel Signaling System Nº 7), també conegut com SS7 o C7, és l’estàndard normalitzat per la ITU-T per definir els procediments i protocols pels quals els nodes de la xarxa telefònica pública commutada (PSTN) commuten la informació en la xarxa de transport de senyalització digital. El seu ús s’estén tant per les xarxes de telefonia fixa com per les cel·lulars, aportant els processos d’establiment de trucada, d’enrutament i de control.

188

Definició de SS7

La xarxa SS7 és una xarxa de senyalització de commutació de missatges, complementària a la xarxa de veu de commutació de circuits.

Central deCommutació

Central deCommutació

Xarxa de transmissió

Xarxa de Senyalització SS7

PBX Les seves principals funcionalitats són: • Establiment, gestió i alliberament de trucada. • Serveis wireless, roaming i autenticació d’usuaris GSM. • LNP (Local Number Portability). • Serveis de xarxa intel·ligent (IN, Intel·ligent Network). • Transport de funcionalitats avançades de trucada, com Call Forwarding, Calling

Party Name Display, Calling Party Number Display, trucada a tres, etc.). • Eficiència i seguretat.

[Freeman1999] p. 385

[SS7 tutorial]

5.3.2. Arquitectura SS7

Arquitectura SS7

Podem modelitzar l’arquitectura de la xarxa SS7 mitjançant nodes (punts) de senyalització (SP, Signaling Points) interconnectats per enllaços punt a punt de senyalització (SL, Signaling Links). La comunicació entre els diferents SP es realitza mitjançant la transmissió de missatges (SU, Signal Unit).

[Freeman1999] p. 386-387

189

5.3.3. Punts de senyalització (Signaling Points) Els punts de senyalització són la representació de cadascun dels nodes de la xarxa SS7 que senyalitzen la xarxa de transport. Poden ser nodes de gestió de la commutació o de serveis. Cada node de senyalització està identificat de manera unívoca per un codi de punt (Point Code) numèric. Aquests codis es carreguen en els missatges de senyalització commutats entre els punts de senyalització per identificar l’origen i el destí de cada missatge. Cada punt de senyalització utilitza una taula d’enrutament per escollir la trajectòria de senyalització apropiada per a cada missatge. Hi ha tres tipus de punts de senyalització en una xarxa SS7.

[SS7 tutorial]

SSP (Service Switching Point)

Els SSP poden ser els nodes commutadors que originen i finalitzen una trucada. El SSP envia un missatge de senyalització a altres SSP per establir, gestionar i alliberar una trucada en circuits de veu i completar així la trucada. Els SSP també poden enviar un missatge de consulta als nodes amb les bases de dades centralitzades (SCP) per determinar com enrutar una determinada trucada. Un exemple seria el cas de la xarxa intel·ligent. Un SCP respon al SSP amb un missatge indicant-li el número d’enrutament associat al número marcat. SSP podria utilitzar un número d’enrutament alternatiu en cas que el número inicial estigui ocupat o la trucada no sigui atesa en un temps especificat.

[SS7 tutorial]

STP (Signal Transfer Point)

Els STP enruten el tràfic entre els diferents punts de senyalització mitjançant la commutació de paquets. Cada STP enrutarà un missatge entrant cap a un enllaç de senyalització sortint utilitzant la informació d’enrutament continguda al missatge SS7.

190

STP executa el procediment GTT (Global Title Translation), mitjançant el qual el node de senyalització destí es determina a partir dels dígits presents al missatge de senyalització. Els STP actuen com a concentradors, la qual cosa elimina la necessitat de disposar d’enllaços directes entre tots els punts de senyalització. També poden actuar com a firewall per a missatges SS7 commutats cap a d’altres xarxes.

[SS7 tutorial]

SCP (Service Control Point)

Els SCP són els nodes de control de servei. Tenen accés a les bases de dades centralitzades de la xarxa i executen les seves aplicacions d’accés i de gestió. Són els nodes que atenen totes les consultes de la xarxa intel·ligent.

[SS7 tutorial]

5.3.4. Enllaços de senyalització (Signaling Links) Els missatges SS7 són commutats entre els nodes de la xarxa sobre canals bidireccionals de 56 kbps o 64 kbps, que són els anomenats enllaços de senyalització.

Enllaços de senyalització

La senyalització es realitza fora de banda per canals dedicats, cosa que millora les prestacions de la senyalització en banda en els canals de veu: • Temps d’establiment de trucada més ràpid. • Utilització més eficient dels circuits de veu. • Suporta els serveis de la xarxa intel·ligent (IN requereix senyalització als nodes de

la xarxa sense troncals de veu). • Control millorat d’ús fraudulent de la xarxa.

[SS7 tutorial]

Tipus d’enllaços de senyalització

Hi ha definits diversos enllaços de senyalització, en funció dels nodes que connecten o dels missatges que transporten: • A Link (Acces Link). Connecta un punt de senyalització terminal (SSP o SCP) a

un STP. • B Link (Bridge Link). Connecta un STP amb un altre STP. • C Link (Cross Link). Connecta un STP amb el seu STP redundant. S’utilitzarà en

cas de fallada de l’enllaç principal.

191

• D Link (Diagonal Link). Connecta un STP secundari amb un STP primari. Porta associat el concepte de jerarquia en la xarxa de telefonia. La diferència amb els B Link és molt subtil, per la qual cosa se l’anomena B/D Link.

• E Link (Extended Link). Connecta el SSP amb un STP alternatiu. És un enllaç de senyalització redundant que s’utilitzarà en cas de fallada del A Link.

• F Link (Fully Associated Link). Connecta dos punts de senyalització terminals (SSP I SCP).

[SS7 tutorial]

5.3.5. Qualitat de servei de SS7

Atès que SS7 defineix la xarxa de senyalització de l’operador de telefonia, la seva disponibilitat i la seva qualitat de servei són paràmetres molt crítics. Això s’assegura mitjançant: • Redundància dels nodes SSP i STP, fins i tot en diferents ubicacions físiques, i

redundància dels enllaços entre els diferents punts de senyalització. En condicions normals, hi ha un balanceig de tràfic i en cas de fallada, el tràfic de senyalització es reenruta cap a un altre enllaç.

• Correcció d’errors. • Mecanismes de retransmissió. Tot això ha de permetre un servei ininterromput en cas de fallada en un node, un enllaç o una transmissió.

5.3.6. Estructura del sistema de senyalització

Les funcions de hardware i software del protocol SS7 estan dividides en abstraccions funcionals corresponents als 7 nivells de la torre OSI d’ISO.

192

Estructura del sistema de senyalització

El protocol de senyalització telefònica SS7 utilitza diferents missatges per a l'establiment i la finalització de la trucada, i permet que els nodes parlin entre ells, sense importar si existeix una connexió troncal directa entre ells. Per tal d’il·lustrar aquest tema, podem esmentar que en aquest protocol es té una torre de protocols que es fan servir segons les aplicacions i el tipus de xarxa telefònica emprada.

MODEL OSI SS7

7 – Aplicació OMAP INAP MAP

I S U P

T U P

M T U P

D U P

TCAP

6 – Presentació

5 – Sessió

4 – Transport SCCP

3 – Xarxa MTP Level 3

2 – Enllaç MTP Level 2

1 - Físic MTP Level 1

• MTP 1 (Message Transfer Part 1). • MTP 2 (Message Transfer Part 2). • MTP 3 (Message Transfer Part 3). • SSCP (Signaling Connection Control Part). • TCAP (Transaction Capabilities Part). • MAP (Mobile Application Part). • BISUP (Broadband ISDN User Part). • TUP (Telephone User Part). • ISUP (ISDN User Part). • INAP (Intelligent Network Application Protocol). • OMAP (Operations, Maintenance, and Administration Part). • MTUP (Mobile Telephone User Part). • DUP (Data User Part).

[Freeman1999] p. 387-391

193

RESUM

Hem vist com la xarxa de senyalització de l’operador de telefonia és complementària a la xarxa de transport dels circuits de veu. Hem determinat quins són els nodes que hi intervenen i com són els seus enllaços. Atès que es tracta de la xarxa troncal de distribució serà molt important un disseny de xarxa redundant i robust, així com un protocol de senyalització amb els mecanismes de control que ens garanteixin la qualitat de servei exigible.

194

195

SESSIÓ 21: SS7 2/2

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: SS7 2/2 Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [SS7 tutorial] [Freeman1999]

o Bibliografia complementària [Thompson2000] [Stallings2000]

PRECEDENTS

SS7: arquitectura, punts i enllaços de senyalització. Estructura de senyalització SS7.

OBJECTIUS

En aquesta sessió aprofundirem en el coneixement del sistema SS7.

CONTINGUTS

Analitzarem l’stack de protocols i els missatges de senyalització en SS7, veient les seves funcionalitats i la seva necessitat en la xarxa de transport de telefonia.

5.3.7. Message Transfer Part Level 1 (MTP-1) MTP-1 defineix les característiques físiques, elèctriques i funcionals de l’enllaç de senyalització digital. Permet el flux de bits no estructurats entre els punts de senyalització a través d'enllaços de senyalització de dades.

MTP-1

Les interfícies que defineix inclouen:

• E1 (2.048 kbps, 32 x 64 kbps) • DS1 (1.544 kbps, 24 x 64 kbps) • V35 (64 kbps) • DS0 (64 kbps) • DS0A (56 kbps)

[Freeman1999] p. 391-392

196

[SS7 Tutorial]

5.3.8. Message Transfer Part Level 2 (MTP-2)

MTP-2 defineix les funcions i els procediments relatius a l'estructura i la transferència de la senyalització.

MTP-2

MTP-2 assegura una transmissió d’extrem a extrem del missatge en l’enllaç de senyalització. Les seves funcionalitats són el control de flux, la validació de la seqüència del missatge i el control d’error (retransmissió del missatge). Hi ha tres tipus diferents de missatges MTP-2 (Signal Unit): • Els FISU (Fill-In Signal Unit) contenen informació de nivell 2 i CRC. A continuació

es mostra el format del missatge.

Flag BSN/BIB FSN/FIB Length Indicator Checksum

#bits 8 7/1 7/1 6+(2) 16

• Els LSSU (Link Status Signal Unit) contenen informació de link status entre els

diferents punts de senyalització. A continuació es mostra el format del missatge.

Flag BSN/BIB FSN/FIB Length Indicator

Status Field Checksum

#bits 8 7/1 7/1 6+(2) 8 o 16 16

• Els MSU (Message Signal Unit) porten el control de la trucada, accés a la BBDD i

gestió de xarxa. A continuació es mostra el format del missatge.

Flag BSN/BIB FSN/FIB Length Indicator SIO SIF Checksum

#bits 8 7/1 7/1 6+(2) 8 8n n ≤ 272 16

A continuació es detalla el significat dels camps:

• Length Indicator. És el nombre d’octets compresos entre ell i el checksum. Supervisa la integritat de la SU i discrimina entre diversos tipus de SU.

• Forward Sequence Number (FSN). És el número de seqüència de la unitat de senyalització.

• Backward Sequence Number (BSN). És el número de seqüència de la unitat de senyalització que està sent reconegut (ACK).

• FIB, BIB, FSN i BSN . S’utilitzen per al control de flux, detecció d'errors i recuperació. En cas d'error, BIB s’activarà per indicar un NACK i FIB s’activarà per indicar una nova transmissió.

• SIO, Service Indicator Octet.

197

• SIF, Service Information Field. A la bibliografia referenciada trobareu una explicació més detallada del format dels missatges MTP-2.

[Freeman1999] p. 392-396

[SS7 Tutorial]

5.3.9. Message Transfer Part Level 3 (MTP-3)

MTP-3

MTP-3 defineix l’enrutament del missatge entre els punts de senyalització en la xarxa SS7. En cas de fallada dels enllaços o de congestió, reenruta el tràfic per enllaços alternatius. Utilitza la Routing Label continguda al camp SIF. MTP-3 suporta dos funcions bàsiques principals: • Signaling Message Handling. Assegura (amb la Routing Label) que els missatges

generats per part d'usuaris específics en el punt d'origen siguin lliurats a la part d'usuari al mateix destí. Està format per tres blocs: Message Discrimination, Message Distribution i Message Routing.

• Signaling Network Management. Controla les operacions de reconfiguració en el cas d'un fracàs. També controla el flux de trànsit en cas de congestió. Està format per tres blocs: Signaling Traffic Management, Signaling Link Management i Signaling Route Management.

A la següent figura es mostra la relació de la senyalització de gestió de missatges i la senyalització de gestió de xarxa.

198

A continuació farem una breu descripció dels elements presentats al diagrama de blocs anterior. • Message Discrimination. Gestiona tots els missatges entrants. Utilitzant la

Routing Label del DPC, decideix si un missatge entrant està destinat cap a un node o cap a un altre.

• Message Distribution. Serveix per passar la Signaling Unit (SU) a l’aplicació apropiada.

• Message Routing. Un cop examinat el Destination Code de la Routing Label, encamina la SU rebuda per l’enllaç apropiat.

• Signaling Link Management. Restableix enllaços caiguts, activa enllaços inactius i desactiva enllaços no alineats.

• Signaling Traffic Management. Desvia la senyalització d’un enllaç o d’una ruta a un o més enllaços o rutes alternatives. També redueix el flux de trànsit en cas de congestió.

• Signaling Route Management. Difon informació entre els nodes de senyalització per tal de bloquejar o desbloquejar les rutes de senyalització.

[Freeman1999] p. 396-398

[SS7 Tutorial]

199

5.3.10. Telephone User Part (TUP)

TUP

Defineix els nivells 4-7 en algunes xarxes SS7. És un protocol anterior a XDSI que conté els procediments per a l’establiment i la finalització de trucades en circuits analògics. Ha estat substituït per la ISUP en la major part de les xarxes.

[Freeman1999] p. 405-409

[SS7 Tutorial]

5.3.11. XDSI User Part (ISUP)

ISUP

Defineix els protocols d’establiment, de gestió i d’alliberament de circuits troncals que transporten veu i dades entre nodes de commutació. ISUP s’utilitza per a trucades tant XDSI com analògiques i, tot i que ha anat reemplaçant el TUP, encara coexisteixen en algunes xarxes antigues. Les trucades que s’originen i finalitzen en el mateix node de commutació no utilitzen ISUP.

Estructura del missatge ISUP

La informació ISUP es transporta sobre el camp SIF de les MSU. Conté l'etiqueta d'encaminament seguida per l'indicador de circuit de 14 bits (ANSI) o 12 bits (UIT). El CIC s’utilitza per seleccionar el circuit de veu (o dades) entre els codis de punt. A continuació es mostra el format del missatge ISUP.

ANSI ISUP Message 0 Subservice Field Service Indicator 1 DPC Member 2 DPC Cluster 3 DPC Network 4 OPC Member 5 OPC Cluster 6 OPC Network 7 3-bit spare Signalling Link Selection 8 CIC Low Order Byte 9 2-bit spare CIC High Order 6-bits

10 Message Type 11 … n

El contingut varia en funció del tipus de missatge definit al camp anterior

200

Al CIC el segueix el camp de tipus de missatge: IAM, ACM, ANM, REL, RLC que defineix el contingut de la resta del missatge. Cada missatge ISUP conté una part obligatòria que inclou una sèrie de paràmetres de longitud fixa. La part obligatòria pot estar seguida d'una part opcional, els paràmetres de la qual estan identificats per un octet de codi seguit d'un octet de longitud (octets a continuació). Quan trobem el codi d'identificació de circuit dins d'un missatge IAM, en el camí de senyalització (signalling path), en realitat ens està indicant el circuit de veu (time slot dins d'un trunk ISUP concret) que està transportant aquesta trucada entre dos SSP donats. Perquè tot funcioni bé, la numeració dels CIC a banda i banda del trunk ISUP a cadascun dels SSP ha de ser idèntica. La ITU defineix CIC de 12 bits (fins a 4.096 circuits entre 2 SSP), mentre que l'ANSI permet definir CIC de 14 bits (fins a 16.384 circuits entre 2 SSP). També val la pena destacar que el CIC no té sentit si no l'acompanyem del DPC al qual està associat. Això vol dir que en un SSP podem tenir el mateix CIC repetit, però fent referència a DPC (o routesets) diferents. La combinació DPC/CIC sí que ha de ser única dins de cada SSP.

Tipus de missatge ISUP

A continuació es mostra un esquema de funcionament amb els diferents tipus de missatges ISUP.

• IAM (Initial Address Message). Reserva un enllaç lliure entre centrals. L'IAM conté el codi origen, la destinació, la identificació del circuit reservat (5 a la figura), els dígits marcats i, opcionalment, la identitat del terminal que truca. Missatges (1a) i (1b).

• La central distant examina el número, decideix si és seu o no i si està lliure. Emet el so de timbre cap al trucat i transmet cap enrere ACM (Address Complete

201

Message) (2a) via el seu STP indicant que l'enllaç (5) s'ha reservat. El STP enruta cap a la central origen que envia el so de timbre al trucat i connecta l'enllaç de veu.

• Quan la línia trucada despenja, la central de destinació talla el to i envia el missatge ANM (Answer Message) (3a) al STP, que l’enruta a la central d’origen, la qual verifica que la línia que truca està connectada i inicia la tarificació.

• Si la línia que truca penja primer, la central origen envia REL (Release message) (4a). Si la línia trucada penja primer o està ocupada envia REL (5b).

• Quan rep REL, la central trucada desconnecta l'enllaç, el passa a lliure i transmet RLC (Release Complete) (5a). Quan la central que truca rep o genera RLC (5b) s'acaba la tarifació.

[SS7 Tutorial]

5.3.12. Signaling Connection Control Part (SCCP)

SCCP

SCCP està per sobre de MTP-3 i és la capa de transport que proporciona serveis als protocols ISUP i TCAP en xarxes orientades o no a connexió. També proporciona mecanismes de GTT (Global Title Translation). Les GTT són adreces que són traduïdes per SCCP a un codi de punt de destí. Adreces GT típiques són les de la xarxa intel·ligent (9xx, 0xx), Calling Card Number, etc. Per exemple, si marquem un 900 o un número de mòbil i no necessitem conèixer l’adreça del punt de destí. En el STP estaran les taules de traducció d’adreces. Estructura del missatge SCCP. El SIF conté l'etiqueta de ruta seguida per la capçalera del missatge SCCP amb la següent estructura: • Routing Label. És una etiqueta d'enrutament estàndard. Vegeu la figura en relació

amb la norma ANSI i UIT del missatge SCCP. • Message Type Code. És un octet obligatori per a tots els missatges. El codi de

tipus de missatge defineix de forma exclusiva la funció i el format de cada missatge SCCP.

• Part fixa obligatòria. Les parts que són obligatòries i de longitud fixa d'un tipus de missatge en particular s'inclouran a la part fixa obligatòria.

• Part variable obligatòria. Els paràmetres obligatoris de longitud variable s'inclouen a la part variable obligatòria. El nom de cada paràmetre i l'ordre en què s'envien els punters està implícit en el tipus de missatge.

• Part opcional. La part opcional consta de paràmetres que poden o no ocórrer en qualsevol tipus de missatge en particular. Poden ser tant de longitud fixa com variable. Els paràmetres opcionals es poden transmetre en qualsevol ordre. Cada paràmetre opcional inclourà el nom del paràmetre (un octet) i l'indicador de longitud (un octet), seguit pel contingut del paràmetre.

A continuació es mostra l’estructura dels missatges SCCP.

202

ANSI SSCP Message 0 Subservice Field Service Indicator 1 DPC Member 2 DPC Cluster 3 DPC Network 4 OPC Member 5 OPC Cluster 6 OPC Network 7 3-bit spare Signalling Link Selection 8 Message Type 9

… n

El contingut varia en funció del tipus de missatge definit al camp anterior

[Freeman1999] p. 402-404

[SS7 Tutorial]

5.3.13. Transaction Capabilities Applications Part (TCAP)

TCAP

TCAP proporciona la commutació de missatges entre aplicacions en la xarxa SS7 utilitzant els serveis no orientats a connexió de SCCP. Les comandes i respostes enviades entre SSP i SCP es transporten en missatges TCAP. Exemples de missatges TCAP serien la conversió d’un número de xarxa intel·ligent a un número del domini de la xarxa pública, la validació del PIN en GSM o els serveis de roaming. Els SSP usen TCAP per preguntar la informació d'encaminament dels 800/900, calling cards, mòbils en roaming als STP, etc. Pels mòbils s'utilitza dins del TCAP el MAP (Mobile Application Part), que interroga les bases de dades HLR (Home Location Register). Estructura del missatge TCAP. Els missatges destinats a una aplicació TCAP van dins del camp SIF d'una MSU SCCP; quan es rep una MSU amb dades TCAP s’enruten cap al router TCAP, que les distribueix a l'aplicació TCAP invocada. La part TCAP d’una SCCP MSU té dos subcapes: • Transaction Point (TSL). Identifica el missatge, l’executa, etc. • Component Point (CSL). Dóna instruccions per a les BBDD.

Transaction sublayer

Conté l'identificador de tipus: • Unidireccional. No espera rèplica. • Query with Permission. Inicia la transacció TCAP, el node final pot acabar.

203

• Query without Permission. Inicia la transacció TCAP, el node final no pot acabar. • Response. Acaba la transacció TCAP, una transacció Query with Permission té

una resposta amb el número traduït. • Conversation with Permission. Continua la transacció, el node final pot acabar. • Conversation without Permission. Continua la transacció, el node final no pot

acabar. • Abort. Acaba la transacció en situacions d'error.

Component sublayer

• Invoke (Last). Invoca una operació. Una Query with Permission pot incloure un Invoke(Last), és l'últim component d'una petició.

• Invoke (Not Last). Similar a l’Invoke (Last), però el component és seguit per altres components.

• Return (Last). Retorna el resultat d'una operació invocada. El component és l'últim de la resposta.

• Return (Not Last). Similar al Return (Last), però el component no és l'últim. • Return Error. Informa que una operació invocada no s'ha pogut completar. • Reject. Indica que s'ha rebut un component erroni.

[SS7 Tutorial]

5.3.14. Operations, Maintenance & Administration Part (OMAP)

OMAP

Són àrees no especificades. Entre els serveis OMAP destaquen la verificació de bases de dades d’enrutament en xarxa i el diagnòstic de problemes en un enllaç. [SS7 Tutorial]

RESUM

Hem vist quins són els missatges que es transporten per la xarxa de senyalització SS7. Aquests missatges han de permetre l’establiment, l’enrutament, el manteniment, i l’alliberament de la trucada, així com transportar tota la informació addicional perquè la xarxa pugui proporcionar serveis de valor afegit, gestionar la tarificació i accedir a bases de dades centralitzades.

204

205

SESSIÓ 22: Xarxa intelligent

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Xarxa intel·ligent Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Apunts XI] [Huidobro2001c]

o Bibliografia complementària [Thompson2000]

PRECEDENTS

Estructura i jerarquia de xarxa d’operador. SS7.

OBJECTIUS

Estudi dels serveis, les prestacions i l’arquitectura de la xarxa intel·ligent.

CONTINGUTS

Veurem un estudi de la intel·ligència en les xarxes de veu i la necessitat de la xarxa intel·ligent. Presentarem els principals serveis i analitzarem la seva arquitectura.

5.4. La xarxa intelligent

5.4.1. Intelligència de xarxa. Definició de xarxa intelligent

La xarxa POTS és una xarxa formada per xarxes telefòniques interconnectades entre elles, basades en la commutació de circuits. Inicialment totes les centrals eren analògiques, però actualment la majoria són digitals i utilitzen protocols digitals. Una central telefònica està governada per un software que implementa les funcionalitats d’anàlisi de numeració i d’enrutament selectiu en funció de l’anàlisi. Encara que se les pot dotar d’intel·ligència en l’anàlisi, les modificacions són costoses i sempre particularitzades. La XDSI va néixer com a necessitat d’uniformar i compatibilitzar serveis i equips, i d’implementar noves funcionalitats avançades en la commutació de circuits. Està basada en el protocol ISUP (recordeu SS7) de senyalització entre centrals, i el protocol

206

DSS1 de senyalització d’abonat, que permet aportar els ja coneguts serveis suplementaris.

Intelligència de xarxa. Definició de xarxa intelligent

La xarxa intel·ligent (XI o IN, Intelligent Network) és una xarxa diferenciada i complementària de la xarxa telefònica commutada, tant POTS com XDSI. Mitjançant la centralització de determinades funcions i el processament de dades permet oferir als abonats de la XTC serveis avançats que requereixen la gestió d’un alt volum de dades. Aquest tractament de grans volums d’informació justifica la creació d’una xarxa complementària a la xarxa de veu. És molt més eficient centralitzar aquesta informació en bases de dades en una xarxa intel·ligent que no pas replicar i mantenir nombroses còpies a les centrals de la xarxa commutada. Aquesta centralització aporta avantatges significatius: • Estalvia memòria i recursos a les centrals POTS/XDSI. • Facilita el manteniment i la gestió de les dades. • Permet una gestió centralitzada del servei. • Millora el control i la seguretat de les dades. • Permet el desplegament de nous serveis a mida per a l’usuari.

[Apunts XI]

5.4.2. Serveis de la xarxa intelligent

Els serveis d’intel·ligència de xarxa ofereixen prestacions addicionals a les ofertes per la xarxa telefònica bàsica. Els podem agrupar en diferents categories: • Serveis d’encaminament i de traducció de numeració. • Serveis de tarificació especial. • Serveis de xarxes privades virtuals. • Serveis orientats a l’operador.

[Apunts XI]

[Huidobro2001c] p. 38-43

Serveis d’encaminament i de traducció de numeració

Permeten el tractament de les trucades de manera personalitzada per a cada usuari, com per exemple: • Números de xarxa intel·ligent (80x i 90x). • Desviament de trucades (àmbit residencial). • Número únic (àmbit de negoci). • Trucada en espera. • Retrucada automàtica. • Marcació abreujada.

207

• Trucada d’avís. • Encaminament per dia i hora. • Balanceig de càrrega. • Limitació del nombre de trucades.

Serveis de tarificació especial

Els serveis de tarificació especial permeten repartir el cost de la trucada entre el client que la origina i el client que la rep mitjançant l’aplicació d’una tarificació addicional. A continuació tenim alguns exemples de serveis de tarificació especial: • 900/800: cobrament revertit automàtic. • 901: cobrament repartit entre trucant i trucat. • 902: número universal. Cobrament al trucant, independentment de si la trucada és

metropolitana, provincial, etc. • 903/803, 906/806: el cost l’assumeix el trucant amb un cost addicional, a repartir

entre l’operador i el contractant del servei. • 904: telefonia personal. • 905: trucades massives. Tele-enquestes i televot. • Prepagament amb targeta.

Serveis de xarxes privades virtuals

El serveis de xarxes privades virtuals permeten: • Possibilitat de creació de VPN nacional o internacional. • Pla de numeració privat. • Grups tancats d’usuaris. • Facilitats de filtrat. • Règim de facturació especial.

Exemple: creació de Centrex estès.

Serveis orientats a l’operador

Els serveis orientats a l’operador li faciliten l’operació de xarxa. A continuació tenim alguns exemples de serveis orientats a l’operador: • Portabilitat numèrica. • Interconnexió de xarxes. • Roaming. • Handover. • Identificació d’usuaris (SIM). • Autenticació d’usuaris (PIN). • CPV (Calling Party Verification). Selecció d’operador. Verifica que el trucant és

client d’aquest operador. • Menús amb locucions.

208

5.4.3. Prestacions dels serveis de la xarxa intelligent

Prestacions de la xarxa intelligent

Aquestes prestacions permeten la configuració dels serveis de la xarxa intel·ligent, alhora que permeten definir el comportament de les xarxes privades virtuals de les empreses clients del servei. Faciliten eines per a la configuració del servei de telefonia, atenent a criteris geogràfics, horaris i de tràfic, i afecten l’accés a la xarxa, l’enrutament de les trucades i la seva posterior tarificació. A continuació tenim un exemple de contractació de serveis de xarxa intel·ligent.

[Apunts XI]

5.4.4. Arquitectura de la xarxa intelligent

La xarxa intel·ligent és una xarxa paral·lela i complementària a la xarxa telefònica commutada (POTS o XDSI). La seva operativa i les seves funcionalitats estan facilitades per l’arquitectura SS7. A la següent figura teniu l’esquema físic de la xarxa intel·ligent.

209

A continuació es detalla la descripció i la funcionalitat de cadascun dels nodes i enllaços.

[Apunts XI]

[Huidobro2001c] p. 44-46

SCE (Service Creation Environment)

El SCE (entorn de creació de serveis) és una plataforma per al desenvolupament multiusuari i per a la prova de serveis de xarxa intel·ligent abans de la seva introducció a la xarxa. Mitjançant el disseny SIBB (Service Independent Building Block) es redueix el temps de desenvolupament i permet realitzar proves sense afectar el servei.

SMS (Service Management System)

El SMS és el sistema de gestió tècnica dels serveis de la xarxa intel·ligent. S’encarrega de la provisió de les dades dels serveis, d’actualitzar els SCP i de generar estadístiques i mesures sobre els serveis. Disposa de capacitats multiusuari i gestió de permisos, així com d’interfícies TCP/IP i X25.

SCP (Service Control Point)

El SCP és el punt de senyalització SS7 i suporta múltiples serveis de forma simultània. És tracta d’un sistema en alta disponibilitat que facilita l’accés a les BBDD. Els SCP reben les consultes dels SSP, les processen i tornen la resposta per SS7 en temps real. Permeten els SSP enrutar la trucada.

STP (Signal Transfer Point)

Els STP són els commutadors de missatges SS7. Poden ser equips específics o SSP amb aquesta funcionalitat. Constitueixen la xarxa de senyalització.

210

SSP (Service Switching Point)

Els SSP són els punts d’interconnexió entre la xarxa intel·ligent i la XTC, per a això són necessàries centrals amb capacitat per detectar quines trucades requereixen una trucada a la xarxa intel·ligent. Cada consulta és un missatge SS7 (INAP) a través de la xarxa de senyalització.

IP (Intelligent Peripheral)

Els IP permeten emmagatzemar locucions de manera centralitzada i són gestionats mitjançant ordres dels SCP. S’encarreguen de la interacció amb l’usuari: locucions i dígits marcats.

5.4.5. Senyalització Com pot observar-se a la següent figura, la senyalització entre SSP i SCP utilitza protocols nivell 7 SS7, per sobre de TCAP.

MODEL OSI SS7

7 – Aplicació OMAP INAP MAP

I S U P

T U P

M T U P

D U P

TCAP

6 – Presentació

5 – Sessió

4 – Transport SCCP

3 – Xarxa MTP Level 3

2 – Enllaç MTP Level 2

1 - Físic MTP Level 1

Els protocols propis de la xarxa intel·ligent són: • INAP (Intelligent Network Application Protocol). • CAMEL (Customized Application for Mobile Network Enhanced Logic). A continuació s’enumeren les operacions bàsiques de la senyalització: • Call Setup. • Tarificació. • Enrutament. • Control de tràfic.

211

Protocol INAP

L’objectiu del protocol INAP (Intelligent Network Application Protocol) és la implantació de nous serveis amb rapidesa i baix cost, incrementant la captació de tràfic. A continuació és mostren els algoritmes dels dos modes de funcionament. INAP-DP (Detection Points). Punts d’intervenció en el procés de la trucada. Els punts d’intervenció en el procés de trucada (DP) són punts d’intervenció (triggers) prearmats, que esperen a ser disparats pel programari de control de trucada durant el processament normal de la trucada. INAP-BCSM (Basic Call State Model). Relació amb SS7/ISUP. El propòsit del BCSM és proporcionar a la SCF una visió representativa del processament de trucades a la SSF. Òbviament, el SCF no té necessitat de conèixer els detalls de l'aplicació de processament de trucades, només necessita saber prou com per poder tramitar la lògica de servei correctament.

Protocol CAMEL

La xarxa intel·ligent en GSM s’ha anomenat CAMEL (Customized Applications for Mobile Network Enhanced Logic). Les seves principals característiques són: • Permet els operadors mòbils definir i desenvolupar nous serveis de valor afegit

sense necessitat d’estandarditzar-los. • Els operadors es poden diferenciar dels altres operadors de xarxa mitjançant la

introducció de nous serveis de valor afegit. • Aquests serveis poden utilitzar-se quan el roaming sigui internacional.

5.4.6. Explotació de la xarxa intelligent A continuació teniu detallades algunes topologies de serveis basats en la xarxa intel·ligent, l’encaminament de trucades i la traducció de numeració.

[Apunts XI]

Creació d’un servei

A continuació es detalla el procés de creació d’un nou servei: • El servei es desenvolupa i es prova sobre el SCE. • Un cop provat, s’actualitza el SMS. • El SMS actualitza les BBDD de SCP. Fins que el servei no està actualitzat al SCP,

les trucades no seguiran el nou algoritme.

212

Servei de trucada amb targeta de crèdit

Aquest servei permet trucar des de qualsevol telèfon carregant la trucada a una targeta de crèdit sense lector de targetes. El procés a seguir és el següent: • Es truca un número 900. • La xarxa demana el número de targeta i un PIN. • Els comprova i si és correcte demana el número de destí. • El número de targeta, el PIN, el PIN de la BBDD, i el número de destí es registren

al CID (dades de la trucada).

Servei de trucada a números 900

Durant el servei de trucada a números 900, el SSP consulta al SCP la traducció del número 900 al número real, i un cop feta la traducció encamina la trucada cap al número real.

Implementació de VPN

Igual que en el servei anterior, tenim que el SCP serà l’encarregat de traduir els números de telèfon reals a la seva extensió abreujada corresponent.

Servei de targeta prepagament

Per al servei de targeta prepagament és necessària una tarificació en temps real i un còmput del saldo de les targetes de forma immediata i segura. Per a això, el SDP de prepagament és el nucli del servei, és a dir, una BBDD centralitzada en alta disponibilitat. Els IP (Intelligent Peripheral) ofereixen serveis de valor afegit que complementen el servei bàsic (consultes de saldo, recàrregues de targetes, etc.).

Evolució de la xarxa intelligent: VoIP

Amb l’arribada de les xarxes de nova generació cal afegir tres nous elements típics de la VoIP a la arquitectura de la xarxa intel·ligent.

• MGC (Media Gateway Controller). S’encarrega de la lògica de processament de les

trucades. • MGW (Media Gateway). Realitza la funció de commutació de hardware. • SGW (Signalling Gateway). S’encarrega de la interrelació de la senyalització entre

SS7 i la xarxa IP.

213

RESUM

En aquesta sessió hem vist l’arquitectura i el funcionament de la xarxa intel·ligent, estructurada sobre la senyalització SS7. És una xarxa complementària de la xarxa telefònica commutada, que proporciona prestacions addicionals per a empreses multiseu o de servei públic amb centres d’atenció de trucades. A nivell individual, veurem com una de les seves principals prestacions és la implementació de la portabilitat numèrica.

214

215

SESSIÓ 23: Interconnexió de xarxes i portabilitat numèrica

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Interconnexió de xarxes i portabilitat numèrica Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: CMT. Oferta Bucle de Abonado [Apunts Xarxes]

o Bibliografia complementària Llocs web referenciats Documentació addicional en e-campus

PRECEDENTS

La xarxa d’operador, SS7 i la xarxa intel·ligent.

OBJECTIUS

En aquesta sessió estudiarem la interconnexió de xarxes d’operador i veurem el cas concret de la portabilitat numèrica.

CONTINGUTS

En aquesta sessió veurem com l’evolució del mercat de les telecomunicacions, amb l’aparició de nous operadors, ens obliga a definir la interconnexió de les seves xarxes. Veurem el context, l’arquitectura i els serveis d’interconnexió de xarxes. Estudiarem amb més detall el cas de la portabilitat numèrica, des d’un punt de vista funcional i tècnic.

5.5. Oferta d’interconnexió de referència

5.5.1. Necessitat de la interconnexió de xarxes Fins a principis dels anys 90, moltes de les xarxes de telecomunicacions pertanyien a companyies telefòniques estatals en règim de monopoli. A causa d’això, en un país o territori determinat una única entitat operava la xarxa telefònica commutada, amb la qual cosa els estàndards per a les interfícies tècniques i els nivells de qualitat podien determinar-se de manera unilateral. En el cas de les interconnexions internacionals, l’organisme encarregat de regular els estàndards internacionals comuns per a connexions gateway i enrutaments entre diferents xarxes nacionals era la ITU.

216

A finals dels 90, la liberalització del mercat de les telecomunicacions va iniciar la competència entre els operadors, fent necessari definir de manera específica els acords d’interconnexió, tant des d’un punt de vista comercial, com tecnològic i de qualitat.

Tràfic i quotes de mercat per a serveis d’interconnexió en la xarxa fixa (CMT) (milions de minuts)

Raó social 2003 %/Total Telefónica de España 56.708 77,4 Auna Telecom 4.763 6,5 Uni2 Telecom 2.432 3,3 Jazz Telecom 1.676 2,3 Telefónica Data España 1.556 2,1 Grupo Ono 1.017 1,4 BT Ignite España 994,57 1,4 Vodafone España 811,71 1,1 Resta 3.291,33 4,5

Total 73.230 100 La liberalització implica: • L’establiment de regulacions a seguir entre els operadors. • Requisits a complir per part dels nous operadors i pel dominant. • Garantia d’una competència més equilibrada. La CMT crea documents de referència que ha de complir Telefònica com a operador dominant. Cada operador, basant-se en la OIR (Oferta d’interconnexió de referència), signa amb Telefònica un AGI (Acord general d’interconnexió). Entre els operadors no dominants els AGI no tenen per què seguir l’OIR, però normalment s’utilitza de referència.

[Apunts IXarxes]

5.5.2. Aspectes generals de l’oferta d’interconnexió de referència

L’OIR s'ofereix als operadors de xarxes públiques de comunicacions electròniques amb la finalitat que els usuaris de les xarxes interconnectades puguin comunicar-se lliurement entre ells mitjançant la interoperabilitat dels serveis descrits als apartats posteriors. Prèviament a la interconnexió d'una xarxa a la de Telefónica de España, l'OIR haurà de concretar, entre l'operador que demani la interconnexió i Telefónica de España, un AGI amb les condicions tècniques i financeres de la prestació dels serveis d'interconnexió.

217

Serveis d'interconnexió de trànsit commutat

El model d'interconnexió inclòs a l'OIR es basa en l'estructura de xarxa que actualment existeix a la xarxa de Telefónica de España. Telefónica de España presta als seus abonats el servei telefònic disponible al públic mitjançant dues tecnologies diferents: la xarxa telefònica commutada i la xarxa de commutació de paquets IP, també anomenada NGN. D'aquesta manera, hi haurà clients de Telefónica de España que mantinguin el servei de veu tradicional (abonats XTC) i altres clients que utilitzin el servei de telefonia IP o VoIP (abonats NGN).

Serveis bàsics d'interconnexió

Els serveis d'interconnexió que Telefónica de España ofereix són els següents: • Servei d'interconnexió de terminació . Es defineix com el servei pel qual

Telefónica de España finalitza en la seva pròpia xarxa una trucada que li ha estat lliurada prèviament per l'operador que s’interconnecta.

• Servei d'interconnexió d'accés . Mitjançant aquest servei, Telefónica de España lliura a l'operador interconnectat una trucada d'un client connectat físicament a la xarxa de Telefónica de España que hagi seleccionat aquest operador, per algun dels mecanismes de selecció previstos per la legislació vigent, perquè aquest últim tracti la trucada. Telefónica de España no s'encarregarà de la facturació ni de la tarificació d'aquesta trucada a l'usuari origen, només està obligada a proveir el servei d'interconnexió d'accés cap a l'operador seleccionat o preseleccionat en el cas que la trucada hagi estat generada per un abonat de la xarxa XTC.

• Servei d'interconnexió de trànsit . Pot prestar-lo Telefónica de España quan un operador interconnectat demana que una trucada sigui transportada a través de la xarxa de Telefónica de España perquè sigui posteriorment lliurada a un tercer operador. No forma part dels serveis regulats a l'OIR, i Telefónica de España pot prestar-lo en condicions comercials.

Nivells d'interconnexió accés i acabament

Mitjançant l'establiment de punts d'interconnexió amb la xarxa de Telefónica de España es pot encaminar el trànsit commutat de l'operador a la xarxa de Telefónica, i viceversa, a través de les centrals obertes a la interconnexió. Els abonats accessibles/accedits en cadascun dels nivells d'interconnexió en els serveis d'accés i terminació estan delimitats per la dependència de la seva numeració a la central en la qual s'intercanvia el trànsit entre Telefónica de España i l'operador interconnectat. Telefónica de España permet la interconnexió en totes les centrals de la xarxa XTC d'acord amb el següent esquema: • Terminació a nivell local . Està disponible per als operadors que s'interconnecten

a una central local autònoma. Mitjançant aquest nivell, Telefónica de España lliurarà el trànsit procedent de l'operador interconnectat als abonats, la numeració dels quals depengui d'aquesta central.

• Terminació en trànsit simple . Està disponible per als operadors que s'interconnecten a una central de trànsit (central nodal, central secundària digital o

218

central primària). Mitjançant aquest nivell de terminació, Telefónica de España lliurarà el trànsit procedent de l'operador interconnectat als abonats la numeració dels quals estigui coberta per la central de trànsit corresponent.

• Terminació en trànsit metropolità . Està disponible per als operadors que s'interconnecten a una central amb consideració de metropolitana a efectes d'interconnexió. Mitjançant aquest nivell, Telefónica de España lliurarà el trànsit procedent de l'operador interconnectat als abonats la numeració dels quals estigui inclosa en el rang de numeració cobert per la central metropolitana, incloent-hi els serveis d'intel·ligència de xarxa, números curts i numeració específica d'accés a Internet.

• Terminació en trànsit doble . Està disponible per als operadors que s'interconnecten a una central de trànsit (central nodal, central secundària digital o central primària). Mitjançant aquest nivell de terminació, Telefónica de España lliurarà el trànsit procedent de l'operador interconnectat als abonats la numeració dels quals no estigui coberta pel servei de terminació en trànsit simple des d’aquesta central de trànsit.

A la següent taula es mostren els preus d'interconnexió a nivell d'accés i de terminació. Els trams horaris en què s'aplicaran els preus d'interconnexió coincidiran amb l'horari dels preus dels serveis finals oferts per Telefónica.

Nivells d'interconnexió de trànsit

Quan un operador interconnectat demana que una trucada sigui transportada a través de la xarxa de Telefónica perquè sigui posteriorment lliurada a un tercer operador, els possibles nivells d'interconnexió són: • Unicentral . El servei de trànsit unicentral permetrà encaminar el trànsit entre dos

operadors a través de la mateixa central de trànsit de Telefónica de España oberta a la interconnexió, amb la qual cadascun dels operadors té establert un punt d'interconnexió.

• Nacional . El servei de trànsit nacional és ofert entre dues centrals de trànsit obertes a la interconnexió.

• Intranodal . A les províncies en les quals hi ha més d'una central frontera de trànsit s'ofereix aquest servei de trànsit intranodal, mitjançant el qual, es possibilita el trànsit entre operadors connectats a centrals frontera diferents dins de la mateixa província.

219

A la taula següent es mostren els preus d'interconnexió a nivell de trànsit. Els trams horaris en què s'aplicaran els preus d'interconnexió coincidiran amb l'horari dels preus dels serveis finals oferts per Telefónica.

5.5.3. Interconnexió per capacitat

S'introdueix un nou model d'interconnexió basat en la capacitat d'interconnexió contractada, amb independència del trànsit efectivament cursat. El model d'interconnexió per capacitat suposa que es posa a disposició dels operadors interconnectats una capacitat de serveis d'interconnexió, és a dir, recursos de xarxa destinats a satisfer la demanda d'interconnexió de l'operador que contracta aquesta capacitat d’acord amb uns objectius de disponibilitat i qualitat predeterminats, tot això de forma independent al trànsit d'interconnexió efectivament cursat.

Dimensionament de la capacitat

L'operador que desitgi contractar una determinada capacitat d'interconnexió a Telefónica de España planificarà els seus recursos d'interconnexió per cursar el trànsit corresponent als serveis d'interconnexió proporcionats per Telefónica de España.

Unitat elemental d'interconnexió per capacitat

La contractació de capacitat en un PDI es realitzarà en múltiples sencers de la unitat elemental de capacitat. La unitat elemental de capacitat a contractar dependrà de la capacitat existent en cada PDI de la següent manera: • Unitat elemental de capacitat de 64 kbit/s, fins que la capacitat instal·lada al PDI

abasti un nombre d'enllaços per a serveis d'interconnexió per capacitat igual a quatre enllaços de 2 Mbit/s o, de forma equivalent, igual a 120 canals de 64 kbit/s.

• Unitat elemental de capacitat de 5 × 64 kbit/s, si la capacitat instal·lada al PDI supera els quatre enllaços de 2 Mbit/s o, de forma equivalent, 120 canals de 64 kbit/s, per a serveis d'interconnexió per capacitat.

220

En ambdós casos, les unitats elementals de 64 o 5 x 64 kbit/s contractades en un mateix PDI hauran d'estar agrupades en una mateixa trama de 2 Mbit/s, de manera que en configurar n x 64 kbit/s per a serveis d'interconnexió per capacitat, es deixaran els (30 – n) enllaços restants per a serveis d'interconnexió per temps.

Desbordament

L'operador que contracta una determinada capacitat d'interconnexió a Telefónica de España, en qualsevol de les seves modalitats (Internet, i veu + Internet), haurà de triar en cada PDI el tractament que desitja per al trànsit cursat per cadascun dels feixos associats a cadascuna de les modalitats de capacitat en cas de produir-se una situació de les qualificades com congestió o avaria. En concret, en cada PDI l'operador haurà de triar entre les següents opcions possibles: • Feix de capacitat sense encaminament alternatiu . En aquest cas, les trucades

que no trobin recursos en els enllaços per capacitat que conformen el feix es perden. Així, els enllaços per temps que pugui haver en el mateix PDI només s'utilitzaran per als serveis no subjectes al model per capacitat, i tampoc s’establiran enllaços per encaminar aquestes trucades cap a altres PDI.

• Feix de capacitat amb encaminament alternatiu . En aquest cas, les trucades que no trobin recursos en els enllaços per capacitat del feix es cursen a través d'enllaços alternatius. Hi ha dues possibilitats per al trànsit que desborda el feix per capacitat: o Desbordament sobre enllaços per temps en la mateixa PDI. Preu per trucada

desbordada igual al preu d'interconnexió per minut definit per als serveis d'accés i acabament del model d'interconnexió per temps per al nivell d'interconnexió corresponent, multiplicat per un factor β, el valor del qual és igual a 5.

o Encaminament alternatiu cap a un altre PDI. Aquesta opció s'activarà únicament quan tots els enllaços del PDI (de capacitat i de temps) es troben ocupats. Per tant, l’operador només podrà demanar aquest servei si ha contractat prèviament el servei de desbordament dels enllaços per capacitat sobre enllaços per temps en la mateixa PDI.

A continuació es mostren els preus de la interconnexió per capacitat.

221

5.6. Oferta d’accés al bucle d’abonat L'oferta d'accés al bucle d'abonat (OBA) regula l'accés als bucles i subbucles d'abonat tal com es defineix en la legislació comunitària i nacional.

5.6.1. Serveis d'accés al bucle d'abonat

Servei d'accés completament desagregat al parell de coure

Mitjançant aquest servei, Telefónica cedeix l'ús del parell de coure a l’operador en tot el rang de freqüències del parell. S'aplicarà als bucles i subbucles d'abonat i als bucles i subbucles vacants. A la següent figura es mostra l'esquema d'accés completament desagregat al parell de coure.

RPCA. Repartidor de parells de coure d'abonat. RdO. Repartidor d'operador. L'accés completament desagregat al parell inclou els següents serveis associats: • Estesa de cable intern . Connexió, mitjançant l'estesa d'un cable de parells, entre

el RPCA i el RdO (coubicat) dins del recinte de coubicació (sala de Telefònica o de l'operador). Inclou la instal·lació del RdO si així ho requereix l'operador.

• Estesa de cable extern . Connexió, mitjançant l'estesa d'un cable de parells, entre el RPCA i el RdO quan el RdO es troba situat fora de l'edifici que alberga el RPCA (modalitat d'ubicació distant). Inclou la instal·lació del RdO si així ho requereix l'operador.

• Prolongació del parell . Prolongació i manteniment d'un parell, des del RPCA fins al PTR corresponent.

Servei d'accés desagregat compartit al parell de coure

Mitjançant aquest servei, Telefónica cedeix a l’operador l'ús de les freqüències del parell de coure per sobre de la banda necessària per oferir telefonia bàsica POTS o accés bàsic XDSI, de manera que la utilització de les baixes freqüències queda a càrrec de Telefónica. S'aplicarà als bucles i subbucles d'abonat donats d'alta per als anteriors serveis.

222

A la següent figura es mostra l'esquema d'accés compartit al parell de coure.

L'accés compartit al parell de coure inclou els següents serveis associats: • Estesa de cable intern . Connexió, mitjançant l'estesa d'un cable de parells, entre

el RPCA i el RdO (coubicat). Inclou la instal·lació i la connexió de l’splitter de central i, opcionalment, del RdO si així ho requereix l'operador.

• Estesa de cable extern . Connexió, mitjançant l'estesa d'un cable de parells, entre el RPCA i el RdO, quan el RdO es troba situat fora de l'edifici que alberga el RPCA (modalitat d'ubicació distant). Inclou la instal·lació i la connexió de l’splitter de central i, opcionalment, del RdO si així ho requereix l'operador.

• Prolongació del parell . Prolongació i manteniment d'un parell, des del RPCA fins al PTR corresponent. Inclou la instal·lació de l’splitter d'abonat, si així ho requereix l'operador.

Serveis d'accés indirecte al bucle d'abonat

El servei d'accés indirecte al bucle d'abonat ofert per Telefónica és una opció d'accés que possibilita, mitjançant tècniques basades en tecnologies xDSL, la concentració del trànsit procedent d'un nombre variable d'usuaris sobre una única interfície d'operador, compartint l'accés de cadascun dels usuaris amb el servei telefònic. La següent figura representa l'arquitectura del model de referència per a la configuració del servei GigADSL d'accés indirecte, que es farà servir per il·lustrar els principals conceptes.

223

El punt d'accés (PA) d'un usuari xDSL estarà suportat físicament sobre un connector al qual s'uneix el parell de coure que interconnecta l’splitter (excepte en la variant amb filtrat distribuït) i el mòdem xDSL d'usuari. La zona ombrejada de la figura representa una demarcació xDSL. Al costat de l'operador es troba l'anomenat port del punt d'accés indirecte (PAI). Per transportar el trànsit lliurat als ports del PAI o PAI-D fins algun punt de destinació remot, es podrà fer ús de les infraestructures de punts d'interconnexió o de les desplegades per al lliurament del senyal en accés desagregat (càmera multioperador o enllaços ràdio). Igualment, es podran contractar els serveis de línies llogades i de capacitat portadora per a accés indirecte que ofereix Telefónica. Els usuaris finals no mantindran relació contractual amb Telefónica, sinó exclusivament amb els operadors, excepte en el cas que l'operador sigui el mateix que el proveïdor de l’opció d'accés indirecte.

Concepte de demarcació xDSL

L’opció d'accés indirecte al bucle d'abonat s'ofereix de manera independent en cadascuna de les 109 demarcacions en què es divideix el país. Cada demarcació constarà, d'una banda, d'un conjunt de concentradors xDSL que seran desplegats en diferents centrals telefòniques i a través dels quals es connectaran els usuaris finals. D'altra banda, hi haurà una determinada estructura de xarxa composta per elements de transmissió i de commutació ATM, per mitjà de la qual es constituirà un punt d'accés indirecte per demarcació per a l'accés dels diferents operadors. Respecte al criteri per a la constitució de les demarcacions, s'ha procedit a dividir la totalitat del territori nacional, ajustant-se als següents principis: • Una demarcació xDSL no cobrirà mai més d'una província. • Una província tindrà associades una o més demarcacions xDSL. • Qualsevol demarcació xDSL consta, com a mínim, de 30.000 línies telefòniques.

224

Concepte de punt d'accés indirecte (PAI)

El trànsit procedent d'usuaris finals pertanyents a diferents centrals telefòniques ubicades en una mateixa demarcació es transporta fins al punt d'accés indirecte (PAI) de la mateixa demarcació. Hi ha un únic PAI per demarcació. Cadascun dels operadors presents en aquesta demarcació haurà demanat prèviament l'alta de, almenys, un pPAI (port del punt d'accés indirecte), de manera que el trànsit generat pels usuaris pertanyents a cada operador es concentra sobre el pPAI seleccionat pel mateix operador. Aquest pPAI podrà ser de quatre tipus diferents: • 2 Mbit/s interfície elèctrica. • 34 Mbit/s interfície elèctrica. • 155 Mbit/s interfície òptica. • 155 Mbit/s interfície elèctrica. El PAI estarà ubicat en una de les centrals de la demarcació xDSL en què es divideix el territori nacional.

Concepte de punt d'accés indirecte distant (PAI-D)

El trànsit procedent d'usuaris finals pertanyents a diferents centrals telefòniques ubicades en una mateixa demarcació també pot transportar-se fins al punt d'accés indirecte distant (PAI-D) elegit per l'operador. Cada operador podrà disposar d'un o de més PAI-D per demarcació. El PAI-D estarà ubicat al mateix nucli urbà que el PAI, i a través d'ell es podrà donar servei als usuaris que pertanyen a la demarcació en què es trobi. Les característiques tècniques dels pPAI són idèntiques tant en el PAI com en els PAI-D. Com a característica comuna al PAI i PAI-D, el trànsit es transportarà des de la central local de la qual depengui cada usuari mitjançant un concentrador xDSL, que constituirà el punt de concentració del trànsit ofert a través de les línies d'usuaris xDSL. Des d'aquest concentrador i mitjançant una xarxa ATM, es transportaran els CV de cada usuari. L'operador podrà seleccionar entre diferents modalitats d'accés, de manera que les connexions d'usuari pertanyents a cada opció es transportaran i es lliuraran al pPAI o pPAI-D d'acord amb les característiques contractades. La ubicació concreta dels PAI-D dins del nucli urbà on es trobi el PAI serà la que decideixi l'operador, que podrà triar qualsevol de les centrals de Telefónica, locals o de trànsit, obertes a interconnexió segons l'OIR vigent. Per la seva pròpia naturalesa, la ubicació del PAI-D i del PAI no podrà coincidir.

Consideracions al punt d'accés (PA)

El punt d'accés (PA) pot realitzar-se mitjançant la instal·lació amb splitter o amb microfiltres. Instal·lació amb splitter. El PA d'un usuari xDSL (interfície UR) estarà suportat físicament sobre un connector al qual s'uneix el parell de coure que interconnecta l’splitter i el mòdem xDSL d'usuari. L’splitter és necessari per separar el trànsit de veu i el tràfic sobre xDSL, assegurant així en tot moment la qualitat del servei telefònic.

225

A la següent figura es mostra la instal·lació de l’splitter.

Instal·lació amb microfiltres . En l'accés indirecte al bucle d'abonat, en la seva configuració amb filtrat distribuït, el PTR (punt de terminació de xarxa) del servei telefònic bàsic presenta una única interfície multiservei (IM), de manera que a ella s’hi connecta una única xarxa interior d'usuari . A la següent figura es mostra la interfície d'accés al servei i la instal·lació dels microfiltres.

D'aquesta manera, el PA d'un usuari xDSL estarà físicament ubicat sobre els terminals previstos en el PTR per a la connexió de la xarxa interior de l'usuari, podent connectar el mòdem xDSL directament a qualsevol de les bases d'accés de terminal (o rosetes) de la xarxa interior.

5.6.2. Servei d'ubicació El servei d'ubicació és el servei pel qual Telefónica de España proveeix les condicions necessàries per a la instal·lació dels equips dels operadors autoritzats i la connexió entre xarxes als edificis on s’alberguen els elements de xarxa en els quals facilita l'accés desagregat al bucle d'abonat, o en parcel·les o immobles contigus de la seva propietat. Segons es detalla a continuació, l'espai cedit tindrà característiques diferents segons es tracti d'una ubicació física al mateix edifici de Telefónica de España, que d'ara endavant es denominarà coubicació, o es tracti d'una ubicació distant a la parcel·la de Telefónica de España, on s'assenta l'edifici que allotja el repartidor d'abonats, tot i que alguns dels procediments descrits seran vàlids per a ambdós tipus d'ubicació.

226

Coubicació

S'entén per coubicació o ubicació física el servei pel qual Telefónica de España, en els edificis on s’alberguen elements de xarxa en els quals facilita l'accés desagregat al bucle d'abonat, proveeix de l'espai, dels recursos tècnics, de les condicions de seguretat, i del condicionament necessaris per a la instal·lació dels equips emprats pels operadors autoritzats i la connexió als bucles d'abonat de la xarxa de Telefónica. L'oferta de coubicació s'estén a aquelles centrals amb règim de tinença i ocupació tal que permeti la ubicació d'equips d'operadors aliens a Telefónica. En aquests casos, l'espai disponible per a la ubicació s'estructura i oferta en principi d'acord amb unitats d'espai, unes compartimentades (els anomenats mòduls o gàbies) i altres sense compartimentar; les unitats no compartimentades s'agruparan en sales d’operadors (SDO) o en espais destinats a coubicació sense SDO.

Ubicació distant en parcella de Telefónica

S'entén per ubicació distant el servei pel qual Telefónica de España facilita la instal·lació i la connexió dels equips emprats pels operadors autoritzats en edificis o parcel·les diferents de les que alberguen els elements de la seva xarxa. La ubicació distant s'ofereix sempre que el règim de tinença i ocupació de la parcel·la així ho permeti, i sempre que sigui tècnicament viable (que el repartidor d'abonats ho possibiliti, que es respectin les condicions d'accessibilitat i d’ús de l'edifici o la parcel·la, etc). Mitjançant aquest tipus d'ubicació, l'operador autoritzat podrà instal·lar armaris (amb els seus equips, fonts d'alimentació, climatització, etc.) a la parcel·la de Telefónica de España.

Sala d'Operadors

La sala d'operadors (SDO) està concebuda com un espai específic, diferenciat i independent de la resta de sales de Telefónica de España per a la ubicació dels equips d'operadors autoritzats, destinats en exclusiva a l'accés al bucle d'abonat, en les seves diferents modalitats. A la següent figura es mostra un exemple de distribució d'una SDO.

227

Aquesta SDO s'estructura d’acord amb el tipus estàndard d'unitats d'espai, encara que podrien ser possibles altres espais diferents acordats entre l’operador i Telefónica. La SDO s'ubicarà preferentment a la planta baixa, a prop de l'accés principal de la central i del repartidor principal d'abonats. Si no és possible la seva ubicació a la planta baixa, s'analitzarà la seva constitució a les plantes adjacents.

Caracterització de les gàbies

A continuació es mostra la planta del mòdul bàsic. S'hi mostra una proposta de Telefónica per a la distribució estàndard, constituint els espais en blanc els destinats a la mobilitat d'operaris. Aquests espais variaran en funció de la distribució d'equips que faci l'operador.

228

5.6.3. Servei d’entrega de senyal a la xarxa de l’operador

El servei de lliurament de senyal consisteix generalment en la connexió d'equips situats en dependències de Telefónica (tant en SDO o SDT com en ubicació distant en parcel·la) amb infraestructures o equips de l'operador situats fora dels immobles de Telefónica. El servei és aplicable tant a operadors que fan servir la modalitat d'ubicació física com a aquells que usen la ubicació distant en immobles de Telefónica de España. No obstant això, algunes de les modalitats de lliurament de senyal esmentades més avall podran ser aplicables a operadors que hagin recorregut a la ubicació distant per falta d'espai a la central de Telefónica de España.

Servei de lliurament de senyal en cambra multioperador

El servei de lliurament de senyal en cambra multioperador consisteix en la connexió, mitjançant fibra òptica, des dels espais on es troben els equips de l'operador situats en dependències de Telefónica fins a una arqueta o càmera multioperador situada a les rodalies de l'edifici, a la qual l'operador arriba per seus propis mitjans. A la següent figura es mostren els elements necessaris per realitzar connexions mitjançant fibra òptica.

229

Circuits punt a punt proporcionats per Telefónica

L'operador podrà acollir-se a l'oferta en vigor de circuits llogats de Telefónica per connectar els seus equips situats en dependències de Telefónica (tant en SDO o SDT com en ubicació distant en parcel·la) amb els punts que desitgi. Les condicions tècniques i econòmiques són les corresponents a l'oferta de circuits punt a punt de Telefónica. Per al cas de la velocitat de 155 Mbit/s i superiors es realitzarà un projecte específic.

Servei de lliurament de senyal mitjançant capacitat portadora

El servei de lliurament de senyal mitjançant capacitat portadora és una oferta de lloguer de circuits digitals per a la connexió entre els nodes de l'operador autoritzat i els recintes de coubicació i ubicació distant als edificis de Telefónica acollits a l’Oferta del bucle d'abonat (OBA).

230

Utilització d'infraestructures d'interconnexió

Es defineix aquesta modalitat com la reutilització per al servei de lliurament de senyal de les infraestructures físiques, equips i mitjans de transmissió (anomenats aquí generalment com infraestructures d'interconnexió o PDI) destinats a la interconnexió ubicats a la central on s'ha demanat la coubicació. Si l'espai de coubicació està situat en una central no oberta a la interconnexió (central analògica o central remota) es podran utilitzar, en cas que es disposin, les infraestructures d'interconnexió o PDI ubicades a la central local a la qual està lligada, sempre que ambdues estiguin situades a l'àmbit urbà d'un mateix municipi.

Servei de lliurament de senyal mitjançant enllaços de ràdio

Aquesta modalitat de lliurament de senyal requerirà la instal·lació d'un sistema d'enllaços via ràdio a les dependències de Telefónica on s'ofereixi coubicació. La resta del sistema d'enllaços via ràdio estarà situat a les dependències de l'operador.

5.7. Portabilitat Amb la liberalització del mercat de les telecomunicacions, els nous operadors han de poder garantir la portabilitat numèrica si volen captar clients abonats d’altres operadors. Un canvi en el número de telèfon sovint comporta una despesa massa gran (pèrdua de contactes, publicitat, reimpressió de catàlegs, etc.) que difícilment es veu compensada per l’estalvi econòmic que pugui oferir el nou operador. Així doncs, la portabilitat és un servei clau en un mercat de lliure competència, i com a tal està regulat per la CMT. Recordeu que la numeració és un recurs escàs i no és patrimoni de l’operador, sinó de l’administració.

5.7.1. Introducció al concepte de portabilitat

La portabilitat numèrica és el servei que permet un client conservar el seu número de telèfon o adreça de xarxa encara que canviï d’operador de telecomunicacions. Això significa que les trucades que arribin a la xarxa on el client estava anteriorment connectat són desviades cap a la nova ubicació en la nova xarxa.

Tipus de portabilitat numèrica

Podem definir diferents tipus de portabilitat numèrica (no sempre seran tots factibles):

• Portabilitat de proveïdor de servei . Portabilitat del número local segons la qual l’usuari pot conservar el número telefònic en canviar de proveïdor de serveis en d’una mateixa àrea local.

• Portabilitat geogràfica . Dintre de l’àrea de la central, dintre de l’àrea de numeració, dintre de l’àrea de tarificació.

• Portabilitat de servei . L’usuari pot conservar el seu número telefònic quan canvia d’un servei a un altre.

231

Models d’interrelació

Podem definir dos models d'interrelació client-operador: • Do it Yourself. El client negocia individualment amb l’operador donant i amb el

receptor. • One Stop Shop. El client negocia només amb l’operador receptor, que inicia el

procés de comunicació de portabilitat. És la solució tècnica adoptada a Espanya. Així mateix, podem definir dos models d'interrelació operador-operador: • Acords bilaterals . Cada operador estableix relacions amb cadascun dels altres

operadors, i cada relació està regulada per un acord bilateral que impliqui ambdues parts.

• Model centralitzat . Les relacions entre operadors es regulen a través d’un tercer que actua com a entitat de referència en les accions referents a la portabilitat del número. És la solució tècnica adoptada a Espanya.

Xarxes implicades

A continuació definim les xarxes implicades en el procés de portabilitat: • Xarxa origen . Operador de xarxa que rep la trucada per part de l’usuari. • Xarxa donant . Xarxa a la qual pertanyia inicialment el número portat. • Xarxa receptora . Xarxa a la qual s’ha portat el número.

Entitat de referència (ER)

L’entitat de referència (ER) és l’organisme encarregat de coordinar les interaccions entre els operadors implicats en un procés de portabilitat. Tota transacció administrativa que es faci entre operadors per gestionar la portabilitat es fa a través de l’ER, que actuarà com a mediadora entre tots els operadors, enregistrant qualsevol petició i gestionant la integritat del sistema d’informació.

[Apunts IXarxes]

5.7.2. Solucions tècniques

Perquè la portabilitat numèrica tingui èxit, és necessari que existeixin acords de cooperació i d’interconnexió entre els operadors de les xarxes dels serveis de telecomunicacions. Qualsevol tècnica d’implementació ha d’assegurar: • Flexibilitat d’arquitectura. • Transparència entre usuaris portats i no portats. • Qualitat de funcionament. • Interconnexió.

232

Donades aquestes premisses, hi ha dues tècniques: • Tècnica de reenrutament de trucades . Mètode implementable a curt termini;

consta de les modalitats Remote Call Forwarding i Call Forwarding Unconditional. • Tècnica de consulta a base de dades . Mètode basat en la xarxa intel·ligent, és

molt més eficient; consta de les modalitats: Query on Release, Return to Pivot i All Call Query.

[Apunts IXarxes]

Tècniques de reenrutament de trucades

La tècnica de reenrutament de trucades utilitza les funcionalitats ja existents en les centrals locals de commutació. La xarxa origen analitza els dígits i enruta la trucada cap a la xarxa donant, llavors en la central on antigament s’ubicava el número (xarxa donant) s’executa el procés de desviament cap a la xarxa receptora. Aquesta implementació és senzilla a curt termini, però implica un ús intensiu dels recursos de la xarxa donant. Podem distingir dos modes de funcionament: • Remote Call Forwarding. La xarxa donant pot comunicar a la xarxa receptora la

informació relativa a la portabilitat. Permet el desviament transparent de serveis suplementaris cap a l’usuari.

• Call Forwarding Unconditional. La xarxa donant pot desviar la trucada cap a la xarxa receptora sense processar la informació rebuda des de l’origen.

A continuació es mostra l’esquema bàsic de l’enrutament de trucades.

233

El funcionament és el següent: • L’usuari B és un número portat des de la central donant a la central receptora. • L’usuari A truca el SN B. • Quan la trucada arriba a la central donant, aquesta buscarà a la seva BBDD per

determinar si aquest número ha estat portat. • En cas afirmatiu, executa el software de desviament i reenruta la trucada cap a la

xarxa receptora. • Reenviament: prefix d’encaminament en xarxa + número d’abonat. A continuació s’enumeren els principals avantatges de les tècniques d’enrutament de trucades: • Implementació ràpida. • Capacitat d’enviament del prefix d’encaminament més enllà del domini de la pròpia

xarxa. • Ús de les funcionalitats ja existents a les centrals de commutació. A continuació s’enumeren els principals inconvenients de les tècniques d’enrutament de trucades: • Dependència dels recursos d’altres xarxes. • Gestió de fallades complexa. • Costós per al commutador donant, causats per l’enllaç deficient a través de la

central durant el temps de vida de la trucada. • Cada usuari portat utilitza dos números d’abonat: el marcat pel trucant i l’utilitzat

per la xarxa per a l’encaminament de la trucada. • Ús ineficient dels recursos numèrics.

[Apunts IXarxes]

Tècniques de consulta a base de dades

Les tècniques de consulta a BBDD estan basades en la xarxa intel·ligent. El principi de funcionament es basa en consultar la informació sobre el número portat en BBDD centralitzades, la qual cosa permet que el control de l’establiment de la trucada es mantingui per la xarxa d'origen. En podem distingir dos modes de funcionament: • Tècnica de Query on Release. • Tècnica de All Call Query. És la solució tècnica adoptada a Espanya.

234

Tècnica de Query on Release

La trucada s’encamina a la xarxa donant per defecte. Si el número ha estat portat i ja no pertany a la central, la trucada es rebutjada. Llavors la trucada rebutjada retorna a la central de trànsit perquè s’efectuï la consulta a la BBDD. Un cop consultada la BBDD, la trucada s’encamina correctament cap a la xarxa receptora. A continuació es mostra el diagrama de funcionament de la tècnica de Query on Release.

A continuació s’enumeren els principals avantatges de la tècnica Query on Release: • Minimitza el tràfic de portabilitat en xarxa. Mètode òptim en qualitat oferta per a poc

tràfic de portabilitat. • Minimitza el nombre de consultes necessàries a ser enviades. • Facilita l’actualització instantània de la informació de números portats. A continuació s’enumeren els principals inconvenients de la tècnica Query on Release: • Implementació no immediata. • Greuge comparatiu en el temps d’establiment de la trucada entre els números

portats i els números no portats.

[Apunts IXarxes]

Tècnica de All Call Query

La xarxa d’origen genera una consulta a la xarxa intel·ligent per a totes les trucades. Llavors, la xarxa intel·ligent determina si és un número portat i, en cas afirmatiu, informa la xarxa d’origen de l’operador de la central i el número d’abonat de destí. Finalment, la trucada s’enruta directament cap a la xarxa receptora, sense intervenció de la xarxa donant.

235

A continuació es mostra el diagrama de funcionament de la tècnica de All Call Query.

A continuació s’enumeren els principals avantatges de la tècnica All Call Query: • Administració de BBDD més senzilla. • Mètode òptim en qualitat oferta per a molt de tràfic de portabilitat. • Gran independència respecte dels recursos de tercers. • Permet que el control de l’establiment de la trucada es mantingui per la xarxa

origen. És més eficient i flexible. A continuació s’enumera el principal inconvenient de la tècnica All Call Query: • Es duen a terme consultes per a números que no han estat portats.

[Apunts IXarxes]

La portabilitat a Espanya

A continuació es resumeixen les característiques de la solució tècnica adoptada a Espanya: • Model centralitzat. • One Stop Shop. • Consulta a BBDD All Call Query. • En funcionament des de l’1 de gener de 2000.

[Apunts IXarxes]

236

Impactes de la portabilitat en la xarxa

A continuació s’enumeren els impactes que ha tingut la implantació de la portabilitat numèrica: • Taules d’anàlisi de dígits per analitzar el NRN (Network Routing Number) de la

xarxa. • Definicions d’activació de xarxa intel·ligent i aplicació de l’activació. • Subministrament de les dades per als abonats que han estat portats a una altra

xarxa. • Taula d’anàlisi de dígits per a abonats que han estat portats des d’una altra central. • Facturació relacionada amb la interconnexió amb altres operadors locals. • Encaminament a punts d’interconnexió entre operadors. • Control dels grups d’enllaços per controlar la senyalització del NRN. • Control dels grups d’enllaços per controlar la senyalització específica de la xarxa. • Flux dels processos entre les empreses operadores per a la portabilitat numèrica.

[Apunts IXarxes]

5.7.3. Senyalització dels números portats

La informació del canvi entre operadors queda definida en el ISUP/SS7 en el missatge IAM, al paràmetre Called Party Number.

Senyalització dels números portats

Amb la portabilitat, cada número queda ara identificat pel seu NRN (Network Routing Number) més el DN (Directory Number). L’estructura del NRN es defineix mitjançant 6 dígits:

El significat del número de 6 dígits ABCDEF és: • AB : codi d’operador, des de 00 fins a N9 és el codi que identificarà cada operador. • CD: codi de província, cada província té assignat un codi, excepte Barcelona i

Madrid que en tenen assignats 2. La numeració de la xarxa intel·ligent pren el valor CD = 00.

• EF: codi a definir per la xarxa receptora.

[Apunts IXarxes]

237

RESUM

En aquesta sessió hem vist els mecanismes dels operadors de veu per garantir la universalitat del servei de telefonia mitjançant la interconnexió de xarxes. Els diferents operadors poden treballar en competència directa entre ells o poden tenir desplegada la seva xarxa en diferents cobertures geogràfiques. Sigui com sigui, cal que una entitat reguladora (la CMT) defineixi aquest flux de tràfic entre elles. Una de les aplicacions més típiques de la interconnexió de xarxes a nivell nacional és la portabilitat numèrica, que facilita la competència en telefonia.

238

239

SESSIÓ 24: Central de commutació d’operador

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Central de commutació d’operador Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 3 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Apunts CC]

o Bibliografia complementària Llocs web referenciats

PRECEDENTS

SS7, estructura i jerarquia de la xarxa d’operador, i conceptes de commutació digital.

OBJECTIUS

En aquesta sessió estudiarem les centrals locals de la xarxa d’un operador de telefonia.

CONTINGUTS

Presentarem la caracterització d’una central telefònica de commutació, repassant conceptes estudiats durant el curs. A continuació centrarem l’estudi en la central UT-100 d’Italtel. A nivell conceptual, funcional, d’arquitectura, de servei i de dimensionament totes les centrals són molt semblants. L’estudi serà, doncs, extrapolable a qualsevol altra central de commutació. Com a annex teniu un document amb les centrals locals (fabricant, versió i model) dels principals operadors de telefonia mundial.

5.8. Centrals de commutació

5.8.1. Central de commutació. Arquitectura Una central de commutació està constituïda pel hardware i pel software necessaris per donar a cada usuari els serveis especificats.

240

Paràmetres d’una central de commutació

Com a paràmetres característics podem citar: • Nombre de línies. • Tipus i nombre de ports o interfícies. Per exemple, poden ser:

- POTS, ISDN, V5.1, V5.2. - STM-1, STM-4, STM-16. - ATM, Frame Relay, Ethernet. - Interfície elèctrica a 2 Mbit/s / 34 Mbit/s.

• Senyalització ITU-Núm. 7. • BHCA, MTBF. • Sistema operatiu i tipus de CPU. • Temps de recàrrega del software. • Tipus de matriu de commutació.

5.8.2. Central de commutació. Hardware

La central de commutació és un sistema síncron de propòsit general. Està format per diferents mòduls funcionals.

Hardware d’una central de commutació

Podem destacar: • Unitat de control. • Matriu de commutació. Considerarem el tipus de matriu, l’estructura no té bloqueig. • Mòduls d’usuaris. Poden ser targetes POTS, targetes XDSI BRA, targetes XDSI

PRA, targetes V5.1 / V5.2, targetes Centrex. • Mòduls d’interconnexió amb altres centrals, per exemple, amb targetes de 2 Mbit/s

PCM. • Mòduls de senyalització. • Mòduls de xarxa intel·ligent. • Mòduls de sincronització. • Terminal Home/Màquina. Per a tasques de manteniment, control i supervisió.

5.8.3 Central de commutació. Software

La central porta incorporat un software que controla i gestiona els diferents components del hardware. A l’hora de caracteritzar una central pel seu programari cal considerar: • Sistema operatiu. Pot ser UNIX o sistemes propietaris. • Versió del software, amb els serveis de POTS, XDSI, Centrex, xarxa intel·ligent,

V5.1, V5.2. • Software específic per donar suport als serveis definits per l’operador.

241

5.8.4. Principals centrals de commutació dels operadors mundials de telefonia

Al fitxer carrier voice switches.pdf teniu una relació de les centrals dels principals operadors de telefonia a nivell mundial. A continuació us presentem els llocs web d’alguns dels principals fabricants de centrals de commutació de gran capacitat, subministradors dels operadors de telefonia. Hi trobareu documentació tècnica més detallada i actualitzada. • Alcatel: www.alcatel.com • Ericsson: www.ericsson.com • Fujitsu: www.fujitsu.com • Italtel: www.italtel.com • Lucent: www.lucent.com • Nortel: www.nortelnetworks.com • Siemens: www.siemens.com

Exercici optatiu 1

Com a exercici, cerqueu a la xarxa la descripció tècnica de la central de commutació Ericsson AXE, en servei a la xarxa d’un dels principals operadors de telefonia a Espanya, i relacioneu les seves prestacions amb l’arquitectura i els serveis de xarxa d’operador estudiats fins ara.

http://www.ericsson.com.mx/multi-servicenetworks/conmutacion/axe.shtml

Exercici optatiu 2

En sessions anteriors vam parlar de la central de commutació Fujitsu Fetex 150 i vam comentar la seva matriu de commutació. Un cop estudiat el SS7 i l’arquitectura de les centrals de commutació, podem tornar a analitzar les seves prestacions amb un criteri molt més madur.

http://telecom.fujitsu.com/products/switching/fetex150narrow/f150n_2.html

5.9. Central de commutació UT

5.9.1. Arquitectura de la central UT Hem vist la descripció funcional de les centrals de commutació d’operador de les xarxes de veu. Estudiem ara l’arquitectura d’una d’aquestes centrals, la UT d’Italtel, present també a la xarxa espanyola.

242

Arquitectura de la central UT

Els sistemes de commutació de les centrals de telefonia de la xarxa de transport estan formats per una estructura modular que permet una configuració específica per a cada operador. Les centrals UT disposen actualment de fins a 500.000 abonats i 400.000 enllaços per connectar-se.

[Apunts CC] p. 28-36

5.9.2. Nivell d’aplicació dels mòduls de la central UT

Nivell d’aplicació dels mòduls de la central UT

Els mòduls de la línia de les centrals UT poden formar aplicacions en qualsevol dels següents nivells de la xarxa d’abonat: • Nucli de commutació. • Central de commutació remota. • Accés remot.

[Apunts CC] p. 36-39

5.9.3. Centre d’operació i manteniment de les centrals UT

Centre d’operació i manteniment de les centrals UT

Els operadors han desenvolupat les eines i les aplicacions necessàries per tal de gestionar de manera remota i centralitzada tota la seva xarxa. Això inclou també els nodes de commutació.

[Apunts CC] p. 39-40

5.9.4. Exercici optatiu. Central de commutació Nortel DMS

Una altra de les centrals de commutació més típiques és la Nortel DMS 100. Al web de Nortel podeu trobar més informació. Podeu estudiar l’arquitectura de la DMS 100 i comparar-la amb la UT.

http://www.nortelnetworks.com/products/01/dms100

http://www.nortelnetworks.com/products/01/dms100/supernode/

243

RESUM

Ens hem centrat en l’estudi de la central UT, que és la central desplegada a la xarxa de veu de Retevisión a l’estat espanyol. A nivell de funcionalitats, d’arquitectura i de prestacions són totes molt semblants; les diferències entre les unes i les altres es troben en les operatives del sistema de control i de gestió, els sistemes operatius, les versions, la capacitat de gestió de circuits, i la qualitat de servei. Es proposa que busqueu les principals característiques de cadascuna i busqueu els trets diferencials.

244

245

SESSIÓ 25: Centrals telefòniques

privades

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Centrals telefòniques privades Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 2 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Castro1999] [Huidobro2001]

PRECEDENTS

Fonaments de telefonia i xarxa d’accés.

OBJECTIUS

En aquesta sessió presentarem les centraletes telefòniques privades, les PBX.

CONTINGUTS

Presentarem les principals característiques, els equips i els serveis dels sistemes de commutació privats de telefonia: les centraletes.

6. XARXES CORPORATIVES

6.1. PABX

6.1.1. Arquitectura de les centrals privades

Arquitectura

Per tal de cobrir les necessitats de commutació telefònica d’una mitjana o gran empresa calen certs equipaments (PABX) similars als instal·lats a les xarxes públiques, però de molta menys capacitat; si l’empresa és petita, hi ha prou amb sistemes més senzills (KTS). En ambdós casos, han de connectar-se a la xarxa pública (XTC o XDSI) per facilitar les comunicacions fora de l’àmbit empresarial.

246

Una central privada automàtica de commutació per a aplicacions telefòniques (PABX o PBX, Private Automatic Branch Exchange) és un equip que té control per software i proporciona funcions de commutació als usuaris connectats. La PABX permet commutar les seves trucades internes sense necessitat d’accedir a la xarxa pública de commutació. Les PABX són, en certa mesura, similars a les centrals públiques, tret que normalment no inclouen algunes de les funcions operacionals i administratives, com per exemple, les proteccions de línia o la redundància dels seus elements. Totes dues consten de dues parts ben definides: la unitat de commutació i la unitat de control. La unitat de commutació és l’encarregada d’establir el canal físic per posar els usuaris en comunicació, mentre que la unitat de control és l’encarregada de controlar la senyalització entrant i sortint, processar els senyals rebuts i indicar a la unitat de commutació quins circuits cal interconnectar. Freqüentment, els usuaris requereixen que les xarxes corporatives modernes comprenguin equips PINX (Private Integrated Services Network Exchange) subministrats per més d’un proveïdor. Les raons per tenir xarxes multiproveïdor són nombroses i poden incloure estratègies de compra multisubministrador, fusions i adquisicions, conjunts de negocis i manteniment, etc. La PBX TDM (Time Division Multiplexing) realitza la commutació de veu internament, dins dels seus propis circuits, emprant tècniques clàssiques basades en commutacions temporals i espacials –ST. Si bé cada fabricant ha desenvolupat la seva pròpia arquitectura per a aquests sistemes, generalment s'ha mantingut una estructura clàssica que s'esquematitza a continuació.

Font d’alimentació . Les PBX poden alimentar-se tant amb corrent continu com altern; n’hi ha que també tenen la possibilitat d’estar alimentades per bateries, cosa que permet tenir-les aïllades de la xarxa elèctrica (font de sorolls indesitjats). Protecció d’energia . Normalment, les PBX es consideren elements crítics, per això es munten en alta disponibilitat amb sistemes d’alimentació ininterrompuda.

247

CPU. Fa les tasques de control generals del sistema. A través dels seus busos interns, dialoga amb els processadors de commutació, els controladors d’entrada i de sortida i el control dels perifèrics. El sistema disposa d’una memòria per a les dades temporals i una altra d’emmagatzematge. Interfícies de l’equip perifèric . La CPU no controla directament els diversos dispositius que es connecten a la PBX (línies internes, urbanes, etc.), sinó que aquestes tasques es realitzen a través d’aquesta interfície, de manera que cada circuit de la interfície disposa del seu processador dedicat. Concentrador . En moltes PBX s’apliquen les regles de concentració explicades a la teoria de tràfic. Commutador . És l’element encarregat de realitzar les connexions de veu entre els diferents perifèrics. Processador d’entrada i de sortida . Una de les funcionalitats principals de les PBX és que siguin administrables a través de les connexions amb equips addicionals. Algunes PBX poden administrar-se a través d’uns telèfons especials o a través de connexions RS-232 o Ethernet. Generador de timbrat . És el component responsable de generar el corrent de trucada (90 VAC, 20 - 25 Hz) a partir del corrent continu i distribuir-lo a les interfícies dels perifèrics que correspongui. Circuits auxiliars . Són els elements encarregats de facilitar certes funcionalitats, com ara el to de progrés de trucada, el to d’invitació a marcar, el to de ringback, el to d’ocupat, etc.

[Castro1999] p. 668-677

[Huidobro2001] p. 39-40

6.1.2. Serveis

Serveis i facilitats d’una PABX

L’aplicació dels ordinadors al control de les PABX permet el desenvolupament i la integració d’una ampla gamma de possibilitats i serveis. El control del sistema es pot establir de forma centralitzada (un processador mestre controla les funcions d’una sèrie de processadors esclaus) o distribuïda (diversos processadors similars s’encarreguen de la gestió de la central).

248

Serveis integrats en la central

Són els serveis que poden ser facilitats per la mateixa central, mitjançant la incorporació de determinat software i hardware. Els més característics són: • Distribució automàtica de trucades (ACD) . Una PABX equipada amb la funció

ACD (Automatic Call Distribution) s’empra per comunicar els clients externs de l’empresa amb un servei o grup de suport. El programa de gestió permet que les trucades a un mateix número siguin ateses per diversos agents, establint-se cues de trucades, atencions prioritàries, supervisions dels grups, etc., proporcionant estadístiques d’ocupació i de desbordament.

• Aplicació d’hotel . Mitjançant un programa específic és possible dotar a la PABX

de tota una gamma de funcions apropiades per a la gestió dels hotels, com per exemple conèixer l’estat de l’habitació, les trucades realitzades pels hostes i el seu import, servei de despertador, deixar avisos, etc.

• Interacció de telefonia amb ordinadors . Mitjançant CTI (Computer Telephony

Interaction) les PABX poden comunicar-se a través d’un protocol estàndard anomenat CSTA (Computer Supported Telephony Applications) per ECMA amb ordinadors sobre els quals s’executen aplicacions d’ús general. Un exemple típic seria la connexió d’una PABX amb la funcionalitat integrada d’ACD amb un ordinador on resideixen les bases de dades dels clients.

249

• Formació de xarxes . Quan es requereix donar servei a abonats dispersos i

establir una xarxa privada virtual, cal que les PABX tinguin el software apropiat que els permeti comunicar-se entre elles i intercanviar la informació necessària per al servei dels usuaris. El software integrat en la central permet realitzar les funcions de senyalització amb altres centrals mitjançant diverses formes de senyalització, així com les funcions de trànsit entre les trucades.

• Mesures de tràfic . Mitjançant aquest software la central realitza mesures de

comportament dels abonats i dels enllaços de la PABX amb la finalitat de conèixer el comportament del sistema i poder adoptar les mesures més encertades per tal de garantir la qualitat de servei desitjada.

• Integració de veu i dades . La majoria de les PABX digitals són capaces d’integrar

el tràfic de veu i dades de forma transparent a l’usuari. A nivell d’accés, aquesta integració es realitza utilitzant diferents tècniques, segons si l’enllaç és analògic (DOV, Data Over Voice, amb multiplexació en freqüència) o digital (multiplexació temporal o bé directament amb la interfície S0 de XDSI si el terminal ho permet).

• Operació, gestió i manteniment . Pot ser de forma local o remota des del centre

de gestió.

Serveis associats a la central

Són els serveis que es realitzen en equips diferents als propis de la PABX per la seva complexitat, aplicabilitat no massiva o dificultat d’implantació. • Sistema de missatgeria vocal. • Ajudes a l’operadora. • Llistat telefònic. • Gestió de la tarificació. • Integració amb cercapersones. • Commutador de paquets. • Extensions sense fils. • Sistemes de videoconferència.

250

[Castro1999] p. 677-682

[Huidobro2001] p. 43-47

6.1.3. Connexió a la xarxa pública

Les PBX es connecten a la xarxa pública mitjançant enllaços analògics, digitals o IP.

Connexió analògica

La forma tradicional consisteix en la connexió de línies urbanes analògiques a interfícies de perifèrics POTS. Aquestes interfícies emulen el funcionament d'un telèfon cap a la xarxa pública, és a dir, quan la xarxa pública envia el timbrat, les interfícies ho detecten i informen de la situació la CPU. Quan la CPU ho indica, les interfícies despengen, tancant el bucle d'abonat tal com ho faria un telèfon analògic. Per finalitzar la trucada, les interfícies pengen, obrint el bucle d'abonat.

Aquesta forma de connexió no requereix serveis especials per part de la xarxa pública. És a dir, s'utilitza el mateix tipus d'interfície que en els telèfons comuns.

Connexió digital XDSI

La majoria de les PBX admeten connexió a la xarxa pública a través de serveis XDSI, els quals poden ser d’accés bàsic (BRI) o d’accés primari (PRI). A través dels enllaços XDSI és possible obtenir serveis de valor afegit, com connexions de dades, identificació de trucada, etc. Amb la contractació del servei primari (PRI), el prestador del servei de telefonia pública lloga, juntament amb el servei, els mòdems HDSL necessaris per poder transmetre per un o dos parells de coure el senyal de 2 Mbps. Aquests mòdems poden connectar-se directament a les PBX.

251

L’operador entrega els enllaços BRI amb interfícies S/T o U. La interfície S/T és de quatre fils i la interfície U és de dos fils. La conversió entre aquestes interfícies es realitza mitjançant una caixa anomenada NT o NT1.

Connexió IP

S'estan començant a comercialitzar connexions del tipus línies urbanes (troncals) directament sobre IP amb senyalització SIP. Aquest tipus de servei proporciona una sèrie d'avantatges, entre les quals es poden esmentar les següents: • Es pot manegar un nombre molt important de canals d'àudio sota un mateix troncal.

Normalment, en telefonia digital els troncals tenen 30 línies, utilitzant tecnologia E1. • És possible comprar la quantitat justa de canals requerits (amb tecnologia E1, la

modularitat és de 30 canals). • No hi ha necessitat de cablejats, patch-panels, etc. El servei es lliura directament

sobre una xarxa de dades IP. • Ofereix serveis equivalents a la tecnologia TDM (Caller ID, DID, DNI, etc.). Actualment, les PBX suporten la incorporació de gateways IP, que connecten la PBX directament a la LAN i implementen la conversió de la veu a paquets IP, i viceversa. Els paquets de veu que surten del gateway són enviats pel router a través de la WAN, fins al gateway de l'altra PBX.

Quan s'utilitzen PBX i routers que no suporten la incorporació de gateways IP cal incorporar gateways IP independents. Són equips independents que disposen de les interfícies telefòniques clàssiques i són capaços de convertir la veu a paquets IP.

252

6.1.4. Projecte PBX En el dimensionament d’un sistema privat de telefonia caldrà tenir en compte diferents aspectes.

Definició de projecte amb PBX

• L’equipament hardware, considerant tant la central de commutació (matriu de commutació, mecànica, sistema d’alimentació, slots d’ampliació per targetes, etc.) com els terminals dels usuaris (analògics, digitals, models avançats, terminals dedicats, etc.).

• La infraestructura en línies de comunicacions i accés a la xarxa pública (XDSI PRI,

XDSI BRI, QSIG, POTS, IP, línies dedicades, FR, V5.x, GSM, etc.) i amb diferents operadors.

• Els sistemes operatius i les aplicacions i eines d’administració i gestió (versió SO,

software de gestió, tarificador, missatgeria, aplicacions IP, CTI, IVR, etc.). • L’eficiència i la seguretat (BHCA, MTBF, elements de backup, SAI, etc.). L’equipament i les aplicacions es defineixen en funció dels serveis que es vulguin oferir als usuaris. Com que la despesa només es considera en el moment de la posada en marxa del sistema i hi ha una relació directa entre el quocient servei i la inversió, el dimensionament acostuma a anar en funció del pressupost de l’empresa. Un punt més crític és el dimensionament dels enllaços amb la xarxa pública, ja que hi ha una influència directa en la facturació mensual. Per fer el dimensionament dels enllaços, s’acostumen a seguir els següents passos: • Obtenció del tràfic. • Definició de la topologia del tràfic. • Dimensionament del nombre de troncals (E1). • Definició dels paràmetres de cost. En la topologia del tràfic, es considerarà: • Tràfic sortint i entrant. • Tràfic intern, local, provincial, nacional, internacional, mòbil, xarxa intel·ligent,

corporatiu, números freqüents, etc.

253

• Tipus de línies: xarxa commutada o xarxa privada. • Durada mitjana de la trucada. • Ocupació dels circuits (Erlangs). • Distribució horària del tràfic. • Hora carregada. • Concurrència. Més endavant tornarem a incidir en aquest tema i realitzarem projectes pràctics de dimensionament de xarxes de telefonia.

6.1.5. Referències de fabricants PBX A continuació citem alguns fabricants de centraletes telefòniques. Als seus llocs web podreu trobar informació actualitzada sobre els seus productes i serveis. • Alcatel: www.alcatel.com • Elmeg: www.elmeg.com • Ericsson: www.ericsson.com • Mitel: www.mitel.com • NEC: www.nec.com • Nortel: www.nortelnetworks.com • Panasonic: www.panasonic.com • Siemens: www.siemens.com Per a solucions de telefonia IP, podem destacar: • Avaya: www.avaya.com • Cisco: www.cisco.com • Lucent: www.lucent.com A la part final del curs, un cop haguem vist a les properes sessions els sistemes de senyalització de xarxes privades de veu, proposarem el disseny de diferents casos pràctics, en els quals dimensionarem projectes de telefonia amb centraletes de gamma baixa, mitjana i alta.

Exercici optatiu

Com a exercici optatiu, cerqueu a la xarxa documentació sobre la centraleta Nortel Meridian1 i avalueu les seves prestacions amb les necessitats de telefonia d’una empresa. http://www.nortelnetworks.com/products/01/meridian/mer1/options/option11c/

254

RESUM

En aquesta sessió hem presentat l’equip principal de la xarxa de telefonia d’una organització: la centraleta telefònica. Hem vist la seva funcionalitat, la seva arquitectura i els serveis que pot donar. A la part final del curs proposarem casos pràctics i dimensionarem centraletes i xarxes de veu.

255

SESSIÓ 26: QSIG

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: QSIG Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: http://qsig.info/qsigwiki/index.php?title=QSIG_HandBook_:_Prefa

ce

PRECEDENTS

Fonaments de telefonia i xarxa d’accés.

OBJECTIUS

En aquesta sessió estudiarem el protocol QSIG.

CONTINGUTS

Començarem justificant l’aparició d’un protocol com QSIG, veient els avantatges i els serveis que proporciona. Veurem l’arquitectura d’una xarxa QSIG i el funcionament del protocol QSIG. Finalment veurem el disseny d’una xarxa de telecomunicacions orientada a serveis de veu construïda amb XDSI privada.

6.2. Protocol QSIG

6.2.1. QSIG: motivació i necessitat Originàriament, els sistemes de centraletes enllaçaven els seus nodes bé mitjançant línies analògiques directes (en el cas de distancies curtes), bé mitjançant la xarxa telefònica commutada pública. Això permetia la transferència del servei bàsic de veu, però no permetia la creació de xarxes de telecomunicacions corporatives.

256

QSIG: motivació i necessitat

Per crear una VPN de centraletes amb serveis suplementaris només hi havia l’opció d’enllaçar equips del mateix fabricant, amb un protocol propietari. Operadors, fabricants i integradors s’han unit per crear un estàndard de senyalització, compatible amb XDSI, anomenat QSIG (Q-Signaling), també anomenat PSS1 (Private Signaling System No.1). D’aquesta manera podrem passar a considerar les centraletes privades (PBX) com a centraletes privades de xarxa amb serveis integrats (PINX, Private Integrated Services Network Exchange), atès que en la VPN no únicament hi haurà un servei de veu, sinó que també hi haurà serveis de valor afegit. QSIG proveeix: • Una via per a un futur desenvolupament al qual donen suport les organitzacions

internacionals de normalització. • Un mètode harmonitzat per interconnectar equips multivenedor. • La sinergia entre la XDSI pública i les aplicacions de negoci desenvolupades per a

ella. • Un mecanisme per als fabricants per proveir aspectes innovadors en un ambient

heterogeni. • Un mètode flexible i eficient en cost per vincular un equip PINX. • Una llista extensiva de serveis suplementaris per millorar les comunicacions de

negoci.

6.2.2. Avantatges QSIG

Veiem quins són els principals avantatges que presenta QSIG.

Avantatges QSIG

• Independència del fabricant . QSIG no és un estàndard propietari. Es tracta d'un estàndard internacional obert i els proveïdors de PBX més importants del món li donen suport. Els clients poden comprar equips de més d'un proveïdor.

• Interoperabilitat . Dotze dels principals fabricants mundials de PBX signaren un

memoràndum d'entesa sobre el desenvolupament i el suport de QSIG. El compromís de múltiples proveïdors per QSIG significa que els usuaris poden operar amb seguretat les xarxes corporatives que formen part dels equips PINX subministrats per diversos proveïdors.

• Independència de la topologia. L'ús de QSIG no imposa l'ús d'una topologia de

xarxa específica i es pot utilitzar amb qualsevol configuració de xarxa: d’estrella, de malla, principal i satèl·lit, etc. Independentment de la seva topologia, les xarxes existents poden actualitzar-se a QSIG. Les noves xarxes poden instal·lar-se utilitzant una topologia més eficaç i econòmica.

257

• Nombre de nodes il·limitat. No hi ha límit en el nombre de nodes que poden connectar-se en una xarxa QSIG. Els nous nodes es poden afegir a la xarxa segons les necessitats del negoci.

• Pla de numeració flexible. QSIG no imposa cap restricció en el pla de numeració

per a la xarxa, el dissenyador de la xarxa és lliure d'adoptar el més adient. • Flexibilitat d’interconnexió. QSIG funcionarà a través de qualsevol mètode

adequat per connectar l'equip PBX (línia analògica de dos o quatre fils, línies digitals PRI o BRI, serveis de VPN). QSIG és compatible amb tots aquests tipus d'enllaços i en la transmissió té en compte i gestiona els retards associats.

• Sinergia amb la XDSI pública. QSIG es basa en la sèrie de recomanacions UIT-T

Q.93x per als serveis bàsics i les funcions genèriques i les de la sèrie Q.95x de serveis complementaris. Per tant, QSIG assegura la compatibilitat entre el servei públic i la XDSI.

• Serveis suplementaris per a usuaris corporatius. A més dels serveis

complementaris amb el suport de DSS1, QSIG proporciona característiques addicionals de negoci específicament dissenyades per als usuaris corporatius que inclouen: - Identificació de nom. - Intrusió de trucades. - No molestar (activar i anular). - Canvi de ruta. - Serveis d'operador. - Serveis de mobilitat. - Terminació de trucada si no respon.

• Transparència. QSIG és un sistema de senyalització intel·ligent i de gran abast

que ofereix molta flexibilitat en termes d'arquitectura de xarxa. Quan un node de xarxa proporciona un servei específic per als usuaris, a continuació el node ha de comprendre la part específica del protocol necessari per tal de gestionar el servei.

• Innovació i evolució. Els fabricants que suporten QSIG són lliures de continuar

desenvolupant funcionalitats pròpies. Un mecanisme especial dins de QSIG –procediments funcionals genèrics (QSIG GF)– proporciona un mètode estandarditzat de transport de característiques no estàndard. Les normes bàsiques relacionades amb la transparència, definides en QSIG GF, permeten la comunicació d'extrem a extrem a través de la xarxa.

• Domini multiaplicació . QSIG es pot utilitzar en una gran varietat d’aplicacions i no

només com un mitjà per connectar PBX remots. Per exemple, QSIG pot utilitzar-se per crear altres perifèrics (un servidor de veu, un servidor de fax, un equip de processament de dades sense fil, una unitat de control...) a la xarxa corporativa. QSIG proporciona un mecanisme ideal per integrar aplicacions i per fer-les disponibles per a tots els usuaris.

258

6.2.3. Serveis QSIG QSIG suporta un ampli ventall de serveis bàsics, procediments funcionals genèrics i serveis suplementaris, així com diverses prestacions addicionals de xarxa dedicades a una explotació més eficient de les VPN. Cadascun dels serveis suplementaris està detallat en un estàndard específic.

Serveis QSIG

Els principals són: • Avís de càrrec. Permet l’usuari rebre informació sobre les despeses d'una trucada. • Finalització de trucada . Ofereix dos serveis complementaris: la finalització de

trucades per abonat ocupat (BCC) i la finalització de trucades si no hi ha resposta (CCNR).

• Desviació i readreçament de trucades . Hi ha diversos tipus de serveis de

desviament de trucades, els quals poden ser controlats o incontrolats. • Intercepció de trucades. Permet fer trucades de xarxa addicionals que no poden

completar-se a causa de certes condicions en ser readreçades a l'usuari predefinit. • Intrusió de trucada . Permet un usuari que truca demanar la connexió immediata a

una destinació ocupada. Això pot unir l'usuari que truca a la conferència, a la trucada en curs o, alternativament, pot provocar que la trucada en curs quedi en suspens. La trucada original es restaura després de la retirada dels usuaris atesos.

• Transferència de trucada . Permet que un usuari que té dues trucades del servei

bàsic les connecti entre elles com una nova crida entre els altres dos usuaris. • Trucada en espera. Permet que l'usuari trucat, mentre participa en una altra

trucada, sigui notificat d'una trucada entrant i després tingui l'opció d'acceptar-la, rebutjar-la o ignorar-la.

• Trucada entrant directa . En realitat es tracta d'un servei suplementari de la XDSI

pública, però la xarxa QSIG pot entrar en arranjaments amb la XDSI pública per DDI, de manera que les trucades d'entrada poden abordar directament els usuaris trucats dins de la xarxa QSIG. Una trucada DDI des d'una XDSI pública progressa a través de la xarxa QSIG a l'usuari trucat com una crida de base.

• Grups No molestin. Totes les trucades entrants per a l'usuari trucat són rebutjades

per la xarxa QSIG. L'usuari que truca rep la indicació apropiada i, en aquest punt, pot activar No molestin Override (DNDO) que alerta l'usuari cridat.

• Serveis d’identificació . Hi ha diversos serveis que quan s'activen poden

proporcionar informació sobre la identificació dels usuaris. Els serveis prestats són: - Calling Line Identification Presentació (CLIP) - Connected Line Identification Presentation (COLP) - Calling/Connected Line Identification Restriction (CLIR) - Calling Name Identification Presentation (CNIP) - Connected Name Identification Presentation (CONP)

259

- Calling/Connected Name Identification Restriction (CNIR) • Mòbils . Un avantatge important de QSIG és la seva integració amb les xarxes

sense fils i amb diversos serveis mòbils. Quan es finalitzin les normes, aquests serveis permetran l'usuari del terminal sense fils moure's per tota la xarxa QSIG i registrar el terminal en els nodes per fer i rebre trucades.

• Numeració d’abonat múltiple . És un servei complementari que permet a més d'un

número (número de xarxa QSIG o número de XDSI públic) associar-se amb un accés únic de la xarxa QSIG.

• Serveis d’operador . L'operador és un tipus especial d'usuari i es diferencia de

l'usuari normal pel tipus de tasques que ha de realitzar. • Reenrutament de trucades . Permet que la connexió d'una trucada activa a través

de la xarxa QSIG sigui reemplaçada per una nova connexió, per exemple, per obtenir un servei més eficient o una connexió més rendible.

• Retrucada . És un servei complementari que permet el readreçament de la trucada

transferida per l'usuari trucat si la trucada no té resposta. • Subadreçament . QSIG dóna suport a la transferència d'un subadreçament de

l'usuari que truca a l'usuari trucat durant l'establiment de la trucada, la qual cosa també s'aplica a les trucades d’entrada o de sortida a una XDSI pública.

• Senyalització entre usuaris . És un servei complementari que, quan estigui

normalitzat, permetrà un usuari enviar o rebre informació de senyalització en relació amb una trucada. Hi ha tres versions del servei de senyalització d'usuari a usuari: - en els missatges de control de trucades durant l'establiment de trucada; - mentre que l'usuari trucat està alerta, i - durant la fase activa de la trucada.

6.2.4. Arquitectura i punts de referència Les normes de la família QSIG són part del conjunt del programa de normalització de la XDSI per a les xarxes corporatives de telecomunicacions.

Arquitectura i punts de referència

El camp del programa de normalització de les CTN (Corporate Telecommunication Network) comprèn: • El desenvolupament de models arquitectònics i la definició dels punts de referència

per a CTN, incloent-hi el punt de referència Q entre PBX. • L’especificació de serveis CTN bàsics i suplementaris definint, entre d’altres, els

serveis específics dels protocols de senyalització QSIG per a l’intercanvi d’informació entre PBX en la interfície del punt de referència Q.

260

En l’ampliació del model de referència XDSI ITU-T per incloure la senyalització PBX a PBX usada en XDSI privades és necessari identificar dos nous punts, anomenats Q i C. El punt de referència Q és un punt de senyalització lògic entre dues PBX. La connexió física a les PBX es fa en el punt de referència C. Les xarxes d’intervenció (Intervening Network, IVN) poden ser canals dedicats (analògics o digitals) o connexions commutades (per a xarxes privades virtuals). A la següent figura es mostra el model de referència ITU-T XDSI per a xarxes corporatives.

6.2.5. Protocol QSIG

El camp d’aplicació de QSIG es troba en la interconnexió de dos ó més PBX, formant una xarxa privada de veu. El seu stack de protocols segueix l’estandarització de referència OSI d’ISO.

Protocol QSIG

A la següent figura es mostra l’stack de protocols de QSIG.

261

A continuació teniu la seqüència de missatges de nivell 3 d’una trucada bàsica a través d’una xarxa bàsica: dos nodes iniciadors i finalitzadors de la trucada (terminals PBX) i una xarxa de trànsit simbolitzada per una PBX de trànsit.

RESUM

En aquesta sessió hem estudiat la senyalització QSIG. Mitjançant la QSIG podem crear xarxes de centraletes de diferents fabricants amb diferents topologies que permeten donar un servei corporatiu a tota la xarxa. Ha estat un dels principals protocols a l’hora de crear VPN sobre PBX.

262

263

SESSIÓ 27: Telefonia IP

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Telefonia IP Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: IP Telephony Cookbook. TERENA Report. March 2004

PRECEDENTS

Coneixements de telemàtica i protocols TCP/IP, H.323. Arquitectura i serveis de les centraletes digitals.

OBJECTIUS

Descriurem i analitzarem l’aplicació de les xarxes IP per al subministrament del servei de telefonia.

CONTINGUTS

Diferenciarem els conceptes de veu i de telefonia IP. Veurem com definir una instal·lació de telefonia utilitzant tecnologia IP, amb els seus avantatges i inconvenients. Finalment veurem el cas pràctic d’una centraleta IP.

6.3. Telefonia IP

6.3.1. Telefonia IP

La tecnologia de veu sobre IP (VoIP) permet que les comunicacions de veu en general, i les telefòniques en particular, siguin transportades sobre una xarxa TCP/IP. La telefonia sobre IP (ToIP) suposa la utilització d’aquesta tecnologia per oferir el servei de telefonia entre dos usuaris d’un equip terminal. S’entén doncs, que la telefonia IP ofereix quelcom més que el transport del senyal de veu entre dos nodes; suposa els processos d’establiment i finalització de la trucada, la capacitat d’oferir serveis suplementaris i de valor afegit, i la possibilitat d’oferir el servei a qualsevol usuari de la xarxa telefònica commutada. Les xarxes de veu i les xarxes de dades presenten tecnologies molt dissemblants. D'una banda, la transmissió de veu, amb una història de més de 130 anys, es basa en l'establiment de vincles permanents entre dos punts, dissenyats per transmetre un tipus de senyal específic: la veu humana, típica senyal analògica, d'ample de banda

264

acotat, que ha d'arribar a la destinació immediatament i ser el més entenedora possible. D'altra banda, la transmissió de dades, amb una història relativament recent, es basa en la transmissió d'informació digital, utilitzant tècniques de commutació de paquets, on les pèrdues i els retards no produeixen generalment conseqüències importants. Actualment, amb els amples de banda tan elevats, la tècnica de commutació de paquets s'ha imposat sobre la d'assignació de circuits, fins al punt que la veu és una més de les aplicacions de temps real que es transporta majoritàriament per les xarxes de paquets. A continuació s’enumeren els avantatges més interessants de la utilització de la VoIP. 1. En l’actualitat, la reducció de costos (sobre la contractació de serveis de

telecomunicacions) és el principal detonant de la implantació de la VoIP, representant el motiu principal per a més del 70% del mercat empresarial. • Menys connexions amb els operadors de serveis de telecomunicacions. • Integració de la xarxa de dades, compartint la despesa del suport tècnic i de la

gestió. • Reducció del cablejat i de l’espai físic de l’equipament. • Reducció en la despesa de trucades i reducció d’algunes comunicacions a

zero. 2. A mitjà termini, es consideren més importants les millores en els serveis i

capacitats que redundaran en un augment de la productivitat. • Serveis per a aquells que necessiten una gran mobilitat corporativa. • Mobilitat total dels usuaris amb tecnologies com ara: Wi-Fi, PDA i mòbils. • Integració que garanteix el funcionament conjunt d’aplicacions ofimàtiques i

corporatives sota una mateixa plataforma. • Unificació de les dades de contactes i d’agenda corporativa.

3. Finalment, facilita el desenvolupament i la implantació d’aplicacions innovadores

associades al lloc de treball, tot i que fins al moment els progressos realitzats en aquest àmbit són reduïts. • Missatgeria unificada: correu electrònic, bústia de veu, missatgeria instantània i

fax. • Control de presència. • Encriptació de trucades. • Multiconfèrencia i videoconferència. • Contact Centers (reals o virtuals) per a organitzacions de qualsevol mida. • Serveis d’Internet als mateixos terminals.

Per contra, podem enumerar els següents inconvenients:

• Xarxa dissenyada per a la transmissió de dades. Només pot usar-se per transmetre veu en bones condicions si el seu nivell d’eficiència és suficientment alt → necessitat de mecanismes de gestió de l’ample de banda i QoS.

• Cost dels terminals. • Necessitats complementàries d’alimentació. • Pèrdua de redundància en infraestructures i serveis de comunicacions. • Només permet integrar comunicacions de veu i de fax de grup 3. Les

comunicacions de dades (mòdem, TA) no estan suportades.

265

6.3.2. QoS. Qualitat de servei en telefonia IP A continuació farem una breu descripció dels factors que influeixen en la qualitat de servei en telefonia IP. • Còdec. Per poder transmetre la veu a través d'una xarxa de dades, cal fer

prèviament un procés de digitalització que pot degradar el senyal de veu original a causa de la utilització de tècniques de compressió.

• % de paquets perduts . A diferència de les xarxes de veu, les xarxes de dades

toleren la pèrdua de paquets. Si el percentatge de pèrdua és petit, la degradació de la qualitat també ho és.

• Retards. Un factor important en la percepció de la qualitat de la veu és el retard. El

retard total està determinat per diversos factors, entre els quals es troben: - Retard degut als algorismes de compressió. - Retard en el processament de la veu per part dels protocols. - Retards propis de la xarxa (commutació de paquets, enrutament, etc.).

• Eco. Si el temps transcorregut des que es parla fins que es percep el retorn de la

pròpia veu és menor que 30 ms, l'efecte de l'eco no és percebut. Així mateix, si el nivell del retorn està per sota dels -25 dB, l'efecte de l'eco tampoc serà percebut.

• Jitter. Variació en el retard dels paquets de veu que viatgen per la xarxa. Malauradament, el sistema no sempre comprova el requeriment de QoS durant una comunicació. Si el QoS es degrada, baixa la qualitat del senyal; cal penjar i tornar a trucar. A la següent taula es mostren alguns dels requeriments de QoS en telefonia IP.

6.3.3. Codificació de la veu És necessari codificar digitalment la veu per a la seva transmissió. Els algoritmes de codificació i descodificació es denominen còdecs. A la següent taula es resumeixen els algoritmes de compressió de veu més coneguts.

266

6.3.4. Paquetització de la veu Per poder transmetre les mostres codificades de veu sobre xarxes de dades, s’han de dividir en paquets. Si la veu està codificada amb la llei A, una conversa de veu consisteix en un flux de 64 kbps, per tant, cada mostra dura 125 µs. D’una banda, es podria formar un paquet amb cada mostra de veu, cosa que generaria una sobrecàrrega massa important (cada paquet, a més de la informació requereix capçaleres). D’una altra banda, si s'espera a ajuntar massa mostres de veu per tal de formar un paquet amb mínima sobrecàrrega percentual, es poden introduir retards no acceptables. Un paquet IP pot tenir fins a 1.500 bytes d'informació. Si amb mostres de 64 kbps es volguessin completar els 1.500 bytes del paquet IP, s'introduiria un retard de 125 µs x 1.500 = 187,5 ms. Llavors, aquest retard no seria acceptable en aplicacions de veu. Per aquesta raó, es prenen generalment finestres de 10 a 30 ms. Les mostres de veu de cada una d'aquestes finestres consecutives s'ajunten i es munten els paquets. La mida d'aquestes finestres és configurable per a alguns còdecs i està fixa en altres. A continuació es mostra el format de la trama de VoIP, on és pot observar com es van apilant els protocols fins a formar la trama Ethernet o PPP. Cal notar que la mida de la capçalera varia en funció del protocol de nivell 2 sobre el qual es transporta el paquet IP.

PPP IP UDP RTP Mostra de veu FCS 4 20 8 12 Depèn del còdec 2 bytes

ETH IP UDP RTP Mostra de veu FCS 14 20 8 12 Depèn del còdec 4 bytes

Pel que fa al paper del TCP/UDP en la VoIP cal destacar que: • La capa IP enruta els paquets, però no assegura que es lliurin en ordre ni que no

es perdin; no hi ha control de flux. • TCP, que és un protocol de la capa 4 com UDP, està orientat a connexió, controla

el flux afegint als paquets la numeració que permet saber en quin ordre han arribat o si algun no ho ha fet. Els paquets perduts es tornen a retransmetre.

• TCP és un protocol full duplex, crea un circuit virtual en cada sentit.

267

• TCP introdueix el concepte de port, permetent diversos processos sobre el mateix host.

• TCP controla errors mitjançant el checksum. • TCP aprèn el retard de xarxa (delay) i optimitza el flux, el throughput, per optimitzar

la càrrega de la xarxa. • TCP gestiona els buffers per impedir el seu desbordament (overflow). • UDP no és tan fiable com TCP, treballa en mode datagrama, però és molt més

lleuger i ràpid perquè no perd temps en establir la connexió. TCP carrega amb 20 bytes el paquet, UDP només amb 8 bytes.

• UDP també utilitza ports com TCP, permetent la multiplexació de processos. • La idea és que en aplicacions de temps real no té sentit la retransmissió de

paquets, així doncs no val la pena controlar el flux.

6.3.5. RTP (Real-Time Transport Protocol) El protocol RTP, basat en el RFC 3550, estableix els principis d'un protocol de transport sobre xarxes que no garanteixen qualitat de servei per a dades en temps real, com ara veu i vídeo. El protocol estableix la manera de generar paquets que inclouen, a més de les mateixes dades en temps real, números de seqüència, marques de temps i monitorització de lliurament. Normalment, les aplicacions utilitzen RTP sobre protocols de xarxa no fiables, com UDP. Els bytes obtinguts de cada conjunt de mostres de veu o de vídeo s’encapsulen en paquets RTP, i cada paquet RTP s’encapsula alhora en segments UDP.

6.3.6. Ample de banda per a la VoIP Atès que per a l'enviament de veu sobre xarxes IP és necessari muntar paquets, l'ample de banda requerit dependrà de la sobrecàrrega que generin. Com s'ha vist, per a l'enviament de veu sobre xarxes de paquets es fa servir l'estàndard RTP. A la vegada, aquest protocol es munta sobre UDP, que a la vegada es munta sobre un paquet IP, el qual, finalment, es transporta sobre una trama Ethernet. Aquesta suma de protocols fa que l'ample de banda requerit per al tràfic de veu sobre Ethernet sigui bastant més gran que l'ample de banda de veu.

ETH IP UDP RTP 20 ms de veu FCS 14 20 8 12 160 4 bytes

Si fraccionem cada conversa de veu en finestres de 20 ms de veu, per a una codificació d'àudio amb la llei A amb un BW de veu de 64 kbps (còdec G.711), obtenim que fraccionem cada conversa de veu en 50 paquets per segon.

Paquets/segon = 1sg/20msg = 50 paquets/sg.

268

D’aquí obtenim que cada trama de veu serà de 160 bytes:

bytes de veu/trama = 64 kbps/50 pq/sg/8 bits/byte = 160 bytes/trama de veu. La capçalera IP (inclosos els protocols RTP i UDP) afegeix 40 bytes addicionals:

mida del paquet IP = 160 + 40 = 200 bytes/paquet IP. La capçalera Ethernet afegeix uns altres 14 bytes:

mida de la trama Ethernet = 200 + 16 = 214 bytes/trama Ethernet En aquest exemple, cada 20 ms es generen trames de 214 bytes que s'han d'enviar per la xarxa. Això equival a un ample de banda de 85,6 kbps (en comparació amb els 64 kbps del flux de veu).

Ample de banda = 214 bytes/trama * 8 bits/byte * 50 packets/sg = 85,6 kbps. Cal notar que aquest càlcul s’ha fet tenint en compte l'enviament de la veu en una sola direcció. Com que les converses telefòniques són bidireccionals, l'ample de banda real requerit per a cada conversa a la xarxa IP serà de 85,6 kbps tant en sentit upstream com en sentit dowsntream. Per tal de reduir l’ample de banda necessari, pot utilitzar-se el protocol de compressió de capçaleres RTP (CRTP), que permet reduir la mida de la capçalera IP (40 bytes) a 2 bytes. També poden utilitzar-se tècniques de supressió de silenci VAD, amb les quals no s'envien paquets quan no hi ha àudio, en aquest cas, l'ample de banda necessari és redueix aproximadament a la meitat. Segons s’ha vist, l'ample de banda de la veu paquetitzada a la xarxa IP depèn de la mida de la finestra (normalment 10, 20 o 30 ms) i del còdec utilitzat. A mode d’exemple, a la taula següent es mostren els amples de banda unidireccionals necessaris utilitzant xarxes IP sobre Ethernet.

269

6.3.7. Arquitectura de la telefonia IP En general, una infraestructura de telefonia IP està formada per diferents tipus d’elements. Aquest apartat ofereix una visió general dels elements típics sense descriure’ls en el context d’un protocol específic. A la següent figura tenim l’esquema global de l’arquitectura de la telefonia IP.

Terminal

Un terminal és un extrem de la comunicació on finalitzen les trucades i els seus fluxos de veu associats. Més comunament, es tracta d'un hardware o software telefònic que fins i tot pot tenir capacitats de dades. Hi ha terminals que estan destinats a la interacció amb l'usuari i altres que estan automatitzats. Un terminal de telefonia IP està situat almenys darrere d’una adreça IP, que pot tenir múltiples terminals darrere, però que es tracten de forma independent. Quan s'utilitzen servidors de telefonia IP, els terminals registren les seves adreces al servidor.

Servidor

L’establiment d'una trucada de telefonia IP requereix almenys dos terminals, el coneixement de l'adreça IP i el número de port de cada terminal. Òbviament, el fet d’obligar l'usuari a recordar i utilitzar adreces IP per trucar no és viable i l’ús d’esquemes d’adreçament IP dinàmic (DHCP) fan que aquesta exigència sigui encara més intolerable. Com ja s’ha comentat, els terminals acostumen a registrar les seves adreces en un servidor, que les emmagatzema juntament amb les adreces IP dels terminals respectius, per la qual cosa és capaç d'assignar una adreça de telèfon a un host. Quan un usuari de telèfon marca una adreça, el servidor intenta resoldre-la; per tal de fer-ho pot interactuar amb altres servidors de telefonia o de serveis.

270

Gateway

Els gateways són elements que faciliten les trucades entre els extrems que normalment no interoperen entre ells. Generalment, això significa que un gateway tradueix un protocol de senyalització SIP a un altre (per exemple, un gateway de senyalització XDSI). A més, la traducció entre diferents adreces de xarxa o còdecs (Media Gateway) també pot considerar-se funció del gateway. És possible trobar múltiples funcionalitats en un únic gateway.

Adreçament

Un usuari disposat a utilitzar un servei de comunicació necessita un identificador per descriure’s a si mateix i a qui vol trucar. Idealment, aquest identificador ha de ser independent de la ubicació física de l'usuari. La xarxa hauria de ser, llavors, la responsable de trobar la ubicació actual de la part trucada.

6.3.8. Protocol H.323

El protocol H.323 és una recomanació paraigües que agrupa un conjunt d'estàndards per proporcionar connectivitat a fluxos multimèdia sobre una xarxa de paquets. Els elements principals són:

• Terminal. Dispositiu d'usuari final. Pot ser un terminal físic o un PC multimèdia. Té implementades les funcionalitats típiques de telefonia com ara control de trucades i processament del canal de veu.

• Gateway. És el punt d’accés a la xarxa de VoIP i proporciona la conversió de

protocols i l’intercanvi d’informació entre la xarxa de paquets sobre la qual corren els protocols H.323 i les altres xarxes. A part de la gestió de VPN i del control de la senyalització, pot incorporar funcions de gatekeeper.

• Gatekeeper. És tracta d’un element opcional que controla la resta d'elements,

permetent o denegant les comunicacions entre ells.

271

• MCU (Multiconference Unit). S'utilitza perquè tres o més terminals estableixin una comunicació comuna. La MCU determina els còdecs a utilitzar i a més implementa altres funcions de suport com el registre, el control d’admissió i el control de l’ample de banda.

Arquitectura i torre de protocols H.323

H.323 resideix en la part superior dels protocols bàsics d'Internet (IP, IP Multicast, TCP i UDP) i pot fer ús dels serveis integrats i diferenciats, juntament amb els protocols de reserva de recursos.

Pila Protocol H.323 Aplicacions Àudio/Vídeo

Control d’aplicacions

Còdecs Àudio/Vídeo RTCP

H.225.0 RAS Signaling

H.225.0 Call Signaling

H.225.0 Control Signaling RTP

Transport poc fiable Transport fiable

Xarxa (IP)

Enllaç

Físic

Per a la senyalització i el control de les interaccions d’una trucada bàsica H.323, els components abans esmentats es comuniquen mitjançant els següents protocols de control: • RTCP (RTP, Control Protocol). Els paquets RTCP s’envien periòdicament i

contenen indicadors de la qualitat de l'enllaç i altres dades sobre la font i el destí de la comunicació que inclouen la quantitat de paquets enviats, la quantitat de paquets rebuts i perduts, i el jitter en el receptor.

• H.225.0 Call Signaling. El canal de senyalització del terminal H.323 utilitza

funcions de senyalització del protocol H.225.0 per establir connexions amb un altre terminal H.323. És independent del canal RAS i del canal de control H.245. El terminal obri el canal de senyalització abans d'establir el canal de control H.245.

• H.225.0 Registration, Admission, and Status (RAS). El canal RAS s’utilitza entre

els terminals i el gatekeeper. A través d'aquest canal, el terminal realitza les funcions de registre, d’admissió, de sol·licitud d'ample de banda, d’status, etc. És independent del canal de control H.245 i del canal de senyalització de trucades.

• H.245 Control Signaling. Els terminals H.323 utilitzen un o diversos canals de

control per enviar i rebre missatges des de i cap a altres terminals i dispositius H.323 (gateways, gatekeepers, etc.). Els missatges definits en H.245 inclouen l'intercanvi de les capacitats de cada terminal, l'obertura i el tancament de canals lògics, missatges de control de flux i comandaments i indicadors generals. Els terminals han de mantenir un canal de control H.245 per a cada trucada en què el terminal estigui participant. Atès que un terminal pot estar participant de forma simultània en diverses trucades, pot tenir també diversos canals de control H.245 oberts.

272

6.3.9. Protocol SIP

SIP

Session Initiation Protocol (SIP) és un protocol d'aplicació desenvolupat pel IETF dins del grup Mmusic (Multiparty Multimèdia Session Control). El març de 1999 s’aprovà la RFC2543, que originà oficialment el protocol SIP. SIP és un protocol basat en el model client-servidor; els clients SIP envien peticions (Requests Messages) a un servidor, el qual, un cop processades, contesta amb una resposta (Response Messages). Els terminals SIP poden generar tant peticions com respostes, ja que estan formats per l'anomenat client de l'agent d'usuari [UAC] i el servidor de l'agent d'usuari [UAS].

Arquitectura del protocol SIP

SIP utilitza una arquitectura del tipus client-servidor, i té els següents components:

• SIP User Agent. És el sistema que manega les trucades. Es compon d'un User

Agent Client que inicia la trucada i d’un User Agent Server que respon a les peticions, així es permeten trucades P2P. Els SIP User Agents són aplicacions lleugeres que poden anar incrustades en dispositius com PDA, i també en desktops juntament amb altres aplicacions relacionades com els Contact Managers, etc.

• Servidor de registre ( Registrar Server). El servidor de registre registra els usuaris

quan es connecten i emmagatzema informació en la identitat lògica d'usuari i el dispositiu associat (identificat per una adreça IP o URL) o els dispositius que els usuaris permeten per a comunicacions.

• Servidor roxy . Revisa les consultes SIP processant-les i passant-les pels altres

servidors SIP. Un servidor proxy pot actuar com a servidor i també com a client, i

273

pot modificar una consulta SIP abans de transmetre-la. S'ocupa únicament de la configuració i del desmantellament de les comunicacions. Una vegada que s'estableix la sessió, les comunicacions se succeeixen directament entre les parts.

• Servidor de readreçament ( Redirect Server). Mapeja una consulta SIP destinada

a un usuari a la URL del dispositiu "més tancat" per a l'usuari. Per exemple, si una trucada està destinada a johnsmith@avaya.com i l'usuari està en camí, el servidor de readreçament pot respondre a l'agent d'usuari del que truca (o servidor proxy de consulta) amb l'adreça de contacte del cel·lular de l'usuari.

• Servidor d'ubicació ( Location Server). És una base de dades que rastreja els

usuaris i els enllaços URL que estiguin "tancats" per a ells. El servei d'ubicació obté el seu ingrés des del servidor de registre i ofereix informació clau per als servidors proxy i de readreçament.

• Servidor de presència ( Presence Server). Accepta, emmagatzema i distribueix

informació de presència. El servidor de presència té dos grups de clients distintius. - Presentities (productors d'informació) ofereixen informació de presència al

servidor per ser emmagatzemada i distribuïda. - Watchers (consumidors d'informació) reben informació de presència des del

servidor.

• Gateways SIP. Igual que en H.323, hi ha gateways SIP cap a PSTN i també cap a H.323 Són responsables d'adaptar l'àudio, el vídeo i les dades, així com la senyalització entre els formats propis de SIP i altres xarxes de telecomunicacions, de manera transparent per als usuaris. En xarxes on no és necessari tenir comunicació amb terminals externs a la mateixa xarxa, no cal disposar de gateways.

Missatgeria SIP

La missatgeria SIP està basada en l'esquema Request-Response d'HTTP. Això presenta diversos avantatges, sobretot per als qui estan familiaritzats amb les tecnologies HTTP. A diferència de H.323, tots els missatges són en text pla i, per tant, fàcils d'interpretar.

274

1. L'usuari 1 envia un INVITE a l'usuari 2, però com que no coneix la seva adreça

passa la pregunta al servidor 1, que reenvia l'INVITE al servidor 2 i un trying a l'usuari 1 comunicant-li que està buscant l’usuari 2.

2. El servidor 2 envia un INVITE a l'usuari 2 i un trying al servidor 1. Si no sabés l'adreça de l'usuari 2 podria enviar un INVITE a un server 3.

3. Quan el telèfon SIP rep l’INVITE posa en marxa el timbre i envia ringing al servidor 2 que ho passa al servidor 1 i aquest a l’usuari 1.

4. Si l'usuari 2 accepta la trucada envia un OK al servidor 2 que progressa fins a l'usuari 1, que llavors envia un ACK per confirmar l'establiment de la trucada. L'ACK no va pels servidors proxy perquè l'usuari 1 ja coneix la adreça de l’usuari 2.

La següent taula descriu els missatges SIP.

I la següent taula resumeix els tipus de respostes SIP.

275

A continuació és mostra, a tall d’exemple, el format en text pla d’un missatge SIP.

6.3.10. Enllaç entre PBX

Enllaç entre PBX

Per crear un enllaç de VoIP entre dues PBX s’utilitza el recurs de definir una unió híbrida entre les PBX amb un ultrapassament sobre un grup d’enllaços definit sobre IP.

276

6.3.11. Dominis de telefonia

Dominis de telefonia

Un domini de telefonia IP consisteix en una xarxa IP client en la qual la capacitat de comunicació és suficient per assegurar la comunicació als telèfons IP instal·lats. Això implica que la central no necessita limitar les trucades dintre del domini.

6.3.12. Projecte de PBX amb tecnologia IP

Projecte de PBX amb tecnologia IP

En sessions anteriors vam exposar un projecte de centraleta amb telefonia tradicional. Definim ara un exemple de centraleta mitjançant telefonia IP, destacant les tecnologies i serveis disponibles. Com a exemples de centraletes amb tecnologia IP podem citar-ne un parell: • Alcatel 4400. www.alcatel.com • Siemens Hipath 4000. www.siemens.com Es proposa que les cerqueu a la xarxa i contrasteu les seves prestacions.

RESUM

Hem vist la diferència entre VoIP i ToIP. També hem fet una comparativa entre la telefonia tradicional de commutació de circuits i la telefonia IP. Hem vist que per a cada àmbit d’aplicació pot resultar més interessant una o una altra. Hem presentat com funciona una xarxa de ToIP i un cas pràctic, analitzant els requeriments i els serveis d’una PBX amb ToIP.

277

SESSIÓ 28: Plataforma de comunicacions d’empresa. Convergència de veu i dades

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Plataforma de comunicacions d’empresa. Convergència de veu i dades Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 4 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: IP Telephony Cookbook. TERENA Report. March 2004 [Apunts BCP] [Castro1999]

PRECEDENTS

Coneixement de l’arquitectura i dels serveis de la xarxa d’operador, PBX i ToIP.

OBJECTIUS

Presentació i avaluació de diferents topologies pràctiques de disseny de la plataforma de comunicacions d’una empresa (BCP, Business Communications Platform), centrant-nos en el cas específic de la veu.

CONTINGUTS

Analitzarem el cas pràctic del disseny d’una plataforma amb telefonia IP, la creació d’una xarxa privada virtual de veu i dades sobre Frame Relay i la utilitat de les línies dedicades.

6.4. Plataforma de comunicacions d’empresa

6.4.1. Xarxes privades

Mitjançant les xarxes privades (VPN) s’optimitzen costos i s’incrementen les funcionalitats i serveis de l’empresa. És especialment interessant en el cas d’empreses amb múltiples ubicacions en diferents punts geogràfics. Actualment, la majoria de VPN són digitals i permeten la convergència de veu i dades. La creació de VPN mitjançant la utilització d’accessos a la xarxa telefònica pública és la solució més intuïtiva i senzilla de contractar. Té un problema molt greu: el cost de les comunicacions, sobretot si tenen un volum gran, pot ser massa elevat. La seva

278

principal aplicació està en la constitució d’enllaços curts i amb poc de tràfic o la creació de rutes de backup en la VPN. L’alternativa és el lloguer de circuits a l’operador o el desplegament de xarxa pròpia.

Xarxes privades

Les principals característiques d’una xarxa privada són: • Possibilitat de numeració única i independent del nombre de nodes que la

constitueixen. • Costos fixos i independents del tràfic cursat per a les comunicacions internes. • Seguretat i confidencialitat en el tràfic intern. • Costos interurbans o internacionals fixes. • Utilització dels enllaços per al tràfic de dades.

[Castro1999] p. 682-686

6.4.2. Línies dedicades

Línies dedicades

La contractació d’una línia dedicada per a la creació d’una VPN d’àrea estesa sol ser la solució més senzilla de posar en funcionament i de mantenir en el cas de xarxes poc mallades o amb pocs nodes. La contractació es realitza en funció de la distància existent entre els dos nodes a connectar, la capacitat de l’enllaç i el tipus de línia (analògica, digital, estructurada o backup). Quan es tracta d’una línia dedicada entre dues PBX, es parla d’una Tie Line.

279

A l’esquema de la figura anterior es pot veure com dues PBX s’han connectat a través d’una Tie Line propietat del client; generalment es tracta d’un enllaç troncal propietat o proporcionat pel client que permet interconnectar dues PBX pròximes geogràficament (campus universitaris, naus en polígons industrials, etc.) sense la necessitat de llogar-la a l’operador de telecomunicacions. Aquest tipus d’enllaç té l’avantatge que només té el cost de desplegament sense cost mensual. A la mateixa figura es pot observar una Tie Line llogada a l’operador de telecomunicacions. Aquests tipus d’enllaços s’utilitzen quan les dues PBX estan en dos ubicacions geogràficament distants i en les quals el client no té la possibilitat de passar-ne una de pròpia. Les característiques d’aquests enllaços són: • Tarifa concertada amb pagament periòdic (en funció del tipus de servei, de la

capacitat i de la distància). • PNP (pla de numeració privat) 5 dígits. • Trucades internes o intra VPN. • Codi de sortida exterior. • Agrupacions per facturació. Les línies dedicades es classifiquen en línies de baixa, mitjana i alta velocitat. A continuació es mostra a mode d’exemple un extracte de la llista de tarifes d’un operador de telecomunicacions nacional.

280

Podeu consultar les capacitats i els preus als llocs web dels operadors nacionals.

[Apunts BCP]

6.4.3. VPN de veu i dades sobre Frame Relay

VPN de veu i dades sobre Frame Relay

Frame Relay (FR) és una tecnologia d’alta eficiència i fiabilitat, vàlida per a la transmissió de veu i dades, contractada sota criteris de capacitat d’accés i amb facturació mensual concertada. Això fa que sigui molt útil per a la creació de VPN, tot i que la seva rendibilitat estarà en funció de la topologia de la xarxa a crear. A mode de repàs, farem un resum de les principals característiques de la tecnologia Frame Relay: • Proporciona servei de multiplexació estadístic d’extrem a extrem. • Xarxa de commutació de paquets i transparent als protocols. • Ràpid establiment de trucada. • Sinergia FR-XDSI. • CIR (Committed Information Rate). • EIR (Extended Information Rate). A continuació es mostra l’esquema bàsic d’una xarxa corporativa de veu sobre Frame Relay, en el qual, a més dels dispositius que ja hem anat veient durant el curs, hi tenim com a novetat els FRAD. Els FRAD (Frame Relay Access Device) no són més que dispositius de xarxa que permeten establir una connexió entre una LAN i una WAN Frame Relay, és a dir, separa el tràfic de veu del tràfic de dades .

281

A continuació tenim l’esquema híbrid d’una xarxa corporativa de veu i dades sobre accés Frame Relay i accés a la XTC. Aquesta topologia permet que les trucades internes es cursin per la xarxa Frame Relay i les externes (tarificades) per la XTC.

Podeu consultar les capacitats i els preus als llocs web dels operadors nacionals.

[Apunts BCP]

6.5. Convergència de veu i dades

6.5.1. Evolució i convergència Una de les principals preocupacions de les empreses és poder fer convergir les seves xarxes corporatives en una sola. Sovint, quan es decideix muntar una xarxa de telefonia IP, ha de conviure amb la xarxa ja consolidada de telefonia tradicional. L’objectiu del dissenyador ha de ser crear una única xarxa de telefonia independent de la tecnologia dels equips que la formen, mantenint la premissa d’universalitat del servei de telefonia. Es parla llavors de Convergence PBX o CBX.

282

A continuació es mostren les tres possibilitats que hi ha per interconnectar el món IP amb la XTC. A l’hora de dissenyar qualsevol migració, cal tenir en compte l’equipament actual i en funció d’aquest escollir l’opció més adient; no és una bona decisió entrar a casa d’un client dient que cal canviar tot l’equipament.

Els beneficis que comporta la convergència de les xarxes de veu i dades són: • Convergència d’equipament i d’infraestructura de cablejat. • Administració i gestió unificada i centralitzada. • Alta disponibilitat. • Protecció de la inversió - Alta escalabilitat. • Plataforma multiservei - Nous serveis de xarxa. • Integració d’aplicacions que permeten:

- Incrementar la productivitat i la flexibilitat de la companyia. - Reduir els costos operatius. - Millorar l’atenció als clients i la capacitat de resposta.

A continuació tractarem de descriure quins són els diferents escenaris que ens podem trobar en la actualitat. Començarem descrivint l’escenari inicial amb telefonia tradicional i arribarem a una arquitectura tot IP, passant per solucions mixtes.

Escenari inicial amb telefonia tradicional

És tracta d’un escenari corporatiu típic d’una empresa que encara no s’ha plantejat donar el pas cap a un entorn convergent. Les xarxes de veu i dades són totalment independents, amb els inconvenients que ja hem comentat que això comporta.

283

Migració a veu sobre IP (VoIP)

Quan a una empresa li sorgeix la necessitat de reduir despeses en la factura del telèfon ha de buscar solucions a mida que donin resposta a les necessitats de renovació i d’adaptació d’infraestructures. La solució que es proposa a continuació és la més senzilla i fàcil d’implementar. Es tracta de connectar directament la PBX a la xarxa IP, de manera que totes les trucades internes passin a través de la xarxa IP i les externes surtin per la XTC.

Alhora, permet que totes les trucades interurbanes originades a la seu A i que tinguin com a destí la província on es troba ubicada la seu B es cursin a través de la xarxa IP, arribin a la PBX de la seu B i d’aquí surtin a la XTC a preu de trucada urbana.

284

En aquest cas, el primer que cal fer (si ho permet) és afegir una targeta de veu al router corporatiu o substituir-l’ho per un router que tingui capacitat de veu, el qual passarà a realitzar funcions de gateway (un voice router no és més que un router i un gateway integrats en el mateix equip). En qualsevol dels casos, la veu és empaquetada i enviada a l'enllaç WAN juntament amb les dades. El tipus d'enllaç WAN pot ser IP, Frame Relay, ATM, etc. La qualitat de la veu depèn del protocol de l'enllaç i de diversos factors, com ara algorismes de compressió, tecnologia utilitzada, ample de banda, etc. En aquests casos, sol passar que a més de reduir el nombre d’enllaços POTS o XDSI que tenim contractats amb la companyia telefònica, caldrà redimensionar els enllaços amb la xarxa IP per tal de donar cabuda al nou ample de banda requerit. Les principals característiques d’aquesta topologia són: • Enrutament de trucades en funció de l’hora del dia i del dia de la setmana, la qual

cosa permet la millor selecció de tarifa segons la franja horària. • Enrutament de trucades per destí, la qual cosa permet la millor selecció de tarifa en

funció del destí. • Modificació de la numeració, que permet manipular la cadena de marcat per

facilitar l’enrutament en funció del prefix. • Classes de servei (CoS) que garanteixen la priorització del tràfic de veu a la xarxa

de dades.

Telefonia híbrida IP-PBX

Aquest escenari és l’evolució de l’anterior, en el qual es busca la integració de veu i dades sobre les PBX convencionals. A la seu central s’escull una PBX IP, amb una targeta integrada que realitza funcions de gateway i una altra targeta que realitza funcions de switching. Al costat sucursal també s’escull una PBX IP, amb una targeta de switching integrada, encara que les funcions de gateway es deleguen en el router. La targeta de switching integrada permet connectar telèfons IP directament a la PBX, la qual cosa habilita la convivència de terminals POTS i de telèfons IP en un mateix entorn. Per no complicar l’esquema, a la seu central s’ha obviat el router que donaria connectivitat IP a la intranet de dades.

285

Les principals característiques d’aquesta topologia són: • Compatibilitat de les infraestructures tradicionals: PABX, extensions, etc. • Solució d'accés adaptada a la topologia de cada seu. • Solucions segures. • Portabilitat. • Classes de servei (CoS) que garanteixen la priorització del tràfic de veu a la xarxa

de dades.

Telefonia IP pura (Full IP)

Ens troben davant la integració total de la veu i les dades. Es substitueixen les dues PBX convencionals per una centraleta IP connectada directament a un switch corporatiu on es connecten tots els telèfons i els dispositius IP. El switch es connecta al voice router, que discrimina si el tràfic de veu s’ha d’enrutar per la xarxa IP (trucades internes) o treure a través del gateway cap a la XTC (trucades externes). Cal adonar-se que en aquesta arquitectura s’han suprimit tots el terminals POTS convencionals.

286

Les principals característiques d’aquesta topologia són: • Funcionalitats avançades de centraleta IP. Pla privat de numeració. • Solució d'accés adaptada a la topologia de cada seu. • Solucions segures. • Amplia gamma d’extensions. • Portabilitat. • Classes de servei (CoS) que garanteixen la priorització del tràfic de veu a la xarxa

de dades. • Serveis de missatgeria unificada. • Mobilitat. • Evolució a serveis multimèdia.

RESUM

A l’hora de crear una VPN, s’han de tenir en consideració dos punts molt importants: la capacitat d’integració dels nodes i dels terminals en la nova xarxa, i la possibilitat de definir un pla de negoci que contempli la inversió, el cost de manteniment en equips i comunicacions, i els serveis suportats. Sovint és interessant poder fer una previsió de les despeses per al concepte comunicacions, raó per la qual es valora el disseny de xarxes amb la possibilitat d’establir plans amb tarifa plana. En funció de la topologia de la xarxa, la infraestructura ja disponible, les distàncies i el tràfic s’optarà per una solució o una altra.

287

SESSIÓ 29: Casos pràctics

FITXA DE LA SESSIÓ

Nom: Casos pràctics Tipus: teòrica Format: no presencial Durada: 10 hores Treball a lliurar: no Material:

o Bibliografia bàsica: [Bellamy2000] [Xarxes de veu. Exercicis]

PRECEDENTS

Teoria de tràfic, xarxes corporatives i xarxa d’accés.

OBJECTIUS

L’objectiu d’aquesta sessió és l’estudi de diversos casos pràctics per definir la millor solució des d’un punt de vista tecnològic, operatiu, funcional i econòmic.

CONTINGUTS

Aplicarem els coneixements assolits fins al moment per a la resolució dels diversos casos pràctics proposats.

6.6. Casos pràctics

6.6.1. Definició de cas pràctic

Definició de cas pràctic

Una PBX actua com un commutador que gestiona el tràfic que flueix a través seu. Podem distingir entre tràfic local (entre usuaris de la mateixa PBX) i extern (entre usuaris de la PBX i usuaris d’altres xarxes). Del tràfic extern podem diferenciar entre l’entrant i el sortint. Aquesta diferència té importància per la implicació en la tarificació (només es facturen les trucades sortints) i pot ser un paràmetre força crític en certs casos (per exemple, en un Call Center). Per simplificar, nosaltres no els diferenciarem i suposarem simetria entrada/sortida. En el tràfic d’entrada, el disseny es pot complicar en funció de l’existència o no de marcació directa a les extensions. En teoria, si es passa per una operadora, el temps

288

mitjà de servei de les trucades (enllaç ocupat) seria una mica més gran en entrada. A més, si el tràfic d’entrada és elevat i la PBX treballa amb capçalera i grups de salt, l’operadora hauria de poder encuar les trucades fins a un cert nivell i el temps de cues es sumaria al temps d’ocupació de l’enllaç. Recordeu que definim una extensió com l’accés individual a cadascun dels usuaris de la centraleta. Un enllaç pot ser un accés a la xarxa commutada o una connexió amb un altre node. Normalment, els enllaços transporten diverses comunicacions multiplexades segons els estàndards estudiats (XDSI-BRI, XDSI-PRI, QSIG, circuits digitals Nx64 kbps, etc.), encara que també poden ser línies analògiques individuals (POTS) per a enllaços de backup o especials (fax, mòdem, TPV, etc.). A la següent figura teniu la modelització del tràfic d’una centraleta com a node commutador:

Quan es valora la càrrega de tràfic, se sol treballar amb dues unitats: • Erlangs . Es pot treballar amb el tràfic total de la centraleta o amb mil·lierlangs per

extensió. Permet l’aplicació immediata a les taules per al càlcul del nombre de circuits.

• Minuts/mes. Molt més fàcil d’obtenir per l’usuari mitjançant la consulta dels llistats de trucades de les centraletes o la facturació mensual.

Per dimensionar del nombre de circuits, caldrà treballar amb les taules d’Erlang. Per tant, caldrà convertir la mesura minuts/més a Erlangs.

)(ErlangMinuts

TràficdeMinuts

Mes

TràficdeMinuts → .

Es obvi que cal analitzar l’activitat de cada empresa en particular. Per tal d’establir un criteri comú, prendrem:

carregadaHoraDialacióMinuts

Hora

LaborablesDies

MesRe

60

1

22

1 ⋅⋅ .

No hi ha el mateix tràfic en qualsevol hora del dia (això suposaria fer la mitjana, tràfic total entre nombre de minuts). Per fer el dimensionament cal tenir en compte el pitjor cas: el tràfic en l’hora carregada. No intentarem determinar quina és la relació entre el tràfic en l’hora de pic i la resta del temps –caldria analitzar els registres d’activitat de

289

trucades de l’empresa (CDR, Call Data Register)–. Els estudis americans estableixen que, estadísticament, en l’hora carregada hi ha una setena part del tràfic total diari. Amb aquesta conversió tenim un valor adimensional: el tràfic en Erlangs. Es important discernir si les dades a les quals tenim accés fan referència al tràfic ofert o al tràfic cursat; recordeu que caldrà relacionar-los mitjançant la probabilitat de bloqueig assumible. A la següent figura teniu la captura del tràfic cursat per la centraleta d’una empresa. S’indica el nombre de circuits ocupats durant el dia. En aquest cas, l’empresa té contractats 6 accessos bàsics XDSI amb la xarxa pública; fixeu-vos-hi que si hi ha perspectives de creixement, en l’hora de pic estem pròxims a la congestió. Si es volgués estalviar un enllaç, caldria assumir que hi hauria intervals de temps en els quals no es podrien cursar totes les trucades.

Anàlisi de tràfic

Podeu repassar la caracterització de l’anàlisi del tràfic de les sessions 1-6.

[Bellamy2000] p. 519-523

6.6.2 Casos pràctics

Al document [Xarxes de veu. Exercicis] teniu presentats diversos casos pràctics consistents en diferents escenaris, necessitats i topologies de xarxa. Veureu que els dissenys van augmentant en dificultat, complicant-se cada cop un poc més de manera gradual.

290

Per tenir un criteri econòmic quant a altes i manteniment dels enllaços, treballeu sempre amb els preus del BOE.

RESUM

Hem vist com aplicar els coneixements adquirits en serveis i tecnologies per tal de dissenyar diferents xarxes corporatives de veu. És important recordar que el criteri tecnològic no és l’únic a considerar; cal avaluar també la relació servei/preu, l’eficiència i les prestacions.

291

Bibliografia

LLIBRES

Digital Telephony Bellamy, John C. Ed. John Wiley & sons New York, 2000 [Bellamy2000]

Telephone Switching Systems Thompson, Richard A. Ed. Artech House Boston, 2000 [Thompson2000]

Fundamentals of Telecommunications Freeman, Roger L. Ed. John Wiley and sons New York, 1999 [Freeman1999]

QSIG. The Handbook for Communications Managers InterConnect Communications Ltd (ICC) ISBN 1 870935 09 8 United Kingdom, 1995 [QSIG1995]

Data & Computer Communications, Sixth Edition Stallings, William Ed. Prentice Hall New Jersey, 2000 [Stallings2000]

Understanding Telephone Electronics Bigelow, Stephen J.; Carr, Joseph J.; Winder, Steve. Ed. Newnes Boston, 2001 [Bigelow2001]

Introduction to Telecommunications Cole, Marion Ed. Prentice Hall New Jersey, 2002 [Cole2002]

292

Ingeniería de Sistemas de Telecomunicaciones Freeman, Roger L Ed. Limusa México, 1997 [Freeman1997]

The UnPBX Margulies, Edwin K. Ed. Flatiron Publishing New York, 1997 [Margulies1997]

Teleinformática para ingenieros en sistemas de información (2 Ed.) Castro Lechtaler, Antonio Ricardo. Jorge Fusario, Ruben. Ed. Reverté Barcelona, 1999 [Castro1999]

Manual de telefonia (4 Ed.) Huidobro, José Manuel. Ed. Paraninfo Madrid, 2001 [Huidobro2001]

El libro del teléfono. Guía básica de las telecomunicaciones J.Espallargas, F. Limonche, P.Robles Ed. Progensa Sevilla, 1995 [Espallargas1995]

Teletraffic. Theory and Applications Akimaru, Haruo and Kawashima, Konosuke Ed. Springer-Verlag. 2nd Edition 1993 [Akimaru1993]

Basic Traffic Analysis Martine, Roberta R. Ed. Prentice Hall. 1994 [Martine1994]

Performance Evaluation of Communications Networks Higginbottom, Gary N Ed. Artech House 1998 [Higginbottom1998]

293

Fundamentos de telecomunicaciones Huidobro, José Manuel Paraninfo Madrid, 2001 [Huidobro2001b]

Redes y servicios de telecomunicaciones Huidobro, José Manuel Paraninfo Madrid, 2001 [Huidobro2001c]

APUNTS

Apunts telefonia analògica Enginyeria La Salle 2003 [Apunts POTS]

Apunts telefonia V5x Enginyeria La Salle Edició: 2003 [Apunts V5x]

Xarxes de veu. Exercicis Enginyeria La Salle 2003 [Apunts XVeu]

Apunts Xarxa Intel·ligent Enginyeria La Salle 2002 [Apunts XI]

Apunts interconnexió de xarxes Enginyeria La Salle 2002 [Apunts IXarxes]

Apunts centrals de commutació Enginyeria La Salle 2000 [Apunts CC]

294

Apunts ToIP Enginyeria La Salle 2002 [Apunts ToIP]

Apunts Business Communications Platform Enginyeria La Salle 2003 [Apunts BCP]

295

Glossari

ACD Automatic Call Distribution.

ACS Associated Channel Signalling.

ADPCM Adaptative Differential PCM.

ANI Automatic Number Identification.

API Application Programming Interface.

BRI Basic Rate Interface.

CAS Channel Associated Signalling.

CCITT Consultative Committee International for Telephony and Telegraphy.

CCS Common Channel Signalling.

CLASS Custom Local Area Signalling Services.

CLID Calling Line Identification.

COS Class Of Service.

CPE Centrals controlades per Programa Emmagatzemat.

CSTA Computer Supported Telephony Applications.

296

CTI Computer Telephony Interaction.

CTN Corporate Telecommunication Network.

CUG Closed User Group.

DDI Direct Dialing In.

DID Direct Inward Dialing.

DN Dial Number.

DNIS Dialed Number Identification.

DOV Data Over Voice.

DTMF Dual Tone MultiFrequency.

ECMA European Computer Manufacturers Association.

ETSI European Telecommunications Standards Institute.

ECTF Enterprise Computer Telephony Forum.

FDM Frequency Division Multiplexing.

HFC Hybrid Fiber Coax.

IDN Integrated Digital Network.

297

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers.

IN Intelligent Network.

IP Internet Protocol.

IPE Intelligent Peripheral Equipment.

IPNS ISDN PBX Networking Specification.

ISDN Integrated Service Digital Network (veure XDSI).

ISO International Standards Organization.

ISPABX Integrated Services PABX.

ITU International Telecommunications Union (veure UIT).

IVN Intervening Network.

IVR Interactive Voice Response.

JDS Jerarquia Digital Síncrona (veure SDH).

KTS Key Telephone System.

LAN Local Area Network.

LE Local Exchange.

298

MFE Multifreqüència Espanyola.

MIC Modulació per Impulsos Codificats.

MTP Message Transfer Part.

NACD Network Automatic Call Distribution.

NT Network Terminal.

PABX Private Automatic Branch Exchange.

PCM Pulse Code Modulation.

PDS Premises Distribution System.

PINX Private Integrated services Network Exchange.

PIVR Pulse IVR.

POTS Plain Old Telephone Service (veure XTB).

PRI Primary Rate Interface.

PSS1 Private Signalling System Nº 1.

PSTN Public Switched Telephone Network.

SCCP Signalling Connection Control Protocol.

299

SDH Synchronous Digital Hierarchy (veure JDS).

SL Signalling Link.

SP Signalling Point.

SS7 Signalling System Nº 7.

TA Terminal Adapter.

TAPI Telephony API.

TC Terminació de Central.

TDM Time Division Multiplexing.

TL Terminació de Línia.

TLP Transmission Level Point.

ToIP Telephony over IP.

TSP Telephony Service Providers.

TTS Text To Speech.

UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones (veure ITU).

USS User to User Signalling.

300

VoIP Voice over IP.

VPN Virtual Private Network.

WAN Wide Area Network.

XDSI Xarxa Digital de Serveis Integrats (veure XDSI).

XTB Xarxa Telefónica Bàsica (veure POTS).

XTC Xarxa Telefònica Commutada.

XTP Xarxa Telefònica Pública.