introducción a las telecomunicaciones y análisis y resolución de fallas

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Curso

Introducción

a las

Telecomunicaciones

Análisis y Resolución

de Fallas

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Capacitación Tecnológica Activa

Agenda

• Módulo I: Introducción a las redes de comunicaciones– Componentes de una red de telecomunicaciones– Fundamentos de telefonía– Transmisión y transporte de señales

• Módulo II: Análisis y resolución de fallas– Introducción a la resolución de problemas– Análisis sistemático de fallas– Tipos de problemas– Recopilación de datos– Casos reales (práctica)

• Conclusiones

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Módulo I

Introducción a las redes de Telecomunicaciones

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Componentes de una red de telecomunicaciones

• Clasificación de los medios de transmisión. – Comparación de características. – Ancho de banda, relación S/R

• Fundamentos de transmisión: – El espectro electromagnético. – Frecuencias, modulación. – Ancho de banda vs. capacidad.

• Tipos de redes, componentes y circuitos• Nodos, troncales, circuitos y rutas• Segmentos de las redes:

– Red de cliente, acceso, agregación, backbone.

• Redes de circuitos conmutados, redes de paquetes y conexiones dedicadas.

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La red de telecomunicaciones

El propósito fundamental de una red de telecomunicaciones es transferir información de sus usuarios entre sus extremos. Para tal fin, en los Terminales de inicio y fin de la comunicación, recibirá la información del usuario, que utilizarápara generar las señales a ser transmitidas al otro extremo por el medio de transmisión.

En el trayecto de una comunicación desde su origen a su destino, es posible encontrar nodos de red que permitirán transferir la información de forma transparente. Asimismo, los medios de transmisión podrán tener diferentes características en cada tramo del trayecto entre nodos.

Por lo tanto:

Información (1): sólo tiene sentido para el usuario de la red

Terminales (2): Son los componentes de la red de transmisión que toman la información del usuario y la utilizan para modular o codificar las señales del sistema de transmisión.

Señales (2): Las señales consisten en la variación de magnitudes físicas específicas de cada medio que se modifican en función del tiempo.

Medio de transmisión (3): Consiste en el vínculo que conecta nodos distantes y permite el transporte de las señales.

Nodos (4) Son puntos intermedios de la red que se utilizan para transferir la información manteniendo sus características. Pueden ser utilizados para cambiar de medio de transmisión en tramos de la comunicación

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Medios de transmisión

Materiales

No Materiales

Medios deTransmisión

Par de cobre

Coaxial

Fibra Optica

Microondas

Satélite

Celular

El medio de transmisión de una red de telecomunicaciones puede definirse como el ambiente donde se transmiten señales. Este ambiente puede ser material o “guiado” (como en el caso de pares de cobre, coaxial y fibra óptica) o no material o “virtual” como el vacío y la atmósfera, para ondas de radio en sistemas de microondas, satélite, redes celulares, etc.

Los medios materiales se pueden dividir en dos grupos:

1. Medios conductivos: La información se transmite por medio de impulsos eléctricos.

2. Medios dieléctricos: La información se transmite en forma de ondas o señales lumínicas, como en el caso de la fibra óptica

En el caso de los medios no materiales, la información se propaga únicamente en forma de ondas electromagnéticas.

La propagación de señales a través de alguno de estos medios es lo que llamamos TRANSMISIÓN

El éxito en la transmisión de información en redes de telecomunicaciones depende básicamente de dos factores: la calidad de la señal transmitida, y la calidad del medio de transmisión. Además, existen otras fuerzas que pueden resistirse a la transmisión y modificar las características originales de las señales, lo que en definitiva las degradará para el momento en que lleguen a su destino

.

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Limitaciones en la transmisión por deterioro de las señales

Los problemas más significativos que enfrenta una señal son la atenuación, la distorsión y el ruido.

La atenuación debilita la potencia de la señal en forma proporcional a la distancia transmitida. Dependiendo de las características físicas del medio de transmisión, éste absorberá parte de la energía transmitida en función de su frecuencia, limitando la distancia efectiva de uso.

La distorsión produce un cambio en la forma original de la señal transmitida. Hay dos tipos de distorsión: de amplitud y de retardo.

El ruido se refiere a señales no deseadas o espurias que son agregadas a la señal a lo largo de su trayecto por el medio de transmisión, y afectan su calidad una vez recibida en el extremo distante.

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Atenuación

Atenuación

La atenuación se expresa en decibeles, (AdB) como la relación logarítmica entre la potencia del transmisor (PTx) y y la potencia recibida (PRx) medida en ambos extremos de la distancia (d) examinada. Cada medio de transmisión tendrá una atenuación específica en función de la frecuencia o longitud de onda, que se define como atenuación por unidad de longitud (AdB/Km)

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Distorsión

Distorsión

La distorsión produce un cambio en la forma original de la señal en el extremo receptor.

Los dos tipos de dispersión que se presentan son:

• Distorsión de amplitud: Ocurre cuando cada componente de frecuencia de la señal es afectado en forma diferente. Este fenómeno se conoce también como absorción. Se produce debido a que el medio de transmisión está limitado a ciertas frecuencias por sus características físicas. Para compensar este problema, los amplificadores deben ecualizar las señales, amplificando por separado cada banda de frecuencias. El efecto de atenuación puede considerarse como una distorsión de amplitud que afecta por igual a todos los componentes de frecuencia que componen una señal en particular.

• Distorsión de retardo: Ocurre cuando la velocidad de propagación de la señal en el medio varía con la frecuencia. También se la llama dispersión. Este fenómeno es particularmente molesto en transmisión digital dado que produce Interferencia

Intersímbolo (ISI), donde un componente de la señal de un bit se ubica en el espacio de tiempo de otro bit, produciendo errores en la decodificación de la información, y por ende limitando la velocidad máxima de bit a transmitir por el medio. La capacidad máxima de transmisión (C) depende del ancho de banda del canal (B) y la cantidad de elementos de señal (M) que codifican la información.

Ejemplo: Para un modem que utiliza 16 elementos de señal y un ancho de banda de canal de 4,000 Hz, la tasa máxima de transmisión (C) es de 32,000 bits por segundo (bps)

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Ruido

Relación señal a ruido

Capacidad de un canal binario

RuidoSe conoce como ruido a cualquier señal espuria e indeseable que se agrega a la señal de

información, y no está correlacionada con ella.Se puede dividir en cinco categorías:1. Ruido térmico: Es causado por la agitación de los electrones en cualquier conductor a

temperaturas diferentes del cero absoluto. El ruido (N) es independiente de la frecuencia y proporcional al ancho de banda (B) y la temperatura (T) en grados Kelvin.

(k es la constante de Boltzmann en joules/kelvin, k = 1.3803 x 10-23)2. Ruido de Intermodulación: Es causado cuando dos o mas señales de frecuencias f1, f2,…fn

transmitidas por el mismo medio, producen señales espurias como una combinación lineal de las frecuencias transmitidas.

3. Ruido atmosférico: Es causado por las descargas estáticas de nubes, gases ionizados provenientes del sol, o señales de alta frecuencia provenientes de las estrellas.

4. Ruido impulsivo: Son pulsos energéticos de corta duración y gran amplitud causados por fuentes como maquinaria eléctrica, caídas de voltaje, etc. Si bien no suelen causar problemas en transmisión analógica, son una de las principales causas de error en transmisión digital

5. Diafonía (Crosstalk) Cuando una señal eléctrica se propaga por un conductor se genera un campo magnético alrededor, el que puede inducir corriente eléctrica en otro conductor situado a corta distancia, interfiriendo las señales.

El ruido está siempre presente en los canales de transmisión, aún cuando no se transmitan señales. Un parámetro clave en el extremo receptor para distinguir entre información y energía espuria es la relación señal/Ruido (S/N). La capacidad de transmisión teórica de un canal binario está determinada por la relación S/N para un determinado ancho de banda

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Espectro electromagnético

Distribución de las ondas dentro del espectro electromagnético:

A.- Frecuencia de la corriente eléctrica alterna industrial y doméstica.

B.- Frecuencias audibles por el oído humano.

C.- Espectro radioeléctrico (incluye las microondas).

D.- Rayos infrarrojos.

E.- Espectro de luz visible por el ojo humano.

F.- Rayos ultravioletas. G.- Rayos-X. H.- Rayos Gamma. I.- Rayos cósmicos.

Para realizar la transmisión de las señales por los medios de transmisión que componen la red de telecomunicaciones, se utilizan las características de transporte de las ondas electromagnéticas. Dependiendo del tipo de medio, cantidad de información a transmitir, tipo y calidad de la transmisión, etc. se utilizarán ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias o longitudes de onda.

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Modulación

Codificación• redes de datos, IP

• Internet

Digitalización• CD de Audio

• PCM, VoIP

Digitales

Modulación Digital• ADSL

• TV Digital

Modulación• Radio AM/FM

• Televisión

Analógicas

Señales

DigitalAnalógica

Información

Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del usuario. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje.

"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo

con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación"

"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no

son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un a canal

dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar

su transmisión."

Los mensajes o información a transmitir son útiles sólo para los usuarios finales. Por otro lado, las señales tienen sentido únicamente dentro de la red de telecomunicaciones. Estas señales se pueden clasificar en dos tipos principales:

1. Analógica o continua: En este caso las señales pueden tomar un conjunto ilimitado de valores dentro de un rango determinado

2. Digital o discreta: Sólo pueden tomar una cantidad limitada de valores. En un sistema binario, los únicos valores posibles son 0 y 1

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Características del canal de transmisión digitalUn canal de transmisión digital es un subsistema de la red de telecomunicaciones, transportado por un medio de transmisióncon una determinada capacidad para transportar información entre dos puntos: la fuente y el destino.

– Ancho de banda (en Hz) Es la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja que pueden transmitirse por el canal.

– Velocidad de bit (en bps) Mide la velocidad a la que se transmiten los bits de información por el canal. Depende del ancho de banda, limitaciones del medio y las técnicas de modulación que permitan utilizar eficientemente el ancho de banda disponible

– Rendimiento (en BER) Es la probabilidad que un bit individual se corrompa dentro de un determinado intervalo de tiempo de medición. Es una indicación de la calidad del canal

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Modelización de redes – Partición topológica

El modelo de conectividad considera una red cualquiera como una función de conectividad:

• Tiene un conjunto de interfaces de entrada/salida

• Contiene funciones para equiparar requerimientos con capacidades

La complejidad de las funciones lleva a subdividir la función en subconjuntos simplificados que permiten definir interfaces entre ellos y con el exterior.

La topología describe las posibles conexiones como relaciones entre puntos de la red

• Una red puede dividirse en subredes interconectadas a través de vínculos .

• Una subred se podrá descomponer hasta el nivel deseado de simplificación, o bien en la última capa cuando los medios de transmisión y los nodos sean visibles.

• Los nodos son los Elementos de la red: Terminales, multiplexores, regeneradores, conmutadores, etc.

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Partición funcional

El modelo de conectividad permite definir estructuras independientes conectadas. Cada nivel puede verse como una red que a su vez puede dividirse en subniveles.

En PDH las relaciones son directas, mientras que en SDH son más complejas y la función de transporte se divide en dos subniveles:

• Un nivel para conectar puntos terminales (caminos o paths)

• Uno para conectar rutas (secciones)

Este modelo permite un control de los elementos de red proveyendo compatibilidad dado que todos los proveedores utilizarán el mismo modelo abstracto.

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Topologías de red

La agrupación física (real) o lógica (virtual) de elementos de una red define su topología. Dos redes tendrán la misma topología cuando su configuración de interconexiones sea la misma, aún cuando las conexiones físicas, distancias entre nodos, velocidades de transmisión o tipos de señales sean diferentes.

La topología física describe cómo están conectados los componentes físicos de una red.

La topología lógica es el método que se usa para comunicarse con los demás nodos, la ruta que toman los datos de la red entre los diferentes nodos de la misma. Describe el modo en que los datos de la red fluyen a través de componentes físicos. Las topologías física y lógica son diferentes, dado que la topología física corresponde a la interconexión real, mientras que la topología lógica corresponde a la asignación sobre la capa física administrada por el sistema de gestión del equipo de transmisión.

Las topologías pueden clasificarse en básicas e híbridas. Estas últimas resultarán de la combinación de dos o más topologías de red, lo que impedirá definirla dentro de las categorías básicas.

Las topologías básicas son:

BUS o LINEAL: Todos los nodos están conectados a un único canal o bus, y comparten el ancho de banda disponible en él por medio de algún método. Ejemplo: 10Base-2 Ethernet.

MALLA: Tiene como mínimo dos nodos con dos o más caminos entre ellos. Cuando todos los nodos tiene una conexión directa con todos los demás nodos, se llama punto a punto o bien malla completamente conectada (Un caso particular de conexión punto a punto es entre dos nodos).

Si la red tiene n nodos, se necesitarán n(n-1)/2 conexiones para vincularlos. Ejemplo: Enlace PDH

ESTRELLA: Es una topología en la que un nodo central está conectado con todos los demás nodos, los cuales no tienen otras conexiones entre si. Puede utilizarse tanto para transmitir desde el nodo central (Ejemplo: Redes celulares desde el MSO a las celdas) o bien utilizar el nodo central para retransmitir información entre los nodos periféricos Ejemplo: Red LAN conmutada.

ARBOL: Es una combinación de varias redes estrella interconectadas que pueden subdividirse.

ANILLO: En esta topología, cada nodo tiene exactamente dos ramas conectadas, y siempre existen dos caminos posibles para ir de un nodo a cualquier otro nodo. Ejemplo: Anillo SDH, red de datos TOKEN-RING

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Tipos de Nodos o Elementos de red

Term OUTINININ

LS HS

ADM OUTIN

HS HS

IN

LS

IN

OUT

REG OUTIN

HS HS

DXC

HS/LS HS/LS

HS/LS HS/LS

IN/OUTIN/OUTIN/OUT

IN/OUTIN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

Terminal/Multiplexor Terminal

Crosconector digital

Regenerador/Repetidor

Multiplexor de extracción/inserción

Dentro de una red de telecomunicaciones, se ubican los equipos que tienen por función la conversión, interconexión, procesamiento y regeneración de las señales utilizadas para transportar la información de los usuarios. De acuerdo a los tipos de interfaces y función de los elementos o nodos de la red se pueden clasificar en cuatro tipos:

1. Terminal o Multiplexor Terminal: Se utiliza en los extremos o puntos de ingreso de una determinada red o subred de telecomunicaciones. Tiene por objeto la conversión entre las señales de usuario (que pueden ser del usuario final o provenientes de otra red) en señales acorde con la red a la que pertenecen, y la agregación (en el caso de un multiplexor) de múltiples señales en una nueva señal de orden mayor. Finalmente realiza la adaptación de su señal al medio de transmisión utilizado (cobre, fibra, radio, etc.)

2. Multiplexor de Extracción/Inserción: Se ubica en puntos intermedios de una subred, hacia la cual dispone dos interfaces. Puede dejar pasar señales de una de ellas a la otra, o bien desagregarlas y entregarlas en interfaces hacia el usuario final u otra subred diferente.

3. Regenerador: Se utiliza o bien para reconstruir las características de la señal y permitir su transporte a mayores distancias por el mismo tipo de medio de transmisión, o bien para transportar las señales a través de un medio diferente. En cualquier caso, un regenerador no altera el contenido de las señales que transporta, y siempre es parte de una misma subred.

4. Crosconector Digital: Este elemento de red puede tener interfaces que lo vinculan con distintas subredes, o bien dentro de la misma subred, a diferentes velocidades, tipos, etc. En un crosconector, todas sus interfaces o puertos son equivalentes, y su función principal es hacer circular señales entre sus puertos, realizando interconexiones a un mismo o distinto nivel.

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Troncales, nodos, rutas y circuitos

Nodo A

Datos

Datos

Nodo E

Nodo C

Nodo F

Nodo BNodo D

Circuito (path/trail) Troncales

Ruta 2

Ruta 1

Una red de telecomunicaciones está constituida por nodos (cuya función es agregar/desagregar señales, convertir señales entre distintos medios, adaptar señales a medios de transmisión, etc.) y medios de transmisión (que se utilizan para transportar las señales entre puntos de la red). Para poner en práctica la topología física que formará la red, los nodos deben ser interconectados entre sí a través de medios de transmisión. Estas conexiones entre nodos se denominan TRONCALES, y permiten el pasaje de información de múltiples usuarios entre los nodos. Una vez constituida la red, para poder comenzar a enviar información entre los nodos origen y destino, se creará un CIRCUITO que representa el camino que deberá utilizar la información de usuario para llegar de un extremo a otro. Este circuito podrá tener uno o múltiples recorridos a través de la red. Cada uno de los posibles recorridos configurados para un circuito constituye una RUTA.

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Segmentos de una red de telecomunicaciones

A efectos de facilitar la administración, aprovisionamiento y mantenimiento de servicios dentro de una red de telecomunicaciones, es común segmentar partes de la red. De esta manera, se optimiza el uso de las capacidades de los elementos de red y troncales, concentrando bien por áreas geográficas, tipos de servicios, calidades, etc.

Dependiendo del tipo de servicios, clientes, etc. que disponga un operador o conjunto de operadores de redes de telecomunicaciones, es posible encontrar uno o más de los siguientes segmentos de red:

• Acceso: Tiene por objeto llegar al usuario final para tomar la información que genera, convirtiendo su formato a señales que se puedan transportar por la red, y realizar el proceso inverso.

• Agregación: Es una red intermedia que consolida diversos puntos o subredes de acceso, con elementos de red de mayor porte y troncales de mayor capacidad.

• Backbone: Es el núcleo de una red de telecomunicaciones. Generalmente está compuesta por los nodos y troncales de mayor capacidad y no tiene acceso directo a los usuarios, sino que se utiliza para enrutar grandes cantidades de tráfico entre distintas redes de agregación o acceso.

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Circuitos y Paquetes

Conmutación de circuitos (circuit switching)

La conmutación de circuitos es un tipo de comunicación que establece o crea un canal dedicado (o circuito) durante la duración de una sesión. Después de que es terminada la sesión (p. ej.. una llamada telefónica) se libera el canal y éste podrá ser usado por otro par de usuarios.

El ejemplo más típico de este tipo de redes es el sistema telefónico la cual enlaza segmentos de cable para crear un circuito o trayectoria única durante la duración de una llamada o sesión. Los sistemas de conmutación de circuitos son ideales para comunicaciones que requieren que los datos/información sean transmitidos en tiempo real.

Conmutación de paquetes (packet switching)

En los sistemas basados en conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es ensamblada en paquetes. Cada paquete es entonces transmitido individualmente y éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-ensamblados.

Mientras que la conmutación de circuitos asigna un canal único para cada sesión, en los sistemas de conmutación de paquetes el canal es compartido por muchos usuarios simultáneamente. La mayoría de los protocolos de WAN tales como TCP/IP, X.25, Frame Relay, ATM, son basados en conmutación de paquetes.

La conmutación de paquetes es más eficiente y robusta para datos que pueden ser enviados con retardo en la transmisión (no en tiempo real), tales como el correo electrónico, paginas web, archivos, etc.

En el caso de aplicaciones como voz, video o audio la conmutación de paquetes no es muy recomendable a menos que se garantice un ancho de banda adecuado para enviar la información. El canal que se establece no garantiza esto, debido a que puede existir tráfico y nodos caídos durante el recorrido de los paquetes. Estos son factores que ocasionen que los paquetes tomen rutas distintas para llegar a su destino. Por eso se dice que la ruta que toman los paquetes es "probabilística", mientras que en la conmutación de circuitos, esta ruta es "determinística".

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Tipos de transporte de información

Conmutación de circuitos:• Tráfico constante • Retardos fijos • Sistemas orientados a conexión • Sensitivos a pérdidas de la conexión • Orientados a voz u otras aplicaciones en tiempo real

Conmutación de paquetes:• Tráfico en ráfagas • Retardos variables • Orientados a no conexión (pero no es una regla) • Sensitivos a pérdida de datos • Orientados a aplicaciones de datos

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Fundamentos de telefonía

• Características principales de la voz humana.

• Transmisión de voz analógica. Conceptos (Ancho de banda, modulación)

• Conversión digital de la voz. Codecs, PCM.

• Transmisión digital de la voz. Canal de voz. Estructura de la trama E1.

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La voz humana – Canal telefónico analógico

0 800 1200 3400 3600

Frecuencia

Hombre

Mujer

(Hz)

I

n

t

e

n

s

i

d

a

d

La voz genera formas de onda acústicas que se propagan por el aire, transmitiendo energía física. Cuando hablamos, se generan formas de onda que alternan alta presión y baja presión. El micrófono del aparato telefónico transforma las oscilaciones de presión del aire en energía eléctrica. Las características de la forma de onda eléctrica son similares a las de la forma de onda acústica

Una transmisión de voz está constituida por muchas formas de onda de diferentes frecuencias. La distribución relativa de dichas frecuencias determina el tono y timbre particular de cada persona. La voz humana ocupa la banda de frecuencias que va desde 200 Hz a 15,000 Hz, aproximadamente. El oído humano puede detectar un rango de frecuencias mayor, desde 40 Hz hasta 18,000 Hz., aproximadamente.

Un sistema de telefonía tiene por objeto transportar señales producidas por la voz humana de manera inteligible. Esto es, el destinatario debe poder entender los fonemas producidos por el originante, y además reconocer a la persona que estáhablando. Por lo tanto, la transmisión de voz debe incluir, además de los tonos fundamentales un determinado conjunto de frecuencias armónicas que configuran el timbre de la voz y son únicos para cada persona.

A su vez, por varias razones, entre ellas la reducción de la diafonía entre canales vecinos, la extensión de las líneas de transmisión, y más tarde la posibilidad de agregar muchos canales telefónicos sobre un mismo medio, es deseable que la señal a transmitir tenga el menor ancho de banda posible. Debido a que la mayor parte de la energía vocal se encuentra en el rango

Compatibilizando ambos requisitos, los sistemas de telefonía analógica se diseñaron para transmitir las señales en un rango de frecuencias de 300 a 3400 Hz, para lo cual se colocaron filtros que limitaron el ancho de banda a este rango.

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Conversión digital de la voz

Aunque los seres humanos están bien preparados para las comunicaciones analógicas, la transmisión analógica no es particularmente eficiente. Cuando las señales analógicas se debilitan debido a pérdidas de transmisión, es difícil separar las señales analógicas del ruido al azar de la transmisión. Si se amplifican señales analógicas, también se amplifica ruido, y las conexiones analógicas llegan a ser eventualmente demasiado ruidosas. Las señales binarias, teniendo compuestas únicamente de ceros y unos, se separan más fácilmente de ruido y pueden ser amplificadas sin la errores La codificación de Digital es más inmune al ruido en conexiones interurbanas.

Para poder realizar la transmisión de señales vocales de telefonía de forma digital se debe realizar un proceso de interpretación de la señal analógica y su conversión de acuerdo a determinados códigos y leyes de conversión. El procedimiento utilizado se denomina Modulación por Impulsos Codificados y consta de tres partes:

1. Muestreo: Se toman muestras de la señal analógica de entrada en períodos determinados de tiempo. El mínimo tiempo de muestreo o frecuencia de muestreo está determinado por el máximo ancho de banda analógico que se desea transmitir. Para evitar la pérdida de información, la frecuencia de muestreo debe ser como mínimo el doble de la máxima frecuencia que se desea transmitir.

2. Cuantización: Dado que una señal analógica tiene infinitos valores, luego de tomar las muestras se deberán convertir los valores obtenidos a un conjunto discreto de niveles que luego puedan ser codificados. Este proceso se denomina cuantización y se realiza de acuerdo a una ley determinada que asigna los valores en función de una escala para obtener la mejor respuesta y relación Señal a Ruido en todos los puntos de la señal muestreada

3. Codificación: Consiste en la asignación de valores binarios o palabras de un código específico a cada una de las muestras cuantizadas. Estas palabras luego serán transmitidas a través del canal.

Todo el proceso de muestreo, cuantización y transmisión de los pulsos se verán afectados por fuentes de corrupción como:

• Ruido de cuantización. Esto se debe al redondeo que se produce en el proceso de cuantización.

• Jitter. Se debe a la falta de uniformidad en la velocidad de muestreo del cuantizador.

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Cuantización – Ley de compansion

Una de las fuentes analógicas de información que se transmiten mayormente corresponde a las señales de voz humana. La voz humana puede ser caracterizada de manera estadística. En la mayoría de los sistemas de comunicaciones predominan las señales de voz de volumen bajo. El 50% del tiempo el nivel de tensión de la señal de voz es menos de ¼ de su valor rms. Los niveles altos de voz son poco probables; sólo el 15% del tiempo exceden al valor rms. La magnitud subjetiva que representa los niveles de sonido percibidos por el oído en el cerebro se conoce como sonoridad. La respuesta del oído humano no es lineal, es decir incrementando en 10 dB la presión sonora (intensidad de sonido) la sonoridad será del doble. La curva de respuesta es logarítmica.

Por otro lado el ruido de cuantización depende del nivel o paso de cuantización. Cuando el paso de cuantización es uniforme en tamaño se habla de cuantización uniforme. Un sistema así no sería apropiado para señales de voz. Aquí el ruido de cuantización sería constante, pero como el nivel de voz no es constante, la relación señal-ruido de cuantización sería variable y podría llegar a ser muy mala. Concretamente, la SNR (relación señal-ruido) sería peor para señales débiles que para señales de amplitud más elevada.

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Codificación – Ley ACÓDIGO ASIGNADO

1000XXXX

VALOR DE LA MUESTRA

1111XXXX

1110XXXX

1101XXXX

1100XXXX

-1 1 1

1011XXXX

1010XXXX

1001XXXX1

2 4 32

116 8 4 21 1 1 1

1641128

0100XXXX

0101XXXX

0110XXXX

0111XXXX

Para solucionar el problema anterior se recurre a la cuantización no uniforme. Un sistema así provee niveles de cuantización pequeños para señales débiles y niveles de cuantización más grandes para señales de mayor amplitud. De esta manera, el ruido de cuantización puede hacerse proporcional al nivel de la señal. Esto produce una mejora de la SNR (se mantiene más o menos constante para todos los niveles) a expensas de un aumento del ruido de cuantización para señales de mayor amplitud (pero que son menos probables en ocurrencia). En la práctica, una de las maneras de llevar a cabo una cuantización no uniforme es “distorsionar” primeramente la señal analógica mediante una compresión logarítmica característica y luego usar una cuantización uniforme. Esto, de alguna manera lo que hace es “estirar” la amplitud de la señal.

De esta manera, no hay preponderancia de señales de baja amplitud a la salida del compresor. Luego de la compresión, la señal distorsionada pasa por el cuantizador uniforme. Luego, en el receptor, se lleva a cabo la operación inversa, llamada expansión. El proceso par se llama compansión.

Codificación

Cada codificación en 8 bits responde a la secuencia binaria PSSS NNNN.

• El primer bit indica la polaridad (P=1 para niveles positivos y P=0 para negativos)

• 3 bits de segmento para codificar las 8 divisiones (000 corresponde al primer segmento y 111 al segmento superior). El segmento que cruza el cero se divide en dos subsegmentos, con lo cual se completan las 8 posibles combinaciones que ofrecen los 3 bits.

• 4 bits para codificar los 16 niveles dentro de cada segmento.

Finalmente, una vez que se tienen los 8 bits de cada muestra se procede a invertir los bits impares, esto para evitar una secuencia larga de ceros.

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Transmisión digital de la voz

• Ley A: Codificación de muestras en 256 niveles

8 bits por muestra

• Ancho de banda del canal: 4000 Hz

8000 muestras/seg. = 8 Khz.

• 8 bits por muestra a 8 Khz.

Velocidad de canal = 64 Khz.

El ancho de banda de un canal telefónico es de aproximadamente 4KHz (más precisamente de 300 a 3400 Hz), considerándose que se extiende desde 0 a 4000 Hz. Recordemos que el ancho de banda de un oído humano es de aproximadamente 20 Khz.. Sin embargo, a los fines de la transmisión telefónica, 4KHz es suficiente como para transmitir señales comprensibles, que permitan reconocer la voz del interlocutor y sin ocupar ancho de banda en exceso que como sabemos es un bien muy preciado.

Si, por ejemplo, quisiéramos hacerle oír por teléfono a nuestro interlocutor el sonido de un platillo de batería (16KHz aproximadamente), no sería posible por la limitación del ancho de banda. Para convertir esta señal analógica telefónica en un sistema PCM, primeramente deberíamos muestrear la señal teniendo en cuenta el criterio de Nyquist. Por lo tanto, esta señal de 4000Hz de ancho de banda debe muestrearse a una tasa de 8000 muestras por segundo.

Cada muestra cuantizada es representada luego por 8 bits. De manera que hay un total de 256 niveles, que se extienden desde los números binarios 00000000 hasta el 11111111.

Como son 8000 muestras por segundo, y cada muestra es representada por 8 bits, en el lapso de un segundo se transmiten 8 x 8000 = 64000 bits. Es decir, un canal PCM de telefonía tiene una velocidad de transmisión de 64kbits por segundo. Esto representa una muestra cada 125µseg (1 dividido 8000).

Mientras se transmita a la velocidad de 64Kbits por segundo se podrá reconstruir la señal original.

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Estructura de trama PCM (E1)

0 1 15 16 17 30 31

8 Bits 8 Bits 8 Bits 8 Bits 8 Bits 8 Bits 8 Bits

CANALCANAL - -- -

- - --

Sincronía

y control

Información Señalización Información

00 11 1515 1616 1717 3030 3131

En telefonía, se pueden agrupar varios canales PCM multiplexados para formar lo que se conoce con el nombre de trama. Este es un proceso de multiplexado por división de tiempo (TDM), en el que se muestrean varias señales individuales en diferentes tiempos y se toma una ranura de tiempo definida para la transmisión de cada muestra sobre un canal común.

Una trama E1 (norma europea) es un conjunto de 32 intervalos de tiempo (canales) PCM multiplexados (30 canales de audio + 1 canal de sincronismo + 1 canal de señalización). Es decir, se transmiten 32 canales intercalados en el tiempo. Como cada canal debe transmitirse a 64Kbits por segundo, al transmitir 32 canales multiplexados es necesario achicar la duración de cada bit.

Cada canal dentro de una trama tiene 8 bits (se llama time slot) y como son 32 canales (32 time slots) por lo tanto resulta 8 x 32 = 256 bits por trama E1. Como se deben mantener 8000 muestras por segundo pero ahora con 256 bits, resulta 8000 x 256 = 2048000 bits por segundo. O sea 2Mbits/s.

Los time slots de la trama E1 se enumeran desde 0 a 31, reservándose el intervalo 0 para sincronizar la trama y el intervalo 16 para la transmisión de señalización. Comúnmente se habla de un sistema PCM 30+2.

La trama se repite cada 125 µσεγ., que corresponde al periodo de la señal de muestreo. . Además existe una agrupación superior en la que un conjunto de 16 tramas constituye una multitrama. Las tramas se numeran del 0 al 15 dentro de la multitrama, y el tiempo de repetición de multitrama es de 16 x 125µseg. = 2ms

29


La multitrama E1

Estructura de Trama PCM con CAS (Señalización por canal asociado

1. Intervalo de tiempo 0 de las tramas pares (0, 2, 4, …14)

Aquí se tiene la palabra de alineamiento de trama (FAS: Frame Alignment Signal), la cual tienen el siguiente formato: C00011011, el bit C se utiliza para la verificación de errores CRC, en caso de no utilizarse se recomienda que se ponga el valor de 1. El resto de los bits necesariamente deben tener el valor indicado. La función de la FAS consiste en indicar al extremo receptor el inicio de cada trama, de esta forma y contando los bits, se pueden separar los bits que corresponden a las muestras de cada canal.

2 . Intervalo de tiempo 0 para las tramas impares

Contiene la palabra de no alineamiento de trama (NFAS Not Frame Alignment Signal), la cual tiene el siguiente formato: I 1 A S4 S5 S6 S7 S8.

Bit I, en las primeras 6 NFAS lleva la secuencia 001011 como alineación para el cálculo del CRC. En las dos últimas tramas lleva el valor E que informa errores de CRC calculados sobre la submultitrama anterior.

Bit 2, éste siempre debe tener el valor de 1 que es contrario a su homólogo en la FAS y sirve para distinguir una de otra.

Bit A, este bit es la alarma remota de trama, su estado natural es 0 y en 1 indica al extremo distante que se tiene algún problema con la señal digital que se está recibiendo. (RAI)

Bit 4 al 8, estos bits no tienen aplicación, normalmente se ponen a un valor de 1, algunos fabricantes de equipos los utilizan como un canal de mantenimiento.

3. Intervalo de tiempo 16 de la trama 0

Transporta la MFAS (Palabra de alineamiento de multitrama) con formato 0000. Esta palabra ocupa los primeros 4 bits de este intervalo, y su función es indicarle al receptor donde empieza la multitrama. En los siguientes 4 bits se envía la NMFAS (Palabra de no alineamiento de multitrama) con el siguiente formato 1A11. El bit A normalmente tiene el valor de 0 pero cuando se pone en 1 indica al extremo remoto que existe algún problema con el alineamiento de multitrama.

4. Intervalo 16 de las demás tramas

En éste viaja la señalización correspondiente a cada uno de los canales. Los 8 bits se parten en 2 grupos y cada uno de ellos indica la señalización de un canal de información en particular. Cada trama transporta la señalización de una pareja diferente de canales.

Esta estructura de trama que estudiamos está estandarizada en la norma G.704 del ITU-T.

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Códigos de Línea Binarios

0 1 0 0 1 1 0 1 0

Señal

NRZ

Señal RZ

Reloj

Códigos Binarios. Existen 2 códigos de este tipo el NRZ y el RZ que se explicarán a continuación:

Código NRZ. Este código es tal vez el más sencillo de todos, se le llama binario pues sólo tienen dos niveles de voltaje, positivo y cero. La presencia de voltaje se usa para representar un “1” y la ausencia para un cero. Su característica principal es la ocupación del 100% del ciclo de trabajo de un bit.

Código RZ. Este es muy similar al anterior con la variante de que a la mitad de cada ciclo de reloj la señal (50% del ciclo de trabajo de un bit), y en el caso de los pulsos siempre hay un retorno a cero. La principal diferencia entre NRZ y el RZ es que la frecuencia fundamental en RZ es igual a la velocidad binaria y en NRZ la frecuencia fundamental es la mitad de la velocidad binaria con lo que el ancho de banda se hace más eficiente.

Estos códigos normalmente se usan a nivel circuito integrado pues son más fáciles de manejar. En cuanto a los niveles de voltaje, estos dependen de la lógica de la circuitería que puede ser TTL o ECL, por ejemplo.

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Códigos de línea Terciarios

0 1 0 0 1 1 0 1 0

AMI

1 1 0 0 0 0 0 1 0

HDB-3

0 1 0 0 1 1 0 1 0

CMI

Reloj

Códigos de Línea Terciarios. Estos Códigos se denominan así porque tienen tres posibles niveles de voltaje: positivo, negativo y cero. De esta manera se busca eliminar hasta donde sea posible la componente directa inherente en los códigos anteriores.Código AMI. Es muy similar al NRZ, con la diferencia que los “1”s se van alternando en cuanto a su polaridad de voltaje. Es decir, si el anterior “1” tenía voltaje positivo, el siguiente debe ser de voltaje negativo y así sucesivamente. Si no se tiene este cambio, se dice que hay una violación a las reglas de código. El “0” siempre se representa con voltaje cero. Con esto se consigue eliminar la componente de directa, sin embargo aún cabe la posibilidad de secuencias largas de ceros, pudiendo generar problemas de sincronía. Normalmente el código AMI se emplea como un paso intermedio para la generación del siguiente.Código HDB-3. Este es igual al código AMI, con la adición de la siguiente regla; no es posible tener una secuencia de más de tres ceros consecutivos. Cuando la información tenga este formato se hará lo siguiente:a) El cuarto cero será sustituido por una violación a la regla de alternar las marcas. Es decir si el último “1” se representa positivo, la violación será positiva, pues de lo contrario se le tomaría como un “1” y no como un “0”.b) Las violaciones también deben alternarse para que no contribuyan a la componente de directa. Entonces se puede presentar el caso en que por esta regla de alternación, la violación deba de ser positiva por que el último “1” se representó negativo. Si se deja así, no existirá en realidad una violación y se considerará como otro “1”. Lo que se hace es que el primer “0” de la secuencia de 4 se pone como una marca de la misma polaridad que le toque a la violación para que esta en efecto lo sea. Desde luego que se requiere de un cierto buffer de 4 bits para saber si se va a poner o no la marca. Este código HDB-3 es el especificado por la ITU-T en la recomendación G.703 para emplearse en señales de 2.048, 8.448, y 34.368 Mbits/s.Código CMI. Este código es binario pero con posibilidades de polaridad negativa y positiva, con lo que no tiene componente de directa. Es el recomendado por la ITU-T en la Rec. G.703 para señales de 139.264 Mbps, y en sistemas síncronos para interfaces eléctricas a nivel de STM-1 a 155.520 Mbpsa) Los “1”s se representan siempre con un pulso y se van alternando la polaridad como en el código AMI.b) Los “0”s se representan siempre con una transición de negativo a positivo a la mitad del ciclo de reloj.

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Transmisión y transporte de señales

• Esquema de transmisión PDH. Jerarquía de señales

• Esquema de transmisión SDH. Características principales

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Jerarquía digital Plesiócrona (PDH)

A fin de poder transportar múltiples flujos de 2MB/s de un lugar a otro, estos son combinados, o multiplexados en grupos de cuatro en un equipo multiplexor. La multiplexación se lleva a cabo tomando un bit del flujo 1, seguido por un bit del flujo 2, luego otro del 3 y finalmente otro del 4. El multiplexor además añade bits adicionales a fin de permitir al demultiplexor del extremo distante decodificar qué bits pertenecen a cada flujo de entrada y así reconstituir los flujos originales. Estos bit adicionales son, por un lado, los denominados bits de justificación o de relleno y por otro una combinación fija de unos y ceros que es la denominada palabra de alineamiento de trama (FAS) que se transmite cada vez que se completa el proceso de transmisión de los 30+2 canales de los 4 flujos de 2 MB/s, que es lo que constituye una trama del orden superior (8 MB/s).

La velocidad del flujo resultante del proceso antes descrito es de 8,448 Mbps que corresponde al segundo nivel jerárquico.

Por procedimientos similares se llega a los niveles tercero, constituido por 4 flujos de 8 MB/s y una velocidad de 34,368 MB/s y cuarto, formado por 4 flujos de 34 MB/s y una velocidad de 139,264 MB/s.

Debido a que las multiplexaciones de orden superior se realizan tomando bits de cada flujo en lugar de bytes o canales, se pierde la localización exacta de un canal dentro de una señal de orden superior. Por lo tanto para recuperar un canal de 64 KB/s de una trama de 140 MB/s se deberá realizar toda la demultiplexación paso a paso hasta la señal de 2 MB/s.

De la misma forma, mediante la multiplexación de 4 flujos de 140 megas, se forma un flujo de 565 Mbit/s, pero su estructura y proceso de multiplexación, al contrario de lo que sucede con los cuatro niveles precedentes, no han sido normalizados por los organismos de normalización especializados UIT y CEPT, por lo que los flujos generados por los equipos de un fabricante pueden ser, y de hecho lo son, incompatibles con los de otro fabricante, lo que obliga a que el enlace completo de 565 Mbps esté constituido con terminales del mismo fabricante.

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Las estructuras de trama PDH (1)

35


Las estructuras de trama PDH (2)

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Características de las tramas PDH

0,4190,4360,424Rel. de justificación normalizado JN

47.56Khz22.375Khz9.962 Khz.Velocidad de trama

29281536848Longitud de trama en bits

9 al 4889 al 3849 al 212Bits entrelazados de tributarios

5 al 85 al 85 al 8Bit de Justificación(1 por tributario)

1 al 41 al 41 al 4Bit de Control de Justificación

Sub-trama 6Sub-trama 4Sub-trama 4


1 al 41 al 41 al 4Bit de Control de Justificación

Sub-trama 2,3,4 y 5 Sub-trama 2 y 3Sub-trama 2 y 3


13, 14, 15, y 1611 y 1211 y 12Bits complementarios

1 al 12 (111110100000)1 al 10 (1111010000)1 al 10 (1111010000)Bits de Palabra de alineamiento de trama

Sub-trama 1Sub-trama 1Sub-trama 1Localización de “slots” de tiempo

Positiva PuraPositiva PuraPositiva PuraTipo de Justificación

34.368 Kb/s ± 20ppm8.448 Kb/s ± 30ppm2.048 Kb/s ± 50ppmCadencia de los tributarios

444Número de tributarios

139.264 Kb/s ± 15ppm34.368 Kb/s ± 20ppm8.448 Kb/s ± 30ppmCadencia binaria del flujo principal

Cuarto OrdenTercer OrdenSegundo OrdenCaracterísticas del sistema

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Sincronía PDH - Justificación

La velocidad del flujo de datos 2 MB/s es controlada por un reloj en el equipo que la genera. A esta velocidad se le permite una variación, alrededor de la velocidad exacta de 2,048 MB/s, de ±50 ppm (partes por millón). Esto significa que dos flujos diferentes de 2 megas pueden estar (y probablemente lo están) funcionando a velocidades ligeramente diferentes uno de otro. Dentro de cada nivel de la jerarquía se utilizan relojes con la misma frecuencia nominal, sin embargo la frecuencia instantánea de estos relojes también puede variar, es lo que se conoce como deriva de frecuencia. De ahí la denominación de jerarquía plesiócrona que viene a significar casi síncrono.

La necesidad de los bits de relleno o justificación es debida a que como cada uno de los flujos de tributario no está funcionando necesariamente a la misma velocidad que los demás, es necesario hacer algunas compensaciones. Para ello el multiplexor asume que los cuatro flujos están trabajando a la máxima velocidad permitida, lo que conlleva que, a menos que realmente estésucediendo esto, en algún momento el multiplexor buscará el próximo bit, pero este no llegará, por ser la velocidad del flujo inferior a la máxima. En este caso el multiplexor señalizará (mediante los bits de justificación) al demultiplexor que falta un bit. Esto permite al demultiplexor reconstruir correctamente los flujos originales de los tributarios y a sus velocidades plesiócronas correctas.

Este método se conoce como justificación. En el caso de PDH se utiliza la técnica de justificación positiva neta, es decir que a velocidades nominales de tributarios y agregados, se realizará el proceso de justificación a una velocidad constante conocida como tasa de justificación nominal

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Limitaciones de la tecnología PDH

E3

E3

E3

E2

E2

E1

E1

E1

E4

E1 (2.048 kbit/s)

E2

TM4/3

TM3/2

TM2/1

TM2/1

TM3/2

TM4/3

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☺☺☺☺ Sincronismo de la red.

☺☺☺☺ Fácil acceso a tributarios (Técnica de Punteros Múltiples)

☺☺☺☺ Alineación byte a byte con justificaciónnegativa/cero/positiva.

☺☺☺☺ Estructura de trama modular.

☺☺☺☺ Compatibilidad transversal.

☺☺☺☺ Nuevo concepto de gestión y mantenimiento. Amplia capacidad para información de alarmas, gestión, rendimiento

�� La justificación de byte posee, inherentemente, mayor jitter.

�� Necesidad de sincronización externa.

SDH – Atributos Principales

40


Comparación entre PDH y SDH

41


Circuito

Transm

isión

Físico

Sección

Regene-ración

Multiple-xación

Trayecto

oPath

Alto Orden

Bajo Orden

Circuito

Tran

smisió

n

Físico

Secció

nRegene-ración

Multiple-xación

Trayectoo

Path

Alto Orden

Bajo Orden

Físico

Regene-ración

Capas de transporte de red en SDH

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Trayectos (Path) de alto y bajo orden

El Contenedor Virtual (VC) dentro del sistema SDH define un camino (path) y dos puntos extremos donde se inserta y se quita el VC. Existen dos tipos de caminos:

Camino de alto orden (HO Path): vincula dos puntos con capacidad de transporte de alta velocidad. El contenido puede ser un circuito de 140Mb/s o bien una combinación de circuitos de 1.5, 2, 6, or 8 Mbit/s

Camino de bajo orden (LO Path): vincula dos puntos con capacidad de transporte de baja velocidad. El contenido puede ser un circuito de 1.5, 2, 6, or 8 Mbit/s

Los circuitos de 34 y 45 Mbit/s pueden ser transportados tanto dentro de HO-P como de LO-P.

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Secciones Múltiplex (MS) y Regeneradora (RS)

Una sección es el espacio limitado por dos elementos de red (NE) vinculados por un medio de transmisión. Existen dos tipos: la sección Múltiplex (MS) y la sección de Regeneración (RS)

La MS es el espacio definido entre dos multiplexores contiguos. Cada MS gestiona sus encabezados específicos para controlar los multiplexores mediante:

Monitoreo de la calidad mediante detección de alarmas y errores entre Multiplexores

Provisión de canales de datos y voz para operar y configurar los Multiplexores

Control del sincronismo y mecanismos de protección automática (APS)

• La RS es el espacio entre dos regeneradores unidos por cualquier medio: Fibra, Microondas, coaxial. Cada RS gestiona sus encabezados específicos para controlar los regeneradores mediante:

Monitoreo de la calidad mediante detección de alarmas y errores entre Regeneradores

Provisión de canales de datos y voz para operar y configurar los Regeneradores

Alineación, recuperación de trama.

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C-11 VC-11 TU-11

C-12 VC-12 TU-12

C-2 VC-2 TU-2

C-3 VC-3 AU-3

VC-3 TU-3

C-4 VC-4 AU-4

TUG-2

TUG-3

x4

x3

1544 k

2048 k

6312 k

44736 k34368 k

139264 k

x7

x1x3

AUG STM-N

xN

3X

x7

(*) (*)

Procesamiento de punteros

Alineación

Multiplexación

Mapeo

(*) No es standard ETSI

Estructura de Multiplexación SDH

45


C-4 VC-4 AU-4139264 k AUG STM-N


Alineación

Multiplexación

Mapeo

MultiplexadoxN

Mapeo + POH AlineaciónMultiplexado

x1

Multiplexación SDH – 140 Mb/s

46


VC-12 TU-12

VC-4 AU-4

TUG-2

TUG-3

x3

2048 k

x3

AUG STM-NxN

x7


Alineación

Multiplexación

MapeoMapeo + POH Alineación

Multiplexadox3

C-12

Multiplexadox7

Multiplexadox7

Alineació

n

Multip

lexado

x1

Multip

lexado

xN

Multiplexación SDH – 2Mb/s

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CARGA UTIL

RSOH

PTR

MSOH

125 microseg.

261 bytes

9 bytes

9 bytes

3

5

1

1 byte = 64 kbps

MSOH = Encabezado de sección Múltiplex

RSOH = Encabezado de sección Regeneradora

PTR = Puntero

9 x 270 = 2430 bytes2430 bytes / 125 microseg = 155,52 Mbps155,52 / 2430 bytes = 64 kbps / byte

La trama SDH – Estructura

STM-1 = AUG + RSOH + MSOH

En la trama STM-1 se incluyen los encabezados de sección RSOH y MSOH para controlar y gestionar los elementos de red

El VC-4 está flotando dentro del STM-1 y puede cambiar su posición un número entero de bytes en el espacio reservado (Carga Útil) dentro de la trama STM-1. De esta manera se absorben las fluctuaciones de reloj entre el STM-1 y el VC-4

Los punteros de AU-4 apuntan al comienzo del VC-4 y siguen las posibles fluctuaciones.

48


Coordenadas de Multiplexación

49


Canales adicionales (overhead)

Cada encabezado realiza una tarea específica relacionada con el gerenciamiento de la transmisión en diferentes capas: regeneración, multiplexación, y camino.

De la misma manera que en la clásica torre de protocolos, cada encabezado es controlado por exactamente una capa y es transparente a las demás capas SDH.

50


Posición de los overhead

51


Encabezado de camino de alto orden

52


Encabezado de camino de bajo orden

53


Encabezados de sección

54


Sincronía en SDH – Ajuste de punteros

55


Sincronía en SDH – Recuperación de reloj

56


Sincronía en SDH – Red de sincronismo

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Módulo II

Análisis y Resolución de Fallas

58


Introducción a la resolución de problemas

• Resolución de problemas. Conceptos y vocabulario

• Calidad de servicio. Niveles de indisponibilidad y afectación del tráfico

• Pensamiento analítico para la resolución de problemas. Metas, objetivos.

59


Análisis sistemático de fallas

• Definición del problema

• Recopilación de información. Diagramas.

• Análisis de los datos

• Generación de soluciones posibles.

• Análisis, evaluación e identificación de la solución más recomendable.

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Fallas, errores y daños

Falla

(Universo Físico)

Error

(Universo Informacional)

Daño

(Universo Externo)

Para sistematizar el análisis de fallas es posible realizar una clasificación de acuerdo a distintos universos de los eventos que se producen y sus acciones:

Las daños son causadas por errores que a su vez son causados por fallas

El Universo físico contiene los dispositivos semiconductores, placas, cables, fibra, conectores, energía, etc. y todas las otras entidades físicas que forman parte del sistema de telecomunicaciones. Además del universo físico, existen otras causas para los daños, como ser errores de implementación, de software o fallas humanas (de operador).

El Universo Informacional es donde se produce el error, es decir donde las unidades de información son afectadas.

El Universo Externo es donde el sistema finalmente ve los efectos de los eventos y errores. (Fallas)

Falla: es un problema generado por mal funcionamiento del hardware, software o componentes humanos en el sistema, que pueden introducir errores y causar fallas.

Error: Representa un estado inválido del sistema, como ser datos transmitidos erróneos, pérdida de datos, etc.

Daño: En el caso que para los eventos y errores que la generan, el sistema no tenga tolerancia a fallas, éstos pueden dar lugar a una falla. La falla representa una condición de error que tiene influencia en el servicio. Un daño parcial generará una degradación de servicio sin interrumpirlo por completo. Un daño total interrumpirá el servicio hasta que el sistema o unidad funcional se recupere tanto automáticamente como manualmente.

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Anomalías y Alarmas

Anomalías Errores

Defectos

Fallas

Alarmas

Eventos

• Anomalía: Es la menor diferencia que puede observarse entre las características medidas y las observadas en un punto de red y que no provoca interrupción del servicio. (Por ejemplo un error de paridad)

• Defecto: Se llega al nivel de defecto cuando la densidad de la anomalía es suficientemente alta para interrumpir una función determinada. (Por ejemplo pérdida de señal)

• Daño: Es producido cuando una función de red no puede completar una acción determinada. (No incluyendo las incapacidades producidas por el mantenimiento preventivo)

• Falla: Es la causa de un daño producido sin interrupción durante el tiempo suficiente para considerar que el elemento de red no puede alcanzar la función requerida.

• Anomalía: Es una indicación observable que apunta a una falla (daño revelado) y usualmente incluye una indicación acerca de la gravedad del daño.

Los errores reflejan anomalías y las alarmas muestran defectos. Usualmente se utilizan estas definiciones en forma indistinta.

Todos estos objetos están agrupados en el término común: EVENTOS

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Características de las fallas

Característicasde Fallas

Errores deespecificación

Errores deImplementación

Hardware

Software

Causa Naturaleza Alcance Duración Valor

Permanente(Diración > Umbral)

Transitoria

(Duración < Umbral)

Determinado

IndeterminadoGlobal

InfluenciaExterna

Defectos encomponentes

físicos

Local

Intermitente

(Transitoria recurrente)

Los sistemas de transmisión de alta capacidad son robustos, pero aún son vulnerables a algunos efectos como ser:

• Ruido térmico, siempre presente en sistemas de regeneración. Es producido por la actividad electrónica debida a la temperatura. Se modela matemáticamente según una distribución Gaussiana.

• Degradación de láser: Los transmisores ópticos se degradan con el tiempo y pierden parte de su potencia inicial, lo que empeora las condiciones de señal/ruido.

• En sistemas de radio, efectos de difusión de Rayleigh.

• Atenuación debida a lluvia y humedad (Fading)

• Efectos de las radiaciones solares en transmisores de radio y satélite.

• Descargas electrostáticas, rayos y otras descargas producidas por no utilizar protección adecuada al manipular equipamiento.

• Degradación de las conexiones eléctricas (oxidación, erosión, etc.)

• Vandalismo

• Mala sincronización de los elementos de red. Producen jitter, wander y slips.

• Errores de diseño en el equipamiento y la infraestructura de instalación.

63


Tratamiento de un evento de falla

• Detección del error

• Ubicación del o los eventos que generan el estado de falla

• Recuperación

• Tratamiento de la falla y continuidad del servicio

En general los eventos de falla no se detectan en forma directa, sino a través de una o varias consecuencias que producen sobre el rendimiento general de la red. En el análisis de la causa de una falla se deben seguir los siguientes pasos:

•Verificar en cada uno de los sistemas involucrados la presencia de eventos simultáneos con la presentación del problema detectado

•Analizar la relación causa-efecto de cada uno de los eventos para llegar al evento primario que desencadenó la situación.

•Un evento primario de falla es aquel que no reconoce causas en otros eventos del sistema o sistemas involucrados, es decir que es inherente a si mismo (por ejemplo un corte de fibra óptica)

•Aislar el evento primario verificando acciones correctivas que se puedan realizar a fin de recuperar el estado de falla y los servicios afectados

•Analizar las causa reales de aparición del evento y realizar las correcciones necesarias para evitar su repetición.

64


Recuperación del sistema

• Búsqueda de soluciones posibles

• Evaluación de las soluciones

• Implementación

• Análisis posterior y propagación de la solución

Una vez identificada la causa primaria de la falla, se deberán analizar las soluciones posibles, que podrán incluir, dependiendo del problema:

• Recuperación de capa física (Cables, fibra, conectores, etc.)

• Reemplazo de Hardware (Placas de equipo, etc.)

• Modificación de Software (Cambio de firmware de placas, sistema de gestión, upgrades, etc.)

• Cambio de configuraciones de trabajo (parametrización, interfaces, etc.)

En el caso que la solución involucre el cambio de software de algún componente, deberá estudiarse posteriormente como afecta el cambio al resto de la red y elementos similares instalados, para validar el impacto que podría tener dicho cambio en el resto de la red.

65


Propagación de fallas

• Propagación Vertical

• Propagación Horizontal

En el momento de producirse un evento de falla en un sistema de telecomunicaciones, el sistema procederá en varias direcciones:

•En primer lugar tomará las acciones consecuentes que tenga configuradas para ese evento en particular (propagación horizontal)

•En segundo lugar reportará el evento detectado a sus capas superiores (propagación vertical) de administración y al sistema de gestión.

•Las capas superiores realizarán a su vez las acciones consecuentes y reportes que tengan configuradas hacia capas superiores y el sistema de gestión.

•Otros elementos realizarán acciones en función de las acciones consecuentes recibidas, con la consecuente propagación de mensajes.

De esta manera, ante una única situación de falla, en los sistemas de gestión se podrán observar numerosos mensajes provenientes de cada una de las etapas en donde se propagó el evento original. Todos estos eventos en conjunto deberán analizarse para llegar a la causa primaria de la falla.

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Tipos de problemas y como se relacionan sus efectos

Tipos deProblemas

Tráfico

Sincronismo

Rendimiento

Agregado

Usuarios

Configuración

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Recopilación de datos

• Mensajes de error, fallas, problemas y rendimiento de acuerdo a cada tecnología.

• Puntos de medición

• Mensajes en sistemas de gestión

• Causas probables

• Análisis del rendimiento del sistema.

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Eventos y Alarmas en PDHPérdida de trama y acciones consecuentes

Formatos de RAI

LOF: Pérdida de alineación de trama: Se activa luego de detectar tres tramas consecutivas con error en la FAS, o bien cuando el bit 2 de la NFAS esté errado en tres tramas consecutivas. En el caso de utilizar CRC, también se producirá un LOF cuando no se pueda alinear la multitrama de CRC, o bien el número de errores de bloque de CRC supere los 915 cada 1000.

LOS: Pérdida de señal: Se activa cuando no se detecta señal válida en la entrada de acuerdo a la máscara de pulsos correspondiente.

RAI: Indicación de alarma remota: Se activa cuando se reciben 3 tramas consecutivas con el bit “A” en 1. Es emitida hacia el extremo lejano como acción consecuente ante la presencia de AIS, LOF, LOS en la señal recibida del extremo lejano.

CAS-LOM: En tramas con CAS luego de dos errores en la MFAS (TS 16).

CAS-MRAI: Indicación de alarma remota de multitrama CAS: Se activa al recibir dos tramas MFAS consecutivas con el bit “A” igual a 1. Es emitida hacia el extremo lejano como acción consecuente ante la presencia de CAS-LOM o CAS-MAIS

69


Eventos y Acciones en PDHFormatos de AIS

Alarma remota de CRC (REBE)

AIS: Señal de indicación de alarma: Es detectada ante la presencia de sólo dos o menos ceros en un período de 512 bits o 250 µs. Se libera en cuanto se reciba señal fuera de la condición indicada. Es emitida como acción consecuente en la misma dirección de transmisión hacia la interfaz de menor jerarquía ante la presencia de LOS, LOF.

CAS-MAIS: Señal de indicación de alarma en multitrama de CAS: Es detectada ante la presencia de tres o menos ceros en el TS16 en dos multitramas consecutivas.

CRC-LOM: Pérdida de multitrama de CRC: Se activa ante LOF y se desactiva luego que se recupera una trama (FAS) y dos multitramas de CRC consecutivas. (CRC-MFAS)

CRC-Error: Errores en CRC: Se activa cuando se detectan uno o más errores de CRC estando el CRC-LOM en off.

REBE: Errores de bloque remotos: Se activa cuando se detecta el bit 1 de las tramas 14 o 16 (bit “E”) en “0”. Es emitido como acción consecuente ante la presencia de CRC-Error. El bit “E” de la trama 14 refiere al primer bloque de multitrama CRC (8 tramas), mientras que el bit 16 refiere al segundo bloque.

70


Eventos y alarmas en SDH –Eventos asociados con secciones

71


Eventos asociados con caminos

HO-POHLO-POH

72


Eventos asociados con punteros

73


Criterios de detección de alarmas

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Formatos de AIS en SDH

75


Eventos detectados en un LOP

76


Eventos detectados en un HOP

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Eventos detectados en la MS

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Eventos detectados en la RS

79


Generación y distribución de eventos en SDH

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Detección y control de errores en sistemas de telecomunicaciones

Prácticamente todas las señales digitales producidas en la actualidad llevan asociadas un proceso de fundamental importancia: el control de errores para evaluar la calidad del vínculo de enlace y eventualmente la corrección. Los errores pueden ser de bit, código o bloques. Los errores de bits corresponden a evaluar bit a bit la calidad de la señal, mientras que errores de bloques consiste a contar un bloque errado sin importar el número de errores en el bloque de datos. Los errores de código se entienden como violaciones a las reglas de codificación.

El primer paso es reconocer la existencia de los errores; es decir, debemos disponer de métodos que permitan la evaluación del número de errores BE (Bit Error). Posteriormente el número de errores se expresa como una Tasa de Error de Bit BER (Bit Error Rate). Luego de reconocida la existencia de errores puede ser posible la identificación del mismo y la corrección. Para ello se han generado métodos correctores de errores. Existen varias formas de detectar errores. La más usada es la que recurre a los bit (o byte) de paridad.

81


Rendimiento en sistemas PDH

Durante el tiempo que la conexión se encuentra disponible es posible definir la calidad del enlace. No se puede hablar de calidad cuando el enlace se encuentra cortado.

Se trata de:

- Segundos Severamente Errados SES (BER>10-3)

- Segundos Errados ES

- Minutos Degradados DM (10-6<BER<10-3)

Donde:

• Los segundos severamente errados o segundos con muchos errores SES (Severely Error Second) se definen como aquellos intervalos de 1 seg. donde la BER>10-3 y se encuentran agrupados hasta en 9 segundos consecutivos.

• Los segundos errados o segundos con errores ES (Error Second) permite evaluar el porcentaje de tiempo de segundos que han tenido al menos un error.

• Con el propósito de evaluar la calidad de la señal degradada con BER comprendida entre los umbrales de 10-6 y 10-3 se definen los Minutos Degradados DM (Degraded Minute). Consiste en un período de 60 segundos (eliminando de la cuenta los US y SES cuya BER supera el umbral de 10-3) cuya BER es mayor a 10-6. Cada grupo de 60 segundos se caracteriza por el número de errores. Si en un canal de 64 kb/s se cuentan 4 errores en 60 segundos la BER equivalente es 1,042.10-6. Se dice que un grupo de 60 seg. es DM si el número de errores es 5 o más sobre un canal de 64 kb/s. Este objetivo fue eliminado a principios de los años 90, sin embargo, permanece en los instrumentos de medida.

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1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

octeto Nocteto 2octeto 1

BIP-8

BLOQUE COMPROBADO

3 4 5 6 7 81 2

Comprobación de paridad por bloques

Bytes de comprobación de paridad por bloques en SDH

-B1. (1 Byte). Se envía en el RSOH. Se pueden detectar entre 0 y 8 errores. Controla la trama completa STM-1 (270x9 Bytes; 19440 bits; 8 grupos de 2430 bits). Se trata de bits de paridad par del tipo BIP-N (Bit Interleaved Parity) para el monitoreo entre repetidores. Es calculado sobre toda la trama anterior ya aleatorizada y colocado antes de la aleatorización.

-B2. (3 Bytes). Enviado en MSOH. Contienen 24 bits, el número de grupos N es 24. Los Bytes controlados es la trama STM-1 menos la RSOH (2403 Bytes; 19224 bits; 24 grupos de 801 bits). Detecta de 0 a 24 errores.

-M1 (4 bits). Es la señal FEBE para informar al terminal remoto el número de errores en B2.

-B3. (1 Byte). Se envía en POH de VC-4. Controla la carga útil (261x9 Bytes; 18792 bits; 8 grupos de 2349 bits).

-G1 La alarma FEBE de G1 en el POH indica el número de errores hacia el terminal remoto.

-V5. (1 Byte). Se emite en VC-12. Son 2 bits de paridad PP en V5 (PPEx LLLF). Controla 4 tramas de 35 Bytes

(1120 bits). V5 lleva la alarma FEBE (bit E) hacia el terminal remoto (0 para ausencia de errores y 1 para errores).

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Objetivos de calidad según G.826

Definiciones según G.826

EB (Error Block). Se trata del número de bloques errados por unidad de tiempo (1 seg.). Se debe tener en cuenta que un código del tipo BIP-8 constituye 1 único bloque y no 8 aislados. De este se deriva la Tasa de Bloques Errados EBR (EB Rate).

ES (Error Second). Es un segundo donde al menos un bloques tiene uno o más errores. Lo cual da lugar a la Tasa de segundos con error ESR (ES Rate);

SES (Severely Error Second). Es un segundo con más de 30% de bloques con error o al menos un período

SDP. SDP (Severely Disturbed Period) es un período de 4 bloques consecutivos con una BER>10-2. La persistencia de SDP durante varios segundos puede producir la desconexión de canales conmutados. Se desprende entonces la Tasa de segundos con muchos errores SESR (SES Rate).

BBE (Background Block Error). Estos bloques con error no forman parte de SES (inferior al 30%). Se obtiene la tasa de error de bloque de fondo BBER (BBE Rate) (excluyendo los bloques con SES y US).

US (Unavailability Second). Se cuenta desde 10 SES consecutivos hasta 10 segundos seguidos sin SES. La indisponibilidad se considera cuando ocurre el efecto en uno o ambos sentidos. Los ESR, SESR o BBER solo se evalúan en estado de disponibilidad.

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Casos reales (práctica)

• Presentación de casos reales de problemas.

• Análisis e interpretación

• Evaluación de las soluciones

• Conclusiones

introducción a las telecomunicaciones y análisis y resolución de fallas

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