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Conceptos Básicos de
Telefonía
Dr. Ing. José Joskowicz
[email protected]
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
Introducción
Conceptos Básicos de
Telefonía
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Evolución de la Telefonía Fija
Fixed-telephone subscriptions
per 100 inhabitants, 2001-2013
50
45
41,6
Per 100 inhabitants
40
Developed
35
World
30
Developing
25
20
16,5
15
11,1
10
5
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012* 2013*
The developed/developing country classifications are based on the UN M49, see: http://www.itu.int/ITU -D/ict/definitions/regions/index.html
Note: * Estimate
Source: ITU World Telecommunication /ICT Indicators database
(Extraído de http://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspx )
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3
Evolución de la Telefonía Móvil
Mobile-cellular subscriptions, total and per
100 inhabitants, 2005-2014
(Extraído de http://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspx )
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4
Evolución del acceso a Internet
Individuals using the Internet, total and
percentage, 2005-2014
(Extraído de http://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspx )
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5
Penetración de las TICs
Global ICT developments, 2001-2013
100
96,2
Mobile-cellular telephone subscriptions
90
Individuals using the Internet
Per 100 inhabitants
80
Fixed-telephone subscriptions
70
Active mobile-broadband subscriptions
60
Fixed (wired)-broadband subscriptions
50
40
38,8
30
29,5
20
16,5
9,8
10
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012* 2013*
Note: * Estimate
Source: ITU World Telecommunication /ICT Indicators database
(Extraído de http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html )
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Telefonía Fija vs Móvil
(en América)
(Extraído de http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html )
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SMS
(Extraído de ITU ICT Facts and Figures – The World in 2010
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Crecimiento de la telefonía móvil
(Extraído de ITU ICT Facts and Figures – The World in 2010
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10
Uruguay en 1960….
1958 –
113.000
teléfonos
1933 –
12.000
teléfonos
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En Uruguay
Evolución en servicios de comunicación (Uruguay)
6,000
cantidad (x 1.000)
5,000
Teléfonos fijos
4,000
Teléfonos Moviles
3,000
2,000
1,000
0
2104
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
año
(Según datos de URSEC)
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En Uruguay
Evolución en servicios de comunicación (Uruguay)
Internet
6,000
TV para abonados
5268
Teléfonos fijos
Cantidad (x 1.000)
5,000
4757
4437
Teléfonos Moviles
4,000
5358
4995
4112
3508
3004
3,000
2330
2,000
959
954
379
245
448
317
2006
2007
2008
2009
491
383
536
472
2011
390
164
980
2010
364
106
962
1011
593
581
1048
737
652
1059
796
686
2104
965
2013
987
1,000
0
2012
Año
(Según datos de URSEC)
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En Uruguay
Evolución en servicios de comunicación (Uruguay)
60%
Internet
Crecimiento anual
50%
TV para abonados
Telefonos fijos
40%
Telefonos Movil
30%
20%
10%
0%
2007
-10%
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
año
(Según datos de URSEC)
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En Uruguay
Cantidad total de SMS por año
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Redes de
Telecomunicaciones
Conceptos Básicos de
Telefonía
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Redes de Telecomunicaciones
Señalización
Red de Acceso
Terminal
Telefónico Fijo
Central de
Conmutación
Local
Transmisión y
Transporte
Sincronismo
Red de
Acceso
Central de
Conmutación
Celular
PBX
Corporativa
Central de
Conmutación
Local
Núcleo
de Red
Señalización
Red de
Acceso
Terminal
Celular
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PSTN: Public Switched
Telephony Network






Terminal telefónico
Red de acceso
Conmutación
Transmisión y Transporte
Sincronismo
Señalización
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Terminal Telefónico
Conceptos Básicos de
Telefonía
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Terminal Telefónico
Historia


Los primeros teléfonos instalados por Bell, y por
la Western Union, utilizaban un único hilo de
cobre por el que se enviaba tanto la
señalización como el audio (el retorno era por
tierra)
El sistema de “campanilla” fue ideado y
patentado por Thomas A. Watson en 1878

2 años después de presentada la primer patente de Bell, y ya
con la primer central telefónica funcionando en New Haven,
Connecticut, con 21 abonados
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20
Teléfono de Bell, 1877
(Extraído de http://www.sciencemuseum.org.uk )
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21
Terminal Telefónico
Historia


En 1881 (con más de 50.000 teléfonos ya en
funcionamiento), Graham Bell presentó una
patente por “teléfonos de 2 hilos de cobre”
El sistema de disco conocido hasta hace pocos
años, con teléfonos de 2 hilos sin necesidad de
cable de tierra, fue originalmente diseñado en
1908
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22
Teléfono automático de disco
Alemania, 1908
(Extraído de http://www.collection.poehlchen.de )
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23
Teléfono automático de disco
Uruguay, 1933
(Extraído de Diario El Día, 26 de febrero de 1933)
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24
Teléfono automático de disco
Uruguay, 1943 (UTE)
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25
Esquema de un teléfono:
Audio
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26
Micrófono de carbón

Patentado por Thomas Alva Edison, en 1878
(Extraído de http://www.oviedo.es/personales/carbon/carbon_mineral/carbon%20mineral.htm )
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27
Señalización


Para establecer una comunicación telefónica
entre dos dispositivos, no basta con enviar
audio
Es necesario implementar protocolos de
señalización, que permitan intercambiar
información:
 Solicitud
de iniciar una conversación
 Seleccionar con quien se desea hablar
 Indicación del progreso de la llamada (timbrando,
ocupado, etc.)
 Indicación de recepción de una nueva llamada
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28
Solicitud de iniciar una
conversación
Aparato
Telefónico
Central
Corriente de bucle
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29
Esquema eléctrico
Corriente de bucle
Central
Sensor de
corriente
R1
R
i
Aparato
Telefónico
R
2
R1
I = V / (Ri + 2R1 + R2)
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30
Esquema eléctrico
I = V / (Ri + 2R1 + R2)
R1=  L/S
 = 0,017 Ω·mm²/m
L = 1 km
S= 0,20 mm²
R1 = 0,017 x 1000 / 0,20 = 85 Ω
Ri = 600
R2 = 400
I = 48 V / (600 Ω + 2 x 85 Ω + 400 Ω) = 41 mA
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31
Selección del destino de la
conversación

En las primeras centrales telefónicas, la
selección del destino de la conversación se
realizaba mediante una “Operadora”
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32
Selección del destino de la
conversación



Los primeros sistemas que implementaron
selección del destino en forma automática
desde el aparato de origen fueron instalados en
1892, utilizando las ideas patentadas por el Sr.
Almon B. Strowger
En 1896, los hermanos John y Charles Erickson,
junto con Frank Lundquist, diseñan el primer
sistema de “disco”.
En 1960, L. Shenker, diseña el sistema de tonos
multifrecuentes (DTMF)
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33
Selección del destino de la
conversación: Disco
Corriente de bucle
Central
Aparato Telefónico
Sensor de
corriente
o
Accionada
por la
horquilla
R1
PBX
R
i
R1
Accionada
por el disco
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34
Selección del destino de la
conversación: Disco

Sistema decádico
60 ms
abierto
40 ms
cerrado
250 ms
separación entre
dígitos
I
t
Colgado
Descolgado
2
1
5
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35
Recepción de una nueva
llamada
Corriente
de campanilla
Central o
Sensor de
corriente
PBX
R1
Aparato Telefónico
Gen
90
VAC
R
2
R
C
i
R1
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36
Tensiones en el teléfono
-138 V
nominal peak
90 Vac rms.
4200 mS
1800 mS
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37
Esquema de un teléfono sencillo:
Señalización
Horquilla
(gancho)
Descolgado
Colgado
Circuito de
audio
A la central
de conmutación local
R=600 Ω
Campanilla
Disco
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38
Teléfono de disco
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39
Teléfono de disco
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40
Teléfono de disco
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41
Teléfono de disco
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42
Teléfono de disco
Condensador
Campanilla
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43
Selección del destino de la
conversación: DTMF
Accionada
Corriente de bucle
Central
o
Sensor de
corriente
por la
horquilla
Aparato Telefónico
R1
PBX
1 2 3 A
R
Audio
4 5 6 B
7 8 9 C
i
* 0 # D
R1
Cada dígito es
la suma de dos
frecuencias
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44
Dual Tone Multi Frequency
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45
DTMF: Circuito propuesto por L.
Shenker
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46
Teléfono DTMF
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47
Teléfono DTMF
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48
DTMF vs Decádico

DTMF es más rápido, ya que los tonos pueden
ser decodificados en tiempos muy cortos
 En

la señalización decádica, el “0” demora 1 segundo
DTMF permite tener hasta 16 “caracteres”
 aunque

normalmente se utilizan sólo 12
DTMF no requiere partes móviles en los
aparatos telefónicos
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49
DTMF vs Decádico

Es posible implementar señalizaciones “de
punta a punta”.
 La
señalización decádica es entre el aparato
telefónico y la central. Nunca “llega” hasta el destino.
 La señalización DTMF, que consiste en tonos
audibles, pueden llegar, una vez establecida la
conversación, hasta el teléfono destino
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50
Progreso de la llamada

Los sistemas telefónicos indican el estado del
destino a quien origina la llamada mediante
diversos mecanismos
 Envío
de diversos tipos de tonos audibles, los que
pueden ser fácilmente diferenciados e identificados
por su cadencia y / o frecuencia
 Mensajes pregrabados (por ejemplo “el número que
ha seleccionado no es correcto....”).

Este tipo de señalización no está estandarizada,
y puede diferir notoriamente entre distintos
equipos, ya sean empresariales (PBX) o
públicos
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51
Progreso de la llamada
Ejemplo de una señal de
“libre”
1 seg
4 seg
Ejemplo de una señal de “ocupado”
1 seg 1 seg
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52
Progreso de la llamada

¿cómo saber si la llamada es atendida?
Destino
Origen
Hola
Central
Telefónica
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53
Progreso de la llamada

Inversión de Polaridad
Destino
1
Origen
+
Ring
Central
Telefónica
Origen
-
2
Destino
Central
Telefónica
Hola
+
Origen
+
3
Destino
Central
Telefónica
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54
Funciones de la
Tarjeta Loop Start

Battery: Alimentación de continua
(típicamente –48 VDC)




Overvoltage Protection: Protección de sobrevoltaje
Ringing: Generación de “corriente de campanilla”
Supervision: Supervisión de la corriente de bucle
Codec: Codificador / Decodificador (conversor
analógico/digital y digital/analógico)


Hybrid: Circuito “híbrido” (conversor de 2 a 4 hilos)
Test: Relé de Test
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55
Redes de Acceso
Conceptos Básicos de
Telefonía
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Redes de Acceso

Es la parte de la red que conecta a los usuarios
con el prestador de servicios
Usuario Residencial
Prestador de Servicio
Usuario Celular
Usuario Empresarial
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57
Tecnologías de Acceso






Par de cobre
Fibra óptica
Cable coaxial
Inalámbrico
Satélite
Red eléctrica
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58
Conmutación
Conceptos Básicos de
Telefonía
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Conmutación


Conexión que realizan los diferentes nodos para
lograr un camino apropiado entre dos usuarios
de una red
Conmutación de circuitos
 Se
establece un camino “confiable y seguro” de punta
a punta, el que se mantiene durante toda la
comunicación

Conmutación de paquetes
 Cada
mensaje es enviado sin establecer previamente
una conexión entre origen y destino
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60
Conmutación
Selección
Usuario “A”

Conexión
Usuario “B”
Es el proceso para establecer una conexión
individual desde un punto de entrada (Usuario
“A”), hacia un punto de salida (Usuario “B”)
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61
Evolución de la conmutación




Manual
Automática analógica
TDM Digital
IP
Step-by-step (Solenoid Stepper Switch )
10 GB Ethernet Switch Chip
1024 x 1024 channel TDM switch
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62
Centrales de conmutación
públicas

Capacidad
 Generalmente

atienden a 10.000+ usuarios
Alcance
 Locales
 De
Tránsito
 Internacionales
 Celulares
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63
Red de conmutación pública
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64
Centrales de conmutación
privadas

Antecedentes….
 “Key


Systems” (“Sistemas de Teclas”):
Sistemas electromecánicos, que comenzaron a difundirse en
la década de 1920
Consistían en conectar varias líneas urbanas a distintos
botones o teclas de un mismo aparato telefónico.
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65
Centrales de conmutación
privadas

“PBX” (“Private Branch Exchange”):
en una “caja” las líneas urbanas y los
“internos”, o teléfonos.
 Cada teléfono se conecta con un par (o dos pares) a
la PBX.
 Las primeras PBX eran sistemas electromecánicos.
Luego evolucionaron a tecnología digitales
 Actualmente hay una fuerte tendencia hacia las “Soft
PBX” o “IP PBX”
 Centralizan
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66
Centrales de conmutación
privadas


PBX – Private Branch Exchange
Capacidad
 De
pocos usuarios
hasta 10.000+
usuarios


Soportan gran
variedad de teléfonos
e interfaces
Evolucionando a
sistemas “full IP”
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67
Transmisión y
Transporte
Conceptos Básicos de
Telefonía
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
Transmisión y Transporte


La transmisión es el proceso de transportar
información entre dos puntos de una red
En las redes de telecomunicaciones, los
sistemas de transmisión interconectan puntos
distantes, por ejemplo, centrales telefónicas
 Entre
ellas es necesario enviar un gran número de
canales
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69
Medios físicos





Pares de cobre
Cables coaxiales
Fibras ópticas
Comunicaciones por Satélites
Radio enlaces
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70
Historia



Las primeras tecnologías de transmisión y
transporte estaban basadas en tendidos de
cables de cobre, generalmente utilizando cables
multipares
El primer satélite de comunicaciones fue puesto
en órbita por la empresa AT&T, en 1962
Sobre la década de 1980 se extendieron los
tendidos de fibras ópticas, diseñadas
originalmente en la década de 1970.
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71
Historia


El primer cable de fibra óptica transatlántico, el
TAT-8, fue tendido en 1988, con una capacidad
de 40.000 conversaciones
El (prácticamente) ilimitado ancho de banda de
las fibras ópticas la ha convertido en el medio
de transporte mayormente utilizado actualmente
para los sistemas de transmisión de
telecomunicaciones
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72
Transmisión digital TDM

La tecnología digital TDM permitió la
multiplexación de varios canales de voz en
“tramas digitales”, las que conforman “jerarquías
digitales”
 PDH:
Plesiochronous Digital Hierarchy, o Jerarquía
Digital Plesiócrona
 SDH: Synchronous Digital Hierarchy, o Jerarquía
Digital Sincrónica
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73
PDH
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
74
SDH
C
VC
TU
TUG
AU
AUG
STM
Containers
Virtual Containers
Tributary Unit
Tributary Unit Group
Administrative Unit
Administrative Unit Group
Synchronous Transport Module
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
75
Transmisión en redes de
paquetes


Actualmente las redes de paquetes se usan
para transportar servicios telefónicos, voz, video
y otros medios multimedios tanto a demanda
como en tiempo real
Dentro de las tecnologías de transporte se
destaca MPLS (Multi Label Protocol Switching)
 Protocolo
de transporte de paquetes en una posición
dominante frente a los demás. IETF RFC 3031
 Permitió el desarrollo de “routers en hardware” con
mayor capacidad que los IP
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76
Sincronismo
Conceptos Básicos de
Telefonía
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
Sincronismo


Para poder decodificar apropiadamente la
información digital transmitida en las redes de
telecomunicaciones es necesario establecer
técnicas de sincronismo
Para ello se emplea una red de relojes
 Generalmente
extendidos sobre un área
geográficamente amplia

Se sincroniza tiempo y frecuencia todos los
relojes de la red, utilizando la propia red de
transporte
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78
Tipos de Relojes
ESTRATO
PRECISION
HOLDOVER
RELOJ
1+
1x10-15
N/A
Masa de Hidrógeno
1
1x10-11
N/A
2
1x10-8
1x10-10/día
3
1x10-6
3.7x10-7/día
4
1x10-5
N/A
Patrón de Cesio o GPS (PRC
Primary Reference Clock)
Osciladores de Rubidio (PRC
Primary Reference Clock)
Osciladores de Cristal Cuarzo
(Esclavo)
Osciladores implementados
con circuitos
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79
Distribución de sincronismo en
redes TDM
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80
Distribución de sincronismo en
redes de datos

SyncE (Synchronous Ethernet)
 Transmisión
de información de reloj para recuperar
frecuencia

NTP (Network Time Protocol
 Transmisión
de estampas de tiempo, recuperación de
tiempo y frecuencia.

PTP (Precision Time Protocol
 Transmisión
de estampas de tiempo, recuperación de
frecuencia, tiempo y fase.
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81
Señalización
Conceptos Básicos de
Telefonía
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
Señalización

Para establecer una comunicación telefónica
entre dos dispositivos, es necesario
implementar protocolos de señalización
 Permiten
indicar el número discado, la atención de
una llamada, etc.

Esta necesidad de señalización ha estado
presente desde los orígenes de la telefonía
 Ha
evolucionado, con el crecimiento de las redes y la
evolución de las tecnologías.

La señalización existe a todos los niveles en las
redes de telecomunicaciones y de telefonía
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83
Señalización




Entre centrales y teléfonos
Entre centrales públicas y centrales privadas
Entre centrales públicas
Entre centrales privadas
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84
Señalización entre centrales y
teléfonos

Analógica
 Ya

vista al comienzo del módulo
Digital
 Estándar:
ISDN
 Propietaria: Usada típicamente en sistemas
corporativas PBX

IP
 Estándar:
H.323, SIP
 Propietaria: Usada típicamente en sistemas
corporativas PBX
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
85
ISDN (Integrated Services Digital
Networks)
Central Telefónica
Teléfono ISDN
BRI
(Basic Rate Interface)
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86
ISDN (Integrated Services Digital
Networks)
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
87
SIP (Session Initiaton Protocol)
INVITE con SDP
100 Tryinig
180 Ringing
200 OK con SDP
ACK
Sistema Telefónico
IP
RTP Audio G.729
Teléfono IP
SIP
RTP Video MPEG-1
BYE
200 OK
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
88
Señalización entre centrales
públicas y centrales privadas

Analógica


La central privada es vista como un “teléfono” por la central
pública
Digital

ISDN




Servicio Básico (BRI)
Servicio Primario (PRI)
R2
IP

El protocolo SIP está comenzando a ser utilizado por los
operadores de telefonía pública para brindar servicios de acceso
a la red por VoIP
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
89
Señalización entre centrales
públicas


La red de señalización entre centrales públicas
más difundida es la conocida como SS7
(Signaling System Number 7).
Es típicamente el sistema de señalización
actualmente utilizado internamente en las redes
ISDN, celulares y IN (“Inteligent Networks” o
“Redes Inteligentes”).
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
90
SS7

Incluye los siguientes componentes
 SSP

Son los nodos encargados de conectar los terminales de la
red
 STP

(Signaling Transfer Point)
Son ruteadores de señalización SS7. Deciden la ruta a tomar
para cada mensaje de señalización SS7
 SCP

(Service Switching Point)
(Signaling Control Point)
Brindan servicios de almacenamiento y procesamiento de
datos, como por ejemplo la facturación (“Billing”), traducción
de números (por ejemplo 0800, 0900), etc
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91
SS7
© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015
92
SIGTRAN



El nombre proviene de “SIGnaling TRANsport”
Es un nuevo protocolo de señalización, que
básicamente paquetiza la señalización SS7 y la
envía sobre redes de paquetes basadas en IP
Utiliza el protocolo SCTP (Stream Control
Transmission Protocol) definido en el RFC 4960.
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93
Redes de Telecomunicaciones
Señalización
Red de Acceso
Terminal
Telefónico Fijo
Central de
Conmutación
Local
Transmisión y
Transporte
Sincronismo
Red de
Acceso
Central de
Conmutación
Celular
PBX
Corporativa
Central de
Conmutación
Local
Núcleo
de Red
Señalización
Red de
Acceso
Terminal
Celular
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94
Muchas Gracias!
Conceptos Básicos de
Telefonía
Ing. José Joskowicz
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