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Red Telefnica de Conmutacin Pblica PSTN
Antecedente y Conceptos
Las telecomunicaciones hacen posible la
comunicacin elctrica a distancia. El
servicio puede ser privado o publico. Elgrueso de la industria de
telecomunicaciones esta dedicado a la red
telefnica y tradicionalmente estasdividida en tres parte: planta externa
(tendido de la red cableada), conmutacin
y transmisin. La transmisin se ocupadel transporte de una seal elctrica
desde el punto X hasta el puno Y. Porsu parte la conmutacin se ocupa de
conectar X con Y y no con Z.
Introduccin a las redes publica,
PSTN.
Orgenes, En 1876, Alejandro Graham
Bell presenta el telfono como inversinde la telefona que consiste de un
microtelfono y su base con un
dispositivo de sealizacin que incluye undisco para marcar o un teclado, el
microtelfono contiene dos traductores
electroacstico, el audfono o receptor elmicrfono o transmisor . Contiene
tambin un crcuito de efecto local que
permite retroalimentar hacia el receptor
parte de la energa que se transmite. En1877 se estableci la compaa
Telefnica Bell. La red telefnica bsica
se cre para permitir las comunicaciones
de voz a distancia. En los aos 1.876 -1.890, Con el sistema telefnico, solo se
podran establecer la comunicacin entredos personas creando unos enlaces entre
los usuarios de punto a punto, por medio
de un par de cobre (en un principio unnico hilo, de hierro y despus de cobre,
con el retorno por tierra) entre cada pareja
de usuarios. Cundo cada abonado se
conectaba con todos y cada uno de losdems, se obtiene una conexin de
topologa de red telefnica
completamente mallada, tal y como semuestra en la Figura 1-1: La Conexin
mediante una red completamente mallada
el tendido entre usuario es de unadistancia de 30 Km.
Figura 1-1: Conexin mediante una red
completamente mallada
Si se hacen las cuentas, esta solucin se
ve que es claramente inviable. Si se
quiere dar servicio a una poblacin de Nusuarios, con este modelo completamente
mallado, haran falta Nx(N - 1)/2 enlaces.
Por esa razn se evolucion hacia elmodelo en el que cada usuario, por medio
de un par de cobre se conecta a un punto
de interconexin (central local) que lepermite la comunicacin con el resto.
Figura 1-2: Conexin mediante una red
en estrella
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Base para la configuracin de
redes.
Se puede definir una red en
telecomunicaciones como el mtodo para
conectar centrales, de tal manera que unabonado a la red pueda conmutarse con
cualquier otro. Se tiene tres mtodos de
conexin telefnica convencional: 1) enmalla, 2) en estrella y 3) en estrella doble
o de alto orden. Las conexiones en malla
es aquella en que cada central estaconectada con cada una de las dems
mediante troncales (o enlances). En la
conexin en estrella se utilaza una centralllamada central tndem de tal forma que
todas las centrales de la red quedeninterconectada va esta central tndem
nica. La configuracin de doble estrellaes aquella en la que varios grupo de redes
en estrella se interconectan va centrales
tndem de mas alto orden.Como regla general, se pueden decir que
las conexiones en malla se utilizan
cuando existen niveles de trficocomparativamente altos entre las
centrales, como sucede en las redes
metropolitanas. Por otro lado, se utilizarauna red en estrella con niveles de trfico
relativamente bajo.
Las redes jerrquicas se desarrollaron
para ordenar o sistematizar la aplicacinreduciendo los grupos troncales de un
conmutador a una cantidad razonable,
permitiendo el manejo de altasintensidades de trafico en cierta rutas en
donde sea necesario y permite tener
trafico de desbordamiento.
Esta red tiene tres niveles asociados a losrdenes de importancia de las centrales
que constituyen la red y ciertas
restricciones con relacin al flujo detrfico. Hoy en da existen dos tipos de
redes jerrquicas, cada una atendiendo
cerca del 50% de los telfonos delmundo. Estas redes son los tipos ATT,
que se usa generalmente en Norteamrica,
y la red CCITT, que se utiliza en Europa.En lo que se refiere al enrutamiento, la
diferencia esta en los niveles o rango de
estructura entre centrales tndem y
centrales de transito. Como se muestra enla figura del tipo CCITT. Aunque ambas
tipos de centrales realizan la misma
funcin. Es decir, la conmutacin detroncales, una central tndem que atiende
rea locales, una central de transito
realiza la funcin de conmutacin detroncales en rea interurbanas o de larga
distancia. En la terminologa CCITT, las
troncales son las conexiones en os
rdenes mas alto. Los centro primario soncentrales que renen el trafico para
interconectarlo con la red de larga
distancia. El termino centro se puederelacionar con central que significa un
nodo de conmutacin, generalmente de
orden mas alto.
Norteamericano CCITT
Clases 1
Clases 2Clases 3
Clases 4
Clases 5
Centro regional
Centro de la seccinCentro primario
Centro interurbano
Oficina Terminal
Centro
cuaternarioCentro terciario
Centro secundario
Centro primarioCentro local
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RED DE TELEFONIA BASICA
Bsicamente la red de telefona bsicaest conformada por tres grandes
mdulos:
Mdulo de Acceso
Mdulo de
Conmutacin
Mdulo Troncal
El Mdulo de Acceso est integrado por
segmentos de red en cable de cobre o defibra ptica:
Segmento de Red Primaria
Segmento de Red Secundaria
Segmento de Dispersin
El Mdulo de Conmutacin puede estar
integrado por una sola central telefnica
de conmutacin o por ms de una. Laconfiguracin mnima de red permite la
interconexin con las dems redes
telefnicas adyacentes y/o
complementarias. Este mdulo est
integrado por:
Etapa de
abonado
Matriz deConmutacin
Etapa Troncal
Procesamientoy control
Sealizacin
Sincronismo
Gestin
Al Mdulo Troncal pertenecen todos losequipos e infraestructura necesarios para
la conexin entre las diferentes centralestelefnicas de conmutacin, cuando hayms de una central en la red, y para la
interconexin de la red con las dems
redes telefnicas adyacentes y/ocomplementarias, mediante fibra ptica
con tecnologa SDH.
Figura: Diagrama Esquemtico de RedTelefnica Bsica Fija.
1. Mdulo de AccesoComo consideracin preliminar se debe
indicar que para efectos de diseo y
clculo de costos se ha tomado como rea
de cobertura de una central telefnica deconmutacin un cuadriltero de 36 km2,
atendiendo a consideraciones tcnicas del
par de cobre como medio de acceso y lacalidad mnima de los niveles de voz
exigida y recomendada. El centro
telefnico se ubica en el centro de este
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cuadriltero garantizando un cubrimiento
homogneo del rea de cobertura.
En la Figura se muestran los segmentosde red primaria, secundaria y de
dispersin que conforman la red de
acceso.
1.1 segmento de red primariaEste segmento est comprendido entre los
puntos de conexin (lado calle) de las
regletas del Distribuidor General (MainDistribution Frame, MDF) y los puntos de
conexin en las regletas del armario
telefnico.El rea de cobertura se subdivide en
segmentos rectangulares de 80.000 m2
denominados reas de distrito. Cadadistrito corresponde a un armario de 300
pares primarios.
Figura: Segmento Primario de la Red de
Acceso en Cobre.
Con estas consideraciones tenemos los
siguientes datos:
Central Telefnica: rea de cobertura de36 km2
Armario: rea de distrito de80.000 m2
Dentro de un rea de cobertura, seproyectan 450 distritos, con un armario de
300 pares primarios en cada uno. Si cada
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distrito atiende hipotticamente 8
manzanas con 36 casas cada una y unalnea telefnica por cada casa, se tienen
288 lneas por distrito. Es decir que la
central telefnica proyectada atiende:
CANTIDAD DE LINEAS = 288 *
450 = 129.600
Se utilizan cables primarios de 2400
pares, los que van disminuyendo en
cantidad de pares a medida que se vanalimentando los armarios de 300 pares de
cada distrito. El nmero de cables (NC)
que salen del centro telefnico est dada
por la relacin entre el nmero de lneas ainstalar (N) y el nmero de pares por
cable primario:
NC = N / Cp = 129.600 / 2400 = 54
cables de 2400 pares
Se utilizan cables primarios de 2400,
1800, 1500, 1200, 900, 600 y 300 pares,
todos distribuidos mediante canalizacin
subterrnea. Las cmaras se ubican cada50 metros.
2 SEGMENTO DE REDSECUNDARIA
Este segmento est comprendido entre los
puntos de conexin del armario y los
puntos de conexin en las cajas dedispersin de 10 pares instaladas en los
postes.
Se utilizan armarios Krone de 1200 parescableados con 300 pares primarios y 400
pares secundarios. Considerando un
armario por cada distrito, se requieren
450 armarios para el rea de cobertura.
Figura: Segmento Secundario de la Red
de Acceso en Cobre.
Se utilizan cables de 200, 150, 100, 80,
30 y 20 pares para distribucin de la redsecundaria en cada distrito. De armario
salen dos cables de 200 pares.
En cuanto al criterio utilizado para la
ubicacin de los postes, estos se instalan
cada 50 metros, por lo que para cada rea
de distrito se proyectan 40 postes.
3 SEGMENTO DE DISPERSINEste segmento est comprendido entre lacaja de distribucin localizada en el poste
y el punto de conexin en la caja mural
(strip telefnico) en el lado del cliente. La
utilizacin de la caja es del 80%, es decir,8 pares por caja de 10 pares, con
acometidas de no ms de 60 metros.
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Figura: Segmento de Dispersin de laRed de Acceso en Cobre.
Adems, para el caso de clientes conrequerimientos en cantidad de lneas que
superen las 10 en un mismo punto de
conexin, se definen los segmentos
primario y secundario directo en cobre,que hacen referencia a la distribucin
directa desde la central al strip telefnico
del cliente.
4 SEGMENTO PRIMARIODIRECTO EN COBRE
Est comprendido entre los puntos de
conexin (lado calle) de las regletas delDistribuidor General (MDF) y el strip
telefnico en el lado del usuario, sin pasar
por el armario, postes no cajas dedispersin. Este segmento es totalmente
canalizado con cmaras cada 50 metros.
Se utiliza este tipo de acceso paraaquellos casos en que un mismo cliente
asociado a un mismo strip telefnico,
supere la demanda de 100 lneas.
Figura: Red de Acceso Directa en Cobre.
5 SEGMENTO SECUNDARIODIRECTO EN COBRE
Est comprendido entre los puntos de
conexin del armario y el strip telefnico
en el lado del usuario, sin pasar por lospostes ni cajas de dispersin. Este
segmento es totalmente canalizado con
cmaras cada 50 metros.Se utiliza este tipo de acceso para
aquellos casos en que un cliente asociado
a un mismo strip telefnico, tenga una
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demanda entre 10 y 100 lneas
telefnicas.Para el caso de clientes con red
secundaria directa, y para distancias que
no superen los 3 Km desde la central
telefnica, se puede implementar el usode tecnologas como la HDSL para
instalar 30 lneas utilizando uno o dos
pares de cobre
II MODULO DE CONMUTACION
La central telefnica de conmutacin es la
encargada de atender las solicitudes de
conexin proveniente de los abonados y/o
de otras centrales o redes telefnicas ymediante el anlisis del nmero marcado
por el usuario, encaminar el trfico haciasu destino, el cual puede terminar en la
misma central o ser enrutado hacia otras
centrales o redes.
Mtodos de Enrutamiento
En general, existen tres mtodos de
enrutamiento de llamadas desde el origen,
pasando por uno o varios nodos deconmutacin intermedio. Los tresmtodos son:1) enrutamiento de extremo
a extremo, 2) enrutamiento por secciones
y 3) enrutamiento controlado porconmutadores (con sealizacin de canal
comn).
Enrutamiento de extremo a extremo, lacentral de origen determina la ruta desde
la fuente hasta el destino. El uso de este
tipo es exclusivamente a reas locales.
El enrutamiento por secciones se permitecambio en el enrutamiento a medida que
la llamada progresa hacia su destino. Este
sistema es prcticamente adecuado pararedes de enrutamiento alterno y que
manifiesten cambio en los patrones de
enrutamiento segn las variaciones detrfico. En las redes telefnicas
convencionales, la informacin de
sealizacin de cada llamada se manejasobre la misma trayectoria que se usa para
la voz, llamada a menudo, trayectoria de
conversacin. La sealizacin, consiste en
la generacin y transmisin de lainformacin que sirve para establecer la
llamada, enrutamiento por la red hasta su
destino.En las redes modernas controladas por
computadora se usa a menudo una
trayectoria separada para levar lainformacin necesaria de sealizacin.
Esto es lo que se conoce como
enrutamiento controlado por computadora
o enrutamiento con sealizacin por canalcomn con seales adaptadas para el
manejo de la red.
Conmutacin en la red telefnica
Una red de telfonos consta de trayectoriaque conecta nodos de conmutacin, de
manera que cada telfono en la red se
puede conectar con cualquier otro al quela red proporciones servicio, en el diseo
de una red telefnica que consta de
conmutacin y transmisin. Latransmisin permite que dos abonadoscualquiera de la red se escuchen
satisfactoriamente. La conmutacin
permite que la red se construyaeconmicamente concentrado los recurso
de transmisin, esto recurso constituyen
las trayectoria que conectan los nodos deconmutacin. La conmutacin establece
una trayectoria entre dos terminales
especifica que, en telefona, se conoce
como abonado. Este trmino implica unared telefnica pblica en trmino
generales, un sistema de conmutacin
satisfaces los siguientes requisitos delusuario:
1. Cada usuario tiene la necesidad
de poder comunicarse concualquier otro usuario.
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2. La velocidad de conexin no es
crtica, pero en tiempo deconexin debe ser relativamente
corto comparado con el tiempo de
retencin o el tiempo de
conversacin.3. La calidad del servicio o la
probabilidad de completar una
llamada, tampoco es crtica, perodebe ser alta. El porcentaje
mnimo aceptable de llamada
lograda durante la hora pico (HP)puede bajar hasta un promedio de
95 %, sin embargo, la meta
general del grado de servicio
para el sistema debe ser de 99 %(p=0.1 por enlace en una
conexin internacional).
4. El abonado espera y supone uncarcter privado en su
conversacin, pero por lo comn
no la pide especficamente ni sele puede garantizar, excepto en
caso especiales.
5. La principal forma decomunicacin, para la mayora de
los usuario, ser la voz (o el canal
de voz)
Numeracin una de las base de la
conmutacin
Un abonado telefonito que observe hacia
el interior de una red telefnica vera una
especie de rbol con varias ramas, queconstituyen los enlaces. Para alcanzar a
ese abonado, se establece una conexin
utilizando una eleccin en cada punto de
ramificacin. Tambin se presentatrayectoria alterna. La llamada se
encamina a travs del nmero telefnico.
Este nmero es el que activa elconmutador o los conmutadores en los
puntos de ramificacin.
El nmero telefnico realiza dosoperaciones importante: 1) enruta la
llamada; y 2) activa los aparatos
necesario para el cargo correspondientede la llamada. A cada abonado se le
asigna un nmero definido en su central
telefnica local.
Si el abonado desea hacer una llamada,levanta su microtelfono y espera el tono
de invitacin a marcar que le indica el
conmutador que le atiende. El nmero deabonado es el nmero que se debe marcar
para alczar a un abonado en la misma
rea local.Si se tiene un conmutador con capacidad
para
100 lneas, se puede atender hasta
100 abonados y se puede asignarnumero telefnico de 00 a 99
Si se tiene un conmutador con capacidad
para1000 lneas, se puede atender
hasta 1000 abonados y se puede
asignar numero telefnico de 000a 999
Si se tiene un conmutador con capacidad
para10,000 lneas, se puede atender
hasta 10,000 abonados y se puede
asignar numero telefnico de 0000
a 9999Los puntos crticos se presenta cuando el
numero de abonado alcanza los valores de
100, 1000 y 10,000.Para analizar la conmutacin, se
considerarn centrales con nmeros de
abonados de siete dgitos, como: 278-3677, donde 278 identifica la central local
y 3677 identifica al abonado.
ConcentracinUna clave para el diseo de la
conmutacin y la red es la concentracin.La central de conmutacin local
concentra el trfico. La concentracin
reduce la cantidad de trayectoria de conconmutacin o enlace dentro de la central
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y el numero de troncales que se conectan
la central local con otras centrales. Elconmutador realiza tambin la funcin de
expansin para permitir que todos los
abonados atendidos por la central tengan
acceso a las troncales de entrada y a latrayectoria de conmutacin local
Funciones bsicas de la
conmutacin
En general una central local existen los
medios para conectar cada lnea deabonado con cualquier otro en la misma
central. En un conmutador o central
convencional hay ochos funciones
bsica:
Interconexin
Control
Alerta
Atencin
Recepcin de informacin
Transmisin de informacin
Prueba de ocupado
Supervisin
Todos los conmutadores telefnicostienen, como mnimos, tres elementosfuncionales: concentracin, distribucin y
expansin.
III. MODULO TRONCALEl segmento de red troncal interconecta
dos centrales de la misma red CMETo una central Tndem de la red
CMET con una central Tndem de
otra red adyacente.
Figura: Segmentos de Red: Troncal,Primaria, Secundaria y de Dispersin.
Esta red est implementada con cables de
fibra ptica de 12 hilos en configuracinde anillo usando tecnologa de
transmisin SDH.
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1. Red Jerarqua Digital Plesicrona(PDH)
En la dcada de los setenta empezaron a
aparecer los primeros sistemas digitalesde transmisin basados en PCM
(Modulacin por Impulsos Codificados).
Este sistema digitaliza la seal telefnica.
Los parmetros de digitalizacin son:
Frecuencia de muestreo:8000
Nmero de bits: 8
Ley A (Europa)
Ley (USA y Japn)
Una vez digitalizada se transmite por la
lnea junto con el resto de seales
utilizando tcnicas de multiplexacin por
divisin en el tiempo (TDM). La seal de4 KHz queda convertida en un flujo de
bits que se transmite a 64 Kbps. Esta
velocidad es la unidad de conmutacin
utilizada en las redes.
1.1 La trama bsica E1 de 2 Mbps
La trama bsica utilizada en los sistemas
europeos es la trama de 2 Mbps, tambin
denominada E1. En la RecomendacinG.703 queda definida su estructura
bsica, la trama de 2 Mbps (E1), como la
agrupacin de 30 canales de voz ms dos
canales adicionales: alineamiento ysealizacin con 8 bits cada una. Ver
figura 2.
Figura 2. Trama de 2 Mbps, E1.
Como puede apreciarse en la figura 2, la
trama de 2 Mbps est subdivida en 32
intervalos (slots) de tiempo, cada uno deello con 8 bits. Tiene por lo tanto una
longitud de 32 bytes 8 bits = 256 bits. La
trama tiene una frecuencia de muestreo de8000 veces por segundo, es decir se enva
una trama cada 125 s, por lo que el
rgimen binario es de 2048 Kbps.
La trama bsica de 2 Mbps representa un
buen ejemplo de multiplexacin
determinstica, (trama E1) se formamediante un proceso de multiplexacin de
30 canales tributarios, al que se le suma
una seal de cabecera e informacin desealizacin. El intervalo de tiempo cero
es utilizado para transportar la seal de
alineamiento de trama (FAS, FrameAlignment Signal), siendo transmitidacada dos tramas y alternndose con una
palabra de alarmas, denominada NFAS
(Not Frame Alignment Signal). Elintervalo de tiempo 16 se utiliza bien para
transportar la sealizacin asociada de los
canales tiles:
1. Sealizacin CAS (Channel Associated
Signaling).
2. Sealizacin Canal D del accesoprimario de la RDSI.
3. Sealizacin y control del protocolo de
acceso V.5
Con la introduccin de la sealizacin por
canal comn (SS7), el intervalo de tiempo16 pasa a utilizarse para transporte de un
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canal til adicional de datos o voz. La
sealizacin de todos los canales tiles devarias tramas es transportada en un canal
til (de una de las tramas) designado para
ello pero de manera no asociada
forzosamente a los canales de su propiatrama.
1.2 Alineamiento de la trama E1
El intervalo de tiempo o canal 0 se utiliza
para transmitir la cabecera de la trama dela trama de acuerdo con el siguiente
esquema:
1. La palabra de alineamiento de trama
(FAS) se transmite en las tramas pares 0,2, 4, 6 y contiene la secuencia binaria Sj 0
0 1 1 0 1 1. El primer bit Sj est
reservado para uso internacional. Suele
tener el valor 1 o se utiliza para albergarun cdigo CRC-4, el cual ser tratado
ms adelante.
2. En las tramas impares se utiliza el
canal 0 para transmitir informacin deservicio.
La secuencia Sj 1 A A X X X X. El
primer bit Sj est reservado para usonacional o para albergar informacin de
alineamiento. El segundo bit se fija a 1
para evitar la simulacin de la palabra dealineamiento de trama. El siguiente bit,
primer bit A (ms significativo) se utiliza
para enviar informacin de alarmas
urgentes. El siguiente tambin es un bitde alarma pero no urgentes. Los bits X se
reservan para uso nacional.
Figura 3. Alineamiento de la trama de 2Mbps
1.3 Sealizacin CAS de la trama E1
Una de las aplicaciones del canal 16 era el
transporte de la sealizacin CAS, la
informacin necesaria para conmutar yencaminar los 30 canales (cdigos de
sealizacin y estado). Para enviar la
sealizacin correspondiente a un canalse utiliza 4 bits. Los otros 4 bits del
intervalo de tiempo 16 se utilizan para
enviar la sealizacin de otro canal. Estoquiere decir que por trama se sealizan 2
canales. Para sealizar los 30 canales es
necesario enviar 15 tramas. La manera desealizar ser en la trama i, se sealizarn
los canales i y canal i+16, ver tabla 1.
Debido a que se necesita 15 tramas parasealizar los 30 canales se necesita crear
una multitrama de sealizacin la cual
debe contener informacin de
alineamiento de multitrama.Esta informacin se enva en el intervalo
de tiempo 16 de la trama 0, y en las 15
tramas siguientes la informacin desealizacin.
Trama Canal 16 de 4 bits
0 0000 1011
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1 Canal 1 Canal 17
2 Canal 2 Canal 18
3 Canal 3 Canal 19
4 Canal 7 Canal 20
---- ------------- --------------
13 Canal 13 Canal 2914 Canal 14 Canal 30
15 Canal 15 Canal 31
Tabla 1. Sealizacin en intervalo de
tiempo 16
1.4 Jerarquas de orden superior E2,
E3 y E4
La trama de 2 Mbps (E1) se puede
combinar para dar lugar a niveles
superiores: 8Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps y565 Mbps.
Figura 5. Agregados de orden superior dela Jerarqua Digital Plesicrona.
Las seales agregadas de orden superiorse multiplexan con 4 seales de entrada.
La trama de 2 Mbps se obtiene como
resultado de multiplexar 30 canales ms 2
canales, uno de alineamiento y otro desealizacin. El siguiente orden de
multiplexacin se formara a partir de
multiplexar 4 tramas de 2 Mbps dandocomo resultado la trama de 8 Mbps o
trama E2. El siguiente orden se obtiene al
multiplexar 4 tramas E2, dando lugar a latrama E3 o trama de 34 Mbps. La trama
de 140 Mbps o trama E4 se obtiene como
resultado de multiplexar 4 tramas de 34
Mbps o tramas E3. Sealar que la tramaE1 se forma a partir de la multiplexacin
a nivel de bytes de los canales de
informacin y que las tramas E2, E3 y E4se forman a partir de la multiplexacin a
nivel de bits. Indicar que esto supone un
problema a la hora de extraer la
informacin de un canal, ya que sedemultiplexar todos los niveles.
Otro de los problemas que aparecen al
multiplexar es la diferencia de velocidadque presentan las distintas lneas de
entrada al transmisor, producidas por las
imprecisiones de los relojes de los
transmisores. Unas seales irn msrpido que otras, esto ocasiona:
- Si el rgimen binario de una lnea es
mayor del debido, el multiplexor notendr tiempo de llegar a leer todos los
bits en cada una de sus vueltas.
- Si el rgimen binario de una lnea esmenor del debido el multiplexor puede
que lea el mismo bit dos veces seguidas.
Para resolver este problema se utiliza un
mecanismo denominado justificacin debits o relleno de bits positivo o negativo.
TABLA I. Tasas binarias PDH en
Europa y Norteamrica.
Nivel Tasa binaria Nmero de
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nominal (Mbit/s) canales de voz
E-1 2048 30
E-2 8,448 4 x 30 = 120
E-3 34,368 4 x 120 = 480
E-4 139,264 4 x 480 = 1920
E-5 564,992 4 x 1920 = 7680
T-1 1,544 24
T-2 6,312 4 x 24 = 96
T-3 44,736 7 x 96 = 672
T-4 274,176 6 x 672 = 4032
2. Red Jerarqua Digital Sncrona(SDH)
La jerarqua digital sncrona (SDH) se
puede considerar como la evolucin de
los sistemas de transmisin, como
consecuencia de la utilizacin la fibraptica como medio de transmisin y
como necesidad de sistemas ms flexibles
y que soporten anchos de banda grandes.La jerarqua SDH se desarroll en EE.UU
bajo el nombre de SONET (SynchronousOptical NETwork) y posteriormente elCCITT (actualmente la ITU-T) en 1989
public una serie de recomendaciones
donde quedaba definida esta jerarqua conel nombre de SDH. En la tabla 1 aparece
la correspondencia entre SONET y SDH.
Uno de los objetivos de esta jerarqua
estaba en el proceso de adaptacin del
sistema PDH, ya que el nuevo sistema de
jerarqua se implantara paulatinamente ydeba convivir con la jerarqua
plesicrona instalada. Esta es la razn por
la que la ITU-T normaliz el proceso de
transportar las antiguas tramas en lanueva. La trama bsica en SDH es STM-1
(Synchronous Transport Module), con
una velocidad de 155.52 Mbps (ver tabla1).
TABLA II. Jerarquas SONET/SDH.
NivelSONET
Nivel SDHITU-T
Tasa de lnea(Mbit/s)
STS-1/
OC-1- 51,84
STS-3/OC-3
STM-1 155,52
STS-12/OC-12
STM-4 622,08
STS-18/OC-18
STM-6 933,12
STS-24/OC-24
STM-8 1244,16
STS-36/OC-36 STM-12 1866,24
STS-48/OC-48
STM-16 2488,32
STS-192
/OC-192STM-64 9953,28
Tabla 1. Jerarqua Digital Sncrona,
(SDH)
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Cada trama va encapsulada en un tipo
especial de estructura denominadacontenedor.
Una vez se ha encapsulado se aadecabeceras de control que identifican el
contenido de la estructura y el conjunto se
integra dentro de la estructura STM-1.Los niveles superiores se forman a partir
de multiplexar a nivel de byte varias
estructuras STM-1, dando lugar a los
niveles STM-4, STM-14 y STM-64.
2.1 Modelo de Referencia
Se define trayecto como el tramo
comprendido entre puntos de ensamblado
y desensamblado de contenedoresvirtuales, es decir aquellos puntos donde
se inserta o extrae la carga de transporte.
Hay dos tipos fundamentales de trayecto:1. Alto orden (HOP, High Order Path): es
aquel en el que varias cargas viajan
juntas, separndose en algn punto
(terminacin del trayecto de alto orden) yunindose con otras en su viaje por la red.
2. Bajo orden (LOP, Low Order Path):
estn asociados a cargas individuales quecirculan por la red, desde que entran hasta
que salen por la red.
La seccin de multiplexacin o de lnea
est compuesta por elementos que puedeninsertar o extraer carga de la seal de
transporte, as como asociar varias seales
de transporte a una jerarqua mayor
(ejemplo: multiplexor SMT-1, STM-16,ADM (Add & Drop Mux, multiplexor de
insercin y extraccin)).La seccin de regeneradores estconstituida por enlaces comprendidos
entre elementos que no extraen o insertan
carga. Su funcin es nicamente la deregenerar la seal para que alcance el otro
extremo en perfectas condiciones.
Entre dos nodos multiplexores siempreexiste una seccin de regeneracin,
aunque no existan fsicamente, los nodos
multiplexores asumen la tarea de
regeneracin.
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Figura 3. Arquitectura de red SDH
2.2 Estructura de la Trama STM-1
Las tramas contienen informacin de
control de cada uno de los niveles de la
red: trayecto, lnea y seccin; adems dela informacin de usuario. Los datos son
encapsulados en contenedores especficos
para cada tipo de seal tributaria.
Figura 4. Estructura de la trama STM-1
La transmisin se realiza bit a bit en el
sentido de izquierda a derecha y de arribaabajo. La trama se transmite a razn de
8000 veces por segundo. Por tanto elrgimen binario es:
Rb(STM-1) = 8000 (270 octectos 8bits
9 filas) = 155.52 Mbps
Para los siguientes niveles el rgimen
binario es:
Rb(STM-4) = 4 8000 (270 octectos
8bits 9 filas) = 622 Mbps
Rb(STM-16) = 16 8000 (270 octectos 8bits 9 filas) = 2.5 Gbps
2.2.1 Estructura de la cabecera de
seccin
Las nueve primeras columnas de la tramaSTM-1 contienen la informacin de
control de seccin y de lnea y recibe el
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nombre de cabecera de seccin, ver figura
4.1. La cabecera de seccin de regeneracin
est formada por las tres primeras filas.
La informacin de esta cabecera es
procesada en cada repetidor de lnea. Enla figura 5 aparece el contenido de esta
cabecera y el significado de uso de estos
bytes.2. La cabecera de seccin de
multiplexacin est formada por las cinco
ltimas filas. Se procesa en los
multiplexores (interfaz de lnea) donde se
extraen y combinan las seales dediferentes tramas. En la figura 5 aparece
el contenido de esta cabecera y el
significado de uso de estos bytes.
3. El rea de punteros, ver figura 5,contiene informacin sobre la posicin
exacta de la informacin de usuario
dentro de la trama; esta posicin se indicamediante punteros.
Figura 5. Estructura de las cabeceras de
lnea y de seccin
2.2.2 Estructura de la cabecera de
trayecto
La parte de datos de usuario est formada
por una cabecera de control que ocupa
una columna, denominada cabecera detrayecto y por los datos de usuario, ver
figura 4. En la figura 6 aparece el
contenido de esta cabecera y elsignificado de uso de estos bytes.
J1 Canal de retorno
B3 Paridad para la deteccin de
errores
C2 Identificar la informacin (ej:
00010011 ATM)
G1 Errores en el trayecto
F2 Canal de usuario a 64 kbps
H4 Identificador de multitrama
Z3
Z4 Reservado para uso de cada pais
Z5
Figura 6. Estructura de la cabecera de
trayecto
2.3 Definiciones
Para entender cmo se multiplexan lasdistintas tramas es necesario previamente
definir y entender una serie de conceptos:
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Contenedor (C-n) (n=1, 2, 3, 4 ): es la
informacin propiamente dicha. Cadacontenedor se define por niveles, n,
dependiendo de la trama que sea 2Mbps,
34 Mbps, 140Mbps, etc. Por ejemplo una
trama de 2 Mbps se almacena en uncontenedor C-12.
- Contenedor Virtual (VC-n). Un
contenedor virtual es la estructura paratransportar la informacin a nivel de
trayecto. En definitiva es un contenedor
con una cabecera de trayecto. Haydefinidas dos estructuras:
1. VC-n de bajo nivel (n=1, 2)
2. VC-n de alto nivel (n=3, 4)
- Unidad tributaria-n (TU-n) es laestructura que permite adaptar la capa de
bajo nivel y la alto nivel. Est formada
por un contenedor virtual de orden 1, 2, 3 y por un puntero que indica la posicin
del VC dentro de la entidad superior que
lo acoge.- Grupo de Unidad Tributaria (TUG-
n). Est formado por varias unidades
tributarias TU, ocupando posiciones fijasy definidas en la carga de VC-n de alto
nivel (n=3, 4).
Hay definidas dos estructuras:
1. TUG-2: est formado por varios TU-1
o un TU-2.2. TUG-3: est formado por varios TUG-
2 o un TUG-3
- Unidad Administrativa (AU).
Proporciona la adaptacin entre la capa detrayecto de alto nivel y la capa de lnea.
Est formada por un contenedor virtual
(VC) de alto nivel n=3, 4 y por unpuntero que indica la posicin del VC
dentro de la entidad superior que lo
acoge.- Grupo de Unidad Administrativa
(AUG). Est formada por varias unidades
administrativas ocupando posiciones fijas
en el rea de datos de una trama STM-N.Puede estar formada por:
1. Tres AU-3
2. Un solo AU.- STM-N (Synchronous transport Module
Level N). Es la estructura de informacin
utilizada para transmitir informacin anivel de seccin. Est formada por una
cabecera de seccin (SOH) y por los
datos de usuario. El campo de datos estformada por N grupos administrativos
(AUG) situados en posiciones fijas y
definidas.
En la figura 7 aparece un esquema de lasdistintas maneras que los diferentes
tributarios son organizados dentro de unatrama STM-N.
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2.3 Trama STM-N
Para multiplexar las seales en una tramahay que considerar que la trama STM-1
es la unidad bsica. Todas las seales, ver
figura 7, se encapsulan en un contenedor
con su cabecera, se combinan con otrasseales hasta completar una trama STM-
1. Cada tributario tiene su contenedor
especfico.
2.3.1 La Trama STM-4 y STM-16
La trama bsica es la STM-1 a 155.52
Mbps. La siguiente trama en la jerarqua
SDH es la trama STM-4, la cual presenta
una velocidad de 622 Mbps y es elproceso de multiplexacin byte a byte de
cuatro tramas STM-1, ver figura 8.
Figura 8. Multiplexacin de la trama
STM-4
En SDH las posibles desviaciones de reloj
se puede asimilar mediante cambios en
los valores de los punteros asociados.
2.4 Ventajas de SDH
La Jerarqua Digital Sncrona (SDH)
presenta una serie de ventajas respecto a
la Jerearquca Digital Plesicrona (PDH).Algunas de estas ventajas son:
1. El proceso de multiplexacin es mucho
ms directo. La utilizacin de punterospermite una localizacin sencilla y rpida
de las seales tributarias de la
informacin.
2. El procesamiento de la seal se lleva acabo a nivel de STM-1. Las seales de
velocidades superiores son sncronas
entre s y estn en fase por ser generadaslocalmente en cada nodo de red.
3. Las tramas tributarias de las seales de
lnea, denominadas contenedores virtuales
(VC) pueden ser subdividas para
acomodar cargas plesicronas, trfico
ATM o unidades de menor orden. Estosupone mezclar trfico de distinto tipo
dando lugar redes flexibles.
4. Compatibilidad de elctrica y ptica
entre los equipos de los distintossuministradores gracias a los estndares
internacionales.
2.5 Desventajas de SDH
A pesar de las ventajas que ofrece laJerarqua Digital Sncrona, presenta
algunas desventajas:
1. Algunas redes PDH actuales presentanya cierta flexibilidad y no son
compatibles con SDH.
2. Necesidad de sincronismo entre los
nodos de la red SDH, se requiere quetodos los servicios trabajen bajo una
misma referencia de temporizacin.
3. El principio de compatibilidad haestado por encima de la optimizacin de
ancho de banda. El nmero de bytes
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destinados a la cabecera de seccin es
muy grande, perdindose eficiencia.
2.6 Arquitectura de red SONET/SDH
Los elementos bsicos de una red ptica
SONET/SDH son: sistemas pticos delnea, multiplexores terminales, add-drop
multiplexers (ADMs) y digital cross-
connects (DXCs). Los sistemas pticos delnea estn formados por fibras pticas,
amplificadores y regeneradores, entre
otros, y proporcionan la capacidad detransmisin de la red SONET/SDH. Por
otro lado, los multiplexores terminales se
encargan de multiplexar el trfico de los
diferentes servicios a travs de interfacesnormalizados. Los ADMs ofrecen las
mismas funcionalidades que los
multiplexores terminales, si bien permitenadems acceder a una porcin del trfico
que los atraviesa para realizar labores de
insercin/extraccin (add/drop) decanales. Por ltimo, los DXCs se
encargan de realizar funciones de
conmutacin. As, un DXC permiteconexiones sin bloqueo entre cualesquiera
de sus puertos de entrada y de salida. Por
lo tanto, los DXCs son los elementos que
permiten la mayor flexibilidad en relacincon la gestin de red.
La forma de conexionar entre s los
anteriores elementos de red proporciona
la topologa de la red SONET/SDH, lacual puede ser muy variada. De este
modo, se pueden tener topologas en
anillo, malla, estrella o rbol-rama. De
entre todas ellas, las ms comunes son elanillo y la malla, las cuales se representan
en la figura 3. En el caso de la malla, cadanodo de red puede conectarse concualquier otro por medio de DXCs. Esta
topologa permite gran nmero de rutas
alternativas en caso de cada de algnelemento de red o de corte de alguna
fibra. Suele utilizarse en el ncleo de la
red. Por otro lado, el anillo consiste en
una concatenacin de ADMs, cada uno de
los cuales se encarga de insertar/extraertrfico en/de el anillo desde/hacia una
determinada rea. Suele utilizarse como
red de acceso y dispone de mecanismos
de gestin de ancho de banda y deproteccin frente a cortes de fibra o fallos
de los equipos. En el siguiente artculo se
describirn en detalle las principalesarquitecturas de anillo utilizadas en las
redes SONET/SDH, as como sus
mecanismos de proteccin.
Fig. 3. Topologas de malla y anillo enSONET/SDH.
Todas estas topologas de red puedencombinarse y enlazarse entre s para
formar arquitecturas de red ms
complejas. As, por ejemplo, variosanillos pueden enlazarse entre s por
medio de un anillo mayor utilizando
DXCs para enrutar el trfico en los puntos
de unin de dos de los anillos. En lafigura 4 se muestra una posible
arquitectura de red. Varios anillos
SONET/SDH se encargan de recoger eltrfico de diferentes usuarios (Customer
Premises Equipment, CPE) por medio de
ADMs y encaminarlo por medio de
DXCs hacia una o varias redesmetropolitanas. Asimismo, estas redes
metropolitanas disponen de enlaces conredes de largo alcance (backbone)
basadas en DWDM y que suelen tener
una estructura de malla. Estas redes deben
caracterizarse por una buena escalabilidadpara poder acomodar los incrementos de
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ancho de banda de las redes
metropolitanas.
Fig. 4. Arquitectura de red ptica
SONET/SDH.Arquitectura de una Red de
Transmisin de dato con SDH ySTM-1 hacia las centrales deconmutacin
RaLiC
RadioLinkD
RadioLinkD
RadioLink
A
RadioLinkA
RaLi
ST
STM-1
STM-1
STM-1 ST
STM-1
CBX500
CBX500
CB
X500
11 GHzNon Protected
SDH
11 GHzNon Protected
SDHN
Wave guide
Wave guide
Wave guide
Wave guide
Link D
Link A
F.O.
F.O.
F.O.
F.O.InterfaceSTM-1
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