Univers idad Católica Andrés Bello Sección 4: Sistema telefónico Prof. Wílmer Pereira Sistema telefónico Servicio de transmisión de voz que se utiliza en informática si la comunicación más allá del ámbito de una red local (LAN) Red Telefónica ~ 64Kbps 1 error × 105 bits vs Red Informática 10 Mbps -100Mbps 1 error × 1013 bits La evolución va hacia permitir tráfico de de diversa índole sobre la red telefónica: Datos Voz Video (TV) ISDN (Red Numérica de Integración de Servicios) Historia y Arquitectura del Sistema Telefónico Graham Bell patentó el teléfono en marzo de 1876 (y Elisha Grey ...) Se tendía un cable entre cada par de teléfono o líneas públicas El primer centro de conmutación (manual) en 1878 La conmutación automática fue desarrollada por propietario de funeraria Arquitectura El número telefónico referencia a la jerarquía de conmutación Cables de 2, 4 o 6 hilos dependiendo de los servicios ofrecidos La última milla va al abonado y los cables entre centrales son troncales Conmutación a comienzos del siglo 20 … Transmisión Digital vs Transmisión Analógica Menos errores a pesar de la mayor atenuación, restaura más eficientemente Permite mezclar muchos servicios Mantenimiento más sencillo (El eco se evita con supresores) Más barato Última milla Analógico hacia el teléfono y digital para el tráfico entre centrales Multiplexado Se usa tanto digital como analógico con fuerte preponderancia al uso de fibra óptica FDM (Frecuency Division Multiplexing) El espectro disponible se divide en canales de uso exclusivo para cada comunicación (básicamente analógico) TDM (Time Division Multiplexing) El ancho de banda lo tiene todo el canal lógico pero sólo por cierto tiempo (adecuado a transmisión digital) FHSS o DSSS técnicas de espectro disperso … FDM en telefonía Un canal de voz en telefonía fija se modula sobre 3 KHz (4 KHz por solapamientos) Normalmente se multiplexa entre la banda de 60 a 108 KHz Un grupo conformado por 12 canales de voz Un supergrupo (5 grupos) con 60 usuario Un mastergrupo (10 supergrupos) 600 usuarios TDM en telefonía La conversión de analógico a digital (antes de los troncales) lo hace el CODEC realizando 8000 muestra/seg 125 µseg/muestra PCM 193 bits cada 125 seg 1,54 Mbps (T1) Estandares PCM Señalización de canal común: Todos los 8 bits son de datos y el bit extra adopta el patrón 0101010101 en las tramas nones y señalización para todos los canales en la tramas pares Señalización por canal asociado: Cinco de cada seis tramas tienen 8 bits de datos y la sexta tiene sólo siete bits PCM Diferencial: Para compactar se transmiten sólo los cambios entre el valor actual y el previo por lo que bastarían 5 bits en lugar de 7 Multiplexado de canales T1 No obstante a pesar de esta multiplexación cada canal sigue estando a 64 Kbps La recomendación Ex es la que se usa en Venezuela E1 a 2,048 Mbps hasta E5 a 565,148 Mbps Hay una recomendación sobre soporte óptico (SONET) OC-1 a 51,8 Mbps (33 veces un T1 y 25 veces un E1) SONET o SDH (Jerarquía Digital Síncrona) Objetivos: Interconexión de distintos operadores y PCM Troncales larga distancia Multiplexar más canales digitales Apoyo a administración y mantenimiento STS-1 810*8 = 6480 bits a 8000 veces por segundo => 51,84 Mbps Conmutación Troncales y última milla fuera vs Conmutadores dentro Conmutación de circuitos: Camino se fija al comienzo antes de enviar datos La congestión es al momento de la conexión Conmutación de mensajes: No establece conexión Sin límites en el tamaño del mensaje Ocupa el canal largo tiempo (telégrafo) Conmutación de paquetes: Ningún usuario se monopoliza el canal Cada paquete se conmuta independientemente Jerarquía de conmutadores Un árbol que sólo se altera por caminos muy congestionados Cada conexión se intenta en el nivel más bajo En Venezuela CANTV tiene 653 centrales locales Política y Telefonía en USA El gobierno interpuso demanda a AT&T por monopolio y ganó para dividir a AT&T a partir del 1 de enero de 1984. (AT&T Long Distance + 23 BOC´s) LEC: LATA: IXC: Aumento de la competencia Precios reducidos Mejor servicio Compañías de telefonía local Áreas de acceso y transporte local Compañías de tráfico interLATA AT&T, WorldCom, Sprint … LEC no puede dar servicio interLATA ni IXC telefonía local pero … CATV y telefonía celular no estaban en el dictamen … En 1996 el congreso permitió la libre competencia entre LEC y IXC ofreciendo PCN Señalización Control operativo y cobro de la transmisión (Fuera de banda) Alertas Transmisión de la dirección destino Supervisión (circuitos libres, tono de ocupado, colocar líneas no usadas como disponibles, etc La señalización de troncales (SS7) es diferente de la señalización en la última milla (solo se ocupa de la llamada y sus tonos) Tonos audibles: Disponible, retorno de campana ocupado y troncal ocupado Otros servicios: Reenvío de llamadas, conferencia, Señalización (SS7) Telefonía Celular Telefonía inalámbrica que tiende a mezclar diversos dispositivos con múltiples servicios (3G) Telefonía fija : 5 millones, Telefonía celular: 28 millones Sistemas similares: Beeper (unidireccional e unicelular con poco ancho de banda) Teléfono inalámbrico (poco alcance y ancho de banda) Teléfono unicelular (no escalable y pocos usuarios) Principios de la telefonía celular Celdas conformadas por la estación base (direccional o no) Reuso de frecuencias en celdas no adyacentes Ante congestión se subdividen más las celdas Cambio automático de celda ante usuario en movimiento handoff Suave, Duro e Intracelda Estación de conmutación independiente de la estación base (conexión vía microondas o cableada) Canal de señalización (paging, control, access y data) GSM (Digitel), CDMA1x (Movistar), CDMA1x (Movilnet) Funcionamiento de la telefonía celular Al encender Cuando se enciende el móvil, busca entre los canales de control El que encuentre disponible (posiblemente el más fuerte) Gracias al canal de control averigua el canal de paging y el de access El móvil emite su serial hasta que la estación base anuncia su existencia al conmutador (cada cierto tiempo el móvil se reregistra) Al llamar Coloca el número y SEND por lo que el conmutador busca un canal libre y notifica al móvil por el canal de control El móvil cambia al canal de voz y espera que el destinatario responda u obtenga señal de ocupado. Al recibir Escucha del canal de paging Si el móvil está encendido, se le asigna un canal de voz y comienza a repicar GSM Standard europeo (Sistema Global de Comunicaciones Móviles) Usa TDM + FDM Canales de 200 KHz por usuario 33.8 Kbps GSM usa modulación GMSK Minimiza interferencia con salto en frecuencia Arquitectura GSM Usa las bandas de: * 850 Mhz * 900 Mhz * 1,8 Ghz y * 1,9 Ghz Canales de control: * Difusión * Frecuencia * Sincronismo * Paging ... 82% del mercado Creadores del SMS Evoluciona a UMTS Elementos de la Arquitectura BTS (Base Transceiver Station): Conforma la celda con antenas sectorial u omnidireccionales 8 usuario por canal BSC (Base Station Controler): Mantenimiento de la llamada con el control del handover, gracias a la potencia del móvil MSC (Mobile Switching Centre) Establecimiento, enrutamiento y terminación de llamadas para tarificar. Además es interfaz a otras redes HLR (Home Location Register) Información del estado de cada usuario (nivel de subscripción, servicios suplementarios, etc) VLR (Visitor Location Register) Información temporal de los usuarios al momento de utilización del servicio telefónico AUC (Authentification Centre) Servidor de autentificación gracias a datos del SIM GPRS (General Packet Radio Service) Sistema de transmisión de datos sobre una red de conmutación de circuitos con optimización de uso de canales (sólo usa canales mientras envía o recibe datos) Ofrece enlaces a las redes de conmutación de paquetes (PDN) con velocidades de 56 a 114 Kbps Características de GPRS GSN (Gateway Support Node) provee la interconexión entre GSN para enlazar GSM con Internet por conmutación de paquetes HSN (Home Support Node) llegan los paquetes dirigidos al móvil en base al valor de su dirección de la respuesta Los enlaces de voz tienen prioridad sobre los enlaces de datos en algunos tipos de servicios aunque puede no haber simultaneidad En el protocolo la señalización es in-band donde los paquetes de datos y control circulan por el mismo canal Ofrece SMS, MMS, mensajes instantaneos y conexión a Internet (WAP y P2P) Se supone 2.5G aunque está migrando hacia 3G con EDGE Dispositivos GPRS Existen tres clases de dispositivos móviles teniendo en cuenta la posibilidad de usar servicios GSM y GPRS simultáneamente: Clase A Pueden utilizar simutáneamente servicios GPRS y GSM. Clase B Sólo pueden estar conectados a uno de los dos servicios. Mientras se utiliza un servicio GSM (llamadas de voz o SMS), se suspende GPRS, que se reinicia automaticamente cuando finaliza el servicio GSM. La mayoría de los teléfonos móviles son de este tipo. Clase C Se conectan alternativamente a uno u otro servicio. El cambio entre GSM y GPRS debe realizarse de forma manual. EDGE o EGPRS Es la evolución de GSM y GPRS. Usa GMSK y 8PSK para modulación y codificación En 1992 ITU lanzo IMT-2000 Velocidad de transmisión del servicio (2000 Kbps) Ancho de banda (2000 KHz) Año de puesta en servicio (año 2000) pero … nada se cumplió … sólo China Tanto EDGE como UMTS son parte de la telefonía 3G aprobada por IMT-2000 y de hecho son competidores Alcanza velocidades 384 Kbps en modo paquete. Aunque UMTS tiene mayor velocidad de transferencia, EDGE está apoyada por el standard GSM/GPRS ampliamente usado en el mundo CDMA Acceso Múltiple por División de Código Standard militar recuperado por la industria Conocido inicialmente como IS-95 (CDMAOne), propuesto por Qualcomm Cada estación se le asigna una secuencia única de bits (chip) Para transmitir 1 envía el chip y para transmitir 0 el complemento del chip La velocidad de transmisión de CDMA es mayor que sus competidores Propiedades de los chips: Cada chip es ortogonal. Por ejemplo S· T = 0 y S· S = 1 S· T = 1/m Σi=0,m Si * Ti Para saber que se transmitió el receptor aplica la fórmula para cada chip Si resultado 1 transmitió 1 -1 transmitió 0 0 no transmitió Ejemplo CDMA Tendencias de CDMA Servicios de IMT-2000 (Tercera Generación) Transmisión de voz de alta calidad Mensajería (mejor que e-mail y SMS) Multimedia y acceso a Internet Propuesta tecnicas de IMT-2000 EDGE y EGPRS (evolución de GSM sin CDMA) WCDMA (Ericsson) interactúa con GSM (UMTS) UMTS: espectro disperso + TDMA sobre distintas bandas de frecuencia CDMA2000 (Qualcomm) compatibilidad CDMAOne (1xRTT (144 Kbps) y 1xEVDO (baja 2.5 Mbps y sube 154 Kbps) Todos incompatibles Qualcomm tiene todas las patentes sobre CDMA y solo fabrica chips vendio manufactura de: celulares a Kyocera y estaciones base a Ericsson Actualmente está en una guerra de patentes con Broadcom (2007) Web Inalámbrica WAP1.0 de Nokia, Ericsson, Motorola y phone.com. Poca aceptación porque el cobro era minutos y se va a WAP2.0 WAP2.0 Se puede montar sobre cualquier estandar última milla de telefonía celular: GSM, CDMA, AMPS-D, etc Modelo push (actualización automática) y pull (recepción automática) Integra telefonía en las aplicaciones Mensajería multimedia Incluye pictogramas Interacción con dispositivos de almacenamiento Soporte de plug-ins para el navegador WAP2.0 usa WHTML que busca ser estandar internacional por sobre i-mode ... i-mode: Servicio exitoso Servicio de información sobre terminales telefónicos japonés de NTTDoCoMo 35 millones de usuarios en 3 años Está constituido por tres componentes: Una red de voz (conmutación de circuitos) separada de una red de datos (conmutación de paquetes) a 9600 bps Un nuevo microteléfono a 120x160 pixel a 256 colores Un nuevo lenguaje para el diseño de páginas Web (cHTML) El servicio de voz se cobra por minutos y servicio de datos por paquetes y no se puede usar simultáneamente El terminal presenta al usuario lista por categoría (40.000 sitios Web) El servicio más popular es correo (500 bytes) y mejor que SMS (160 bytes) El modelo de cobro es cuota básica por una cantidad de paquetes más 1$ o 2$ por acceder al sitio Los sitios oficiales dejan que NTT CoMoDo facture y se quedan con el 9% El usuario puede acceder directamente a Internet sin pasar por la lista Detalles de i-mode No soporta JavaScript , hojas de estilo, imágenes de fondo, … pero si soporta Perl, PHP, JSP y cualquier otro lenguaje del lado del servidor Incluye 166 emoji (parecido a los emoticones). Signos astrológicos, cerveza, cumpleaños, hamburguesa, … El cargo del servicio es sobre la factura telefónica porlo que no es necesario tarjeta de crédito WiFi es un rival de peso (54 Mbps contra 9600 bps). Sin embargo puede establecerse un modelo híbrido: si hay WiFi lo usas, sino se encauza vía WAP ¿Por qué es exitoso i-mode? En Japón no es común computador en casa con conexión a Internet Es muy costosa la conexión !!! El japonés promedio está mucho tiempo en el metro o tren … Comentarios y conclusiones sobre telefonía celular Crecimiento acelerado de la telefonía celular y disminución de la telefonía fija. El tráfico de datos pronto será mayor que el tráfico voz. Además los usuarios quieren equipos multifuncionales CDMA es mejor en el radio enlace mientras que GSM será el standard de centros de conmutación. Sin embargo los problemas de la patente con Qualcomm debilitan las propuestas última milla de espectro disperso (CDMA2000 y W-CDMA) Eventuales problemas de salud (discutible) 3G ofrece servicios sobre multimedios pero WiFi y WiMax son fuertes oponentes. Además UMTS vs EDGE ??? 4G viene … Unir bajo un mismo enfoque telefonía fija y celular Buhoneros de la telefonía … Italia 1930 Malasia 1920
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