Tema 4. Xarxes de Commutació de Circuits (2014)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Telemática - 1º curso
Asignatura F.T. Fonaments Telemàtica
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 23/11/2014
Descargas 24
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 4- XARXES DE COMMUTACIÓ DE CIRCUITS 1.Introducció XTC: Xarxa Telefònica Commutada La xarxa de commutació de circuits està disenyada per el transport de veu.
Aquesta té uns requisits: ·Full Duplex: és capaç de mantenir una comunicació bidireccional, enviant i rebent missatges de forma simultània.
·Retard Baix: Al ser un servei interactiu, el retard serà de <100ms, sent 100ms el retard màxim.
·Qualitat: una alta disponibilitat (un operador està obligat a garantitzar per llei el 99,999% del funcionament). És a dir, hi ha una garantia elevada en que una trucada es durà a terme completament.
La xarxa telefonica commutada o XTC, està molt jerarquitzada. És a dir, l’espai de números telefònics està assignat de forma jeràrquica. Aixó provoca la facilitat d’assignació i també facilita l’encaminament.
1.1. Topologia Aquest tipus de topologia facilita l’assignació de números telefònics i l’encaminament.
1.2. Estructura ·TERMINALS: Estàn directament connectats a commutadors locals denominats exchanges, que están situats als centre local. Els terminals són dispositius tontos ja que tota la intel.ligencia necessària per la comunicació és proveïda per la xarxa.
·CENTRALS LOCALS: Proporcionen l’alimentació dels terminals.
Aquetes centrals locals digitalitzen els senyals entrants (normalment de veu).
Poden tenir un o més exchanges que seràn commutadors. Un exchange crea un camí per a una trucada entre terminals directaments connectats a aquest.
Per exemple com veiem a al imatge de A -> B.
  1   ·COMMUTADORS TRONCALS: És una xarxa completament connectada de forma lògica. Són enllaços de llarga distància anomenats “long haul”. De commutadors troncals n’hi ha molt pocs, és a dir, la quantitat és molt inferior respecte al nombre de commutadors locals. Hi ha una relació de 1 a 20. Els commutadors troncals fan possible un encaminament senzill; s’ha d’escollir un altre commutador del backbone que està a un sol salt de distància. També pot interessar escollir un camí amb dos salts.
1.3. Adreçament Adreçament E.164: números de telèfon. El numero de telefon ja ens dona d’on prové aquest, ens dona informació geogràfica. És a dir, ens dona la indicació de l’encaminament que cal dur a terme.
El codi de l’àrea depen de la dimensió de la província. Per exemple 93 es de la provícinia de Barcelona i 977 de la província de Tarragona. Tarragona té més xifres ja que no ha de donar xifres al exchanges ja que hi ha menys quantitat de persones que ha barcelona.
+Pero, si truques al 112? Darrere del 112 hi ha una traducció, és a dir algun element de la xarxa es traduirà al número telefònic. És una codificació especial.
2. Equips terminals 2.1. Fonaments Tenim dos tipus d’equips terminals: -Analògics: són els telèfons fixes convencionals, és a dir, els telèfons analògics.
-Digitals: hi ha telèfons que ja utilitzen el tipus digital, com es el cas de: mòdem, fax, telèfon digital...
·El telèfon està comport de: -TRANSDUCTOR VEU- SENYAL ELÈCTRIC : tradueix la veu en elèctric (el mictrofon o un altaveu).
-MARCADOR : són pulsos o tons.
-TIMBRE -SWITCHHOOK : és el botó de penjar. Aquesta paraula prové de “colgar” ja que els telèfons antic es penjaven d’una nança.
  2   Per poder disposar d’una comunicació full-duplex necessitem dos tipus de circuits: un circuit de transmissió, el qual utilitza dos fils ( el senyal és la diferència de potencial entre els dos) i un altre circuit de recepció, el qual també utilitza dos fils. En total tenim que hauriem d’utilitzar 4 fils, pero per simplificar i economitzar volem passar de tenir 4 fils a 2 fils.
Aixó provocarà un gran avantatge; serà més barat. Pero provocarà dos desavantatges: El sidetone i l’eco.
2.2. Problemes ·SIDETONE En l’equip origen (el que es té a l’orella) els cables del circuit de transmissió i de recepció es barrejen i es forma un fenoment el qual tu et pots escoltar a tu mateix. És a dir el senyal transmés entra en el circuit de recepció Cal atenual el sidetone, però interessa que l’usuari senti la seva pròpia veu ja que molta gent al no escolatr-la cridaven.
·ECO L’eco es la senyal rebuda que es reflecteix cap al seu origen. Les trucades de curta distància fan que el sidetone i l’eco siguin gairebé el mateix, i no es un problema. Peró en canvi en les trucades de llarga distància, hi ha un retard més gran del 20ms (retard >20ms). Aixó fa que els ecos molestin, i calen cancel.ladors d’eco. En tot cas, interessa mantenir el retard extrem a extrem baix.
PROBLEMES: ECO: Les connexions entre terminal i central local són de dos fils. La central local fa conversió de 2 a 4 fils o de 4 a 2 fils depenent de la utilitat. Les connexions entre centrals locals, commutadors troncals i de central local a commutador troncal es fan a partir de senyals amb multiplexació, separats de transmissió i de recepció.
Els commutadors del nucli fan cancel.lació d’eco amb DSPs (Digital Signal Process) el qual esta dedical al proces de les senyals.
2.3. Marcació El dialer o marcador envia una sèrie de tons o polsos a la central local.
Són dos tons (DTMF; Dual Tone MultiFrequency). Cada boto a la comunicació de dos tons. La forma antiga era el telèfon de roda. Cada cop que giraves la rodeta feia uns tons que era el marcador.
Un sistema de commutació de la central local és el qual interpreta per establir una trucada o activar un reenviament de petició d’establiment de trucada.
També pot enviar un senyal de trucada (ring) a un equip si li arriba una trucada, el qual subministra la potencia per la que soni el ring (fisicament).
  3   2.4. Mòdems És un dispositiu que permet enviar dades digitals (bits) en format analògic. Els modems antics feien sorolls de 56 bits. Les caractreistiques tècniques són: La xarxa sobre la que treballa (XTC, Telefonia mòbil, GSM/GPRS/UMTS/HSPA) i la capacitat de programació i configuració (Comandes AT).
Els usos típics del mòdems són per la connexió de Internet sense filsgràcies als llapis USB o el propi telèfon fent de mòdem i de control remot de màquines.
3. Transmissió 3.1. Enllaços Els enllaços tenen un ample de banda que depen del medi físic, és a dir de la capacitat. No es el mateix un parell trenat que un cable coaxial. El retard de propagació té un criteri ITU per interactivitat, que és RTT < 300ms.
També tenim una atenuació en aquets enllaços. Aquesta atenuació provoca una disminició de la potència del senyal amb la distància. També hi ha una necessitat de regeneradors per a línies llargues.
Per últim tenim que en els enllaços també hi ha d’haver-hi una compressió en comunicacions digitals, la qual oscil.la entre 30-40 ms de temps de procés.
Depenent del medi físic en el que estem l’ample de banda variarà, en la taula següent tenim uns exemples: Cost d’un enllaç: el cost de la instal.lació dependrà basicamnet de la major part de components. La longitud del medi físic no és tan important comparativament.
Les instal.lacions actuals les podem dividir en dos blocs, en els edificis; normalment es posa parell trenat, coaxial, fibra òptica... i en les grans àrees on es sol desplegar 10 cops la capacitat necessària (amb un marge de seguretat ampli).
3.2. Multiplexació La multiplexació és refereix a la habilitat de transmitir dades que provenen de diferents aparells (ja siguins emisors o receptors). En aquest casi es el parell entre el terminal i la central local, on es transporta la trucada.
En la resta d’enllaços s’hi poden transportar centenars de milers de converses. No es possible disposar d’un enllaç per a cada conversa, aixi que es fa servir la multiplexació. Es multiplexen totes les converses en un sol senyal, es a dir per un mateix cable.
Hi ha dos tipus de multiplexació a XTC, l’analògica i la digital.
  4   ·Multiplexació ANALÒGICA En la multiplexació analògica es treballa en el domini freqüencial. Les trucades son limitades en banda a 3.4kHz. És fa servir la multiplexació en divisió per freqüencia (FDM).
La multiplexació analògica és obsoleta per la digitalització de la xarxa.
·Multiplexació DIGITAL En la multiplexació digital es digitalitza la veu en mostres, en el propi telèfon o a la central local. La resta de la xarxa només tracta senyals digitals.
El flux de veu digitalitzada resultant es de 64kbps. Es prenen 8.000 mostres per segon (Teorema de Nyquist - Tema 2), i cada mostra es codifica amb 8 bits.
La multiplexació digital es treballa en el domini temporal, per divisió en temps (TDM). Es combinen fluxos de veu digital de 64kbps per a formar fluxos de major ample de banda.
Els trunks multiplexats poden ésser multiplexats més vegades:   5   4. Contingut 4.1. Commutació Tenim dos terminals que estan conectats, pero resulta que tot usuari ha de poder establir comunicaicó amb qualsevol altre, i fer conectat tots amb tothom suposaria tenim un bilió de línies a casa! Per a poder solucionar aquest problema està la commutació. Cada parell es conectat a un commutador, que alhora es troba connectat a d’altres commutadors. Aquest commutadors estableixen circuits temporals.
Antigament la connexió entre el terminal i la central local es feia amb comutadors manuals. Aquets comutadors manuals els portaven les dones ja que els homes no tenien molta paciència per establir aquestes trucades. La commutació automatica no va arribar fins els anys 60, més concretament en el 1976. Encara avui en dia, en altres paisos com Estats Units, tu pots escollir que una dona et marqui el número de manera manual. Antigament amb els commutadors manuals el problema que els hi passava era que si tu volies parlar amb la veïna, et passaven la trucada i tardava com a molt 2 minuts.
Pero en el cas de llarga distància podria tarda varios minuts més. Durant la Segona Guerra mundial com que les comunicacions del exèrcit tenien preferencies aquestes comutacions podien tardar hores. Ara amb l’automatica realment aquesta comutació tarda mili segons.
Realment en la commutació tenim dues xarxes sobreposades. És a dir, dues xarxes separades, i sobreposades.
Aquestes dues xarxes s’anomenen plans.
El pla de dades (que es el circuit físic per on va la teva veu), i el pla de control (que es també un circuit físic que utilitza les mateixes dades que el pla de dades, pero està separada, per a que l’usuari no pugui manipular el contingut). Aquest pla de control és la via per on es comuniquen els commutadors entre si. On viatja aquesta informació de senyalització que es la necessaria per establir un circuit.
  6   És a dir tenim dos plans que estan separats pero que funcionen (aquets switch) gracies a; El switch commutador, que és el que transporta la veu i el switch controller (controlador del commutador) és la intel.ligéncia que hi ha en aquest commutador. És la intel.ligencia per saber quina entrada o quina sortida he de commutar, amb quin commutador he de realitzar aquesta commutació, etc. El switch controller manega les peticions per a establir i finalitzar circuits. Quan l’usuari marca un número de telèfon, els switch controllers estableixen un camí d’origen a destí.
Només tenim una xarxa, la qual peró tenim integrat dins dos plans. En aquets dos plans nomes és comunican els switch.
5. Senyalització 5.1. Dues xarxes? Antigament la commutació no tenia aquets dos plans sobreposats i separats, sinó que estaven junts. Aixó suposava un problema. En aquest problema se li diu la senyalització. La senyalització realment és quan parlen entre si els commutadors. És a dir els missatges que necessites perque puguis establir un circuit entre si, tancarlo, tarificarlo... Aquesta senyalització és l’idioma que utilitzen entre si, dit d’una altre manera és com comparar el protocol d’encaminament entre routers de xarxes commutades de paquets, doncs aqui tenim la senyalització.
Antigament els router parlaven entre si pel mateix camí que tu parlaves. No hi havia aquesta diferenciació de capes sobreposades. Aixó comportava un problema: El capità Crunch. Aquets cereals són famosos ja que van fer surgir la necesitat de separar la senyalització (dels commutadors) de la veu (dels usuaris). Aixó es va descobrir gràcies al xiulet que regalaven amb els cereals. Aquet xiulet podia despistar als commutadors, ja que aquets commutadors parlaven antigament pel mateix canal que anava la veu del usuaris. Quan tu establies una trucada escoltaves sorolls, aquets sorolls eren els commutadors parlant entre ells. Per a despistar aquets commutadors, si xiulaves amb el xiulet del capità Crunch aquets commutadors entenien: no tarifiques esta llamada. És a dir, la trucada et surtia gratuïta.
Aixó feia que el Capità Cruch fos un problema ja que el sistema era vulnerable a hackers. Per aquest motiu actualment és necessati separar la senyalització del canal del veu del usuari. Per aquest motiu els controladors utilitzen un xarxa separada per al control, de manera que no es accesible per als usuaris. És comuniquen per altres protocols, actualment Sistema Senyalización número 7 SS7 (idioma que parlen entre ells).
·Senyalització per canal comú: Aquets senyalització serparada se l’anomena senyalització per canal comú; un mateix canal de senyalització hem serveix per a intercanviar informació de multiples trucades. És a dir és un canal compartit per diversos usuaris.
Ara ja no va per tons, sinó que va per trames. Sútilitza un sistema Digital, aquet proporciona unes avantatges molt caracteristiques ja que hi ha la possibilitat d’enviar qualsevol tipus de missatge. (multiconferencies, bustia de veu...).
  7   Ara els controladors utilitzen una interfície per mitjà de la CCIS (Common Channel Interoffice Signallig), i els missatges d’aquesta segueixen les especificacions del protocol SS7 (Signalling System 7).
5.2. Trucades Com establim una trucada per mitjà de la Senyalització: Per a explicar-ho millor partim de la imatge que podem veura a dalt. Com es el diagrama d’estats d’una trucada. En blau fluix tenim les accions del usuari, i el blau fort les accions de la central o del controlador de la central. Partim del Repòs, quan l’usuari despenja el telefon, li estem enviant un missatge a al central local ja que switch hub d’aixeca. Aixó es interpretat a la central local, i aquest t’envia el to que es anomenat d’invitació a la trucada. Si no s’escolta aquet to es perque no s’ha arribat bé a la central. Un cop escoltem aquet to podem començar a marcar. Si marques pot ser amb: DTMF (Dual Tone Multi Frequency), es a dir cada numero es codifica amb la suma de tons diferents, o PULSOS. Quan has acabat de marcar la central de nou interpreta el numero marcat i envia una senyal de marcació. Mentres la central processa hi ha un temps d’espera que te una durada de mili segons. Fins aqui seria la persona que realitza la trucada.
Si ens situem al altre extrem del telfon i la trucada ha estat realitzada amb satisfacció el telefon sonarà. Arribarà una senyal a la central local que farà que soni el timbre. L’usuari despenjarà durant la trucada estarem en l’estat de Trucada, i quan un dels dos despenja hi haurà un alliberament del circuit. No fa massa temps, l’alliberament no es produïda del tot fins que la persona que havia iniciat la trucada no penjava el telefon.
En la imatge de la esquerra podem observar la senyalització de trucades en forma de diagrama de temps. Lo mateix que hi ha explicat a dalt.
  8   5.3. Altres funcions Aquesta senyalització ha de tenir en conte casos especials com per exemple la facturació. Hi ha trucades que són més cares que d’altres. Es necesita un dialeg entre els controlados i els commutadors per a tarificar segons la política de l’empresa.
Cerca en directoris: Hi ha números especials com els numeros d’emergencia (per exemple 112). Aquet numero 112 te directoris. Quan tu truques al 112 aquet directori tradueix a un número el qual li es enviada la trucada.
Un cas més especial encara seria el de la Telefonia mòbil cel.lular. Hem parlat de commutació de circuits, ja que un numero et localitzava directament a casa, pero un numero de telefon mobil com la seva paraula indica es mobil.
Com podem saber, si truquem desde casa a un mobil on estem? Doncs els tres primer digit ho indiquen (Prefijo que te relaciona con tu operador). La CMT (Comunicación Mercado Telecomunicaciones) es un organisme que depen del ministeri d’industria, es qui reparteix els prefixes a cada companyia de telefons mobils. Saben els tres primers numeros nomes pots saber l’operdador. Pero fins alli ja no saps res més.
Com ho fem per localitzar? Doncs les operadores tenen bases de dades que s’anomenen home Location Register, on guarden informació de localització dels seus usuaris. En aquet Home Location Register tenen dades de quina va ser l’estació base o cel.la que es va conectar per últim cop. Aquesta ultima aera on estava la estació base pot ser molt extensa o no, depenent d’on estiguem situats. Si per exemple estem a una ciutat hi haura més d’una estació base, pero si estem al camp pot ser que no hi hagi.
6. Contingut 6.1. Conclusions ·Xarxa telefònica commutada: – Xarxa de commutació de circuits dissenyada per al transport de veu ·Topologia i estructura – Terminals – Commutadors locals (on es fa la degitilització -8.000 muestras) On s‘alimenta el telefono. La conversió de 4 a 2 fils.
– Commutadors troncals – Enllaços ·Commutació i senyalització   9   ...