Conceptos Básicos de Telefonía basicos... · información: Solicitud de ... Tecnologías de Acceso ... Conceptos Básicos de

© Dr. Ing. José Joskowicz, 2015

Conceptos Básicos de

Telefonía

Dr. Ing. José Joskowicz

[email protected]


Introducción


Telefonía

3 © Dr. Ing. José Joskowicz, 2015

Evolución de la Telefonía Fija

(Extraído de http://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspx )

41,6

16,5

11,1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012* 2013*

Per

10

0 in

hab

itan

ts

Fixed-telephone subscriptions per 100 inhabitants, 2001-2013

Developed

World

Developing

The developed/developing country classifications are based on the UN M49, see: http://www.itu.int/ITU-D/ict/definitions/regions/index.htmlNote: * EstimateSource: ITU World Telecommunication /ICT Indicators database

http://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspxhttp://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspxhttp://www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Pages/stat/default.aspx


Evolución de la Telefonía Móvil


Mobile-cellular subscriptions, total and per

100 inhabitants, 2005-2014



Evolución del acceso a Internet


Individuals using the Internet, total and

percentage, 2005-2014



Penetración de las TICs

(Extraído de http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html )

96,2

38,8

16,5

29,5

9,8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012* 2013*

Per

100

inha

bita

nts

Global ICT developments, 2001-2013

Mobile-cellular telephone subscriptions

Individuals using the Internet

Fixed-telephone subscriptions

Active mobile-broadband subscriptions

Fixed (wired)-broadband subscriptions

Note: * EstimateSource: ITU World Telecommunication /ICT Indicators database

http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.htmlhttp://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.htmlhttp://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html


Telefonía Fija vs Móvil

(en América)

(Extraído de http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html )

http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.htmlhttp://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.htmlhttp://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/ict/index.html


SMS

(Extraído de ITU ICT Facts and Figures – The World in 2010


Crecimiento de la telefonía móvil

(Extraído de ITU ICT Facts and Figures – The World in 2010


Uruguay en 1960….

1933 –

12.000

teléfonos

1958 –

113.000

teléfonos


En Uruguay

(Según datos de URSEC)

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

19

97

19

98

1999

20

00

20

01

20

02

20

03

2004

20

05

20

06

20

07

20

08

2009

20

10

20

11

20

12

20

13

2104

can

tid

ad (x

1.0

00)

año

Evolución en servicios de comunicación (Uruguay)

Teléfonos fijos

Teléfonos Moviles


En Uruguay


106 164 245 317

383 472 581

737 796

364 390 379 448 491 536 593 652

686 987 965 959 954 962 980 1011 1048 1059

2330

3004

3508

4112

4437 4757

4995 5268 5358

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2104

Can

tid

ad

(x 1

.000)

Año


Internet

TV para abonados

Teléfonos fijos

Teléfonos Moviles


En Uruguay


-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Cre

cim

ien

to a

nu

al

año


Internet

TV para abonados

Telefonos fijos

Telefonos Movil


En Uruguay

Cantidad total de SMS por año


Redes de

Telecomunicaciones


Telefonía


Redes de Telecomunicaciones

Núcleo

de Red

Central de

Conmutación

Local

Central de

Conmutación

Local

PBX

Corporativa

Red de

Acceso

Red de Acceso

Transmisión y

Transporte

Señalización

Central de

Conmutación

Celular

Red de

Acceso

Señalización

Terminal

Celular

Terminal

Telefónico Fijo

Sincronismo


PSTN: Public Switched

Telephony Network

Terminal telefónico

Red de acceso

Conmutación

Transmisión y Transporte

Sincronismo

Señalización


Terminal Telefónico


Telefonía



Historia

Los primeros teléfonos instalados por Bell, y por

la Western Union, utilizaban un único hilo de

cobre por el que se enviaba tanto la

señalización como el audio (el retorno era por

tierra)

El sistema de “campanilla” fue ideado y

patentado por Thomas A. Watson en 1878 2 años después de presentada la primer patente de Bell, y ya

con la primer central telefónica funcionando en New Haven,

Connecticut, con 21 abonados


Teléfono de Bell, 1877

(Extraído de http://www.sciencemuseum.org.uk )

http://www.sciencemuseum.org.uk/



Historia

En 1881 (con más de 50.000 teléfonos ya en

funcionamiento), Graham Bell presentó una

patente por “teléfonos de 2 hilos de cobre”

El sistema de disco conocido hasta hace pocos

años, con teléfonos de 2 hilos sin necesidad de

cable de tierra, fue originalmente diseñado en

1908


Teléfono automático de disco

Alemania, 1908

(Extraído de http://www.collection.poehlchen.de )

http://www.collection.poehlchen.de/



Uruguay, 1933

(Extraído de Diario El Día, 26 de febrero de 1933)



Uruguay, 1943 (UTE)


Esquema de un teléfono:

Audio

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Tlf_1.png


Micrófono de carbón

Patentado por Thomas Alva Edison, en 1878

(Extraído de http://www.oviedo.es/personales/carbon/carbon_mineral/carbon%20mineral.htm )

http://www.oviedo.es/personales/carbon/carbon_mineral/carbon mineral.htm


Señalización

Para establecer una comunicación telefónica entre dos dispositivos, no basta con enviar audio

Es necesario implementar protocolos de señalización, que permitan intercambiar información: Solicitud de iniciar una conversación

Seleccionar con quien se desea hablar

Indicación del progreso de la llamada (timbrando, ocupado, etc.)

Indicación de recepción de una nueva llamada


Aparato

Telefónico

Solicitud de iniciar una

conversación

Central Corriente de bucle


Esquema eléctrico

Aparato

Telefónico

Central Corriente de bucle

R1

R1

R

2

R

i

I = V / (Ri + 2R1 + R2)

Sensor de corriente


Esquema eléctrico

I = V / (Ri + 2R1 + R2)

R1= L/S

= 0,017 Ω·mm²/m

L = 1 km

S= 0,20 mm²

R1 = 0,017 x 1000 / 0,20 = 85 Ω

Ri = 600

R2 = 400

I = 48 V / (600 Ω + 2 x 85 Ω + 400 Ω) = 41 mA


Selección del destino de la

conversación

En las primeras centrales telefónicas, la

selección del destino de la conversación se

realizaba mediante una “Operadora”



conversación

Los primeros sistemas que implementaron selección del destino en forma automática desde el aparato de origen fueron instalados en 1892, utilizando las ideas patentadas por el Sr. Almon B. Strowger

En 1896, los hermanos John y Charles Erickson, junto con Frank Lundquist, diseñan el primer sistema de “disco”.

En 1960, L. Shenker, diseña el sistema de tonos multifrecuentes (DTMF)



conversación: Disco

Aparato Telefónico Central

o

PBX

Corriente de bucle

R1

R1

R

i

Accionada

por la

horquilla

Accionada

por el disco

Sensor de

corriente



conversación: Disco

Sistema decádico

Colgado Descolgado 2 1 5

I

t

60 ms

abierto

40 ms

cerrado

250 ms

separación entre

dígitos


Recepción de una nueva

llamada

Aparato Telefónico

Corriente de campanilla

R1

R1

R

2 C

Central o

PBX

R

i

Gen

90

VAC

Sensor de corriente


Tensiones en el teléfono

4200 mS

1800 mS

-138 V

nominal peak

90 Vac rms.


Esquema de un teléfono sencillo:

Señalización

Circuito de

audio

R=600 Ω Campanilla

Disco

A la central

de conmutación local

Horquilla

(gancho) Descolgado

Colgado


Teléfono de disco


Condensador

Campanilla

Teléfono de disco



conversación: DTMF

Aparato Telefónico Central

o

PBX

Corriente de bucle

R1

R1

R

i

Accionada por la horquilla

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 0 #

A

B

C

D

Cada dígito es la suma de dos frecuencias

Sensor de corriente

Audio


Dual Tone Multi Frequency


DTMF: Circuito propuesto por L.

Shenker


Teléfono DTMF


DTMF vs Decádico

DTMF es más rápido, ya que los tonos pueden

ser decodificados en tiempos muy cortos

En la señalización decádica, el “0” demora 1 segundo

DTMF permite tener hasta 16 “caracteres”

aunque normalmente se utilizan sólo 12

DTMF no requiere partes móviles en los

aparatos telefónicos


DTMF vs Decádico

Es posible implementar señalizaciones “de

punta a punta”.

La señalización decádica es entre el aparato

telefónico y la central. Nunca “llega” hasta el destino.

La señalización DTMF, que consiste en tonos

audibles, pueden llegar, una vez establecida la

conversación, hasta el teléfono destino


Progreso de la llamada

Los sistemas telefónicos indican el estado del destino a quien origina la llamada mediante diversos mecanismos Envío de diversos tipos de tonos audibles, los que

pueden ser fácilmente diferenciados e identificados por su cadencia y / o frecuencia

Mensajes pregrabados (por ejemplo “el número que ha seleccionado no es correcto....”).

Este tipo de señalización no está estandarizada, y puede diferir notoriamente entre distintos equipos, ya sean empresariales (PBX) o públicos



1 seg 4 seg

1 seg 1 seg

Ejemplo de una señal de

“libre”

Ejemplo de una señal de “ocupado”



¿cómo saber si la llamada es atendida?

Origen Central

Telefónica

Hola Destino


Inversión de Polaridad


-

Origen Central

Telefónica

Ring +

Destino

1

Destino

Origen Central

Telefónica

- Hola

+

2

Origen Central

Telefónica

-

+

3

Destino


Funciones de la

Tarjeta Loop Start

Battery: Alimentación de continua (típicamente –48 VDC)

Overvoltage Protection: Protección de sobrevoltaje

Ringing: Generación de “corriente de campanilla”

Supervision: Supervisión de la corriente de bucle

Codec: Codificador / Decodificador (conversor analógico/digital y digital/analógico)

Hybrid: Circuito “híbrido” (conversor de 2 a 4 hilos)

Test: Relé de Test


Redes de Acceso


Telefonía


Redes de Acceso

Es la parte de la red que conecta a los usuarios

con el prestador de servicios

Prestador de Servicio

Usuario Residencial

Usuario Empresarial

Usuario Celular


Tecnologías de Acceso

Par de cobre

Fibra óptica

Cable coaxial

Inalámbrico

Satélite

Red eléctrica


Conmutación


Telefonía


Conmutación

Conexión que realizan los diferentes nodos para

lograr un camino apropiado entre dos usuarios

de una red

Conmutación de circuitos

Se establece un camino “confiable y seguro” de punta

a punta, el que se mantiene durante toda la

comunicación

Conmutación de paquetes

Cada mensaje es enviado sin establecer previamente

una conexión entre origen y destino


Conmutación

Es el proceso para establecer una conexión

individual desde un punto de entrada (Usuario

“A”), hacia un punto de salida (Usuario “B”)

Usuario “A” Usuario “B”

Selección Conexión


Evolución de la conmutación

Manual

Automática analógica

TDM Digital

IP

10 GB Ethernet Switch Chip 1024 x 1024 channel TDM switch

Step-by-step (Solenoid Stepper Switch )


Centrales de conmutación

públicas

Capacidad

Generalmente atienden a 10.000+ usuarios

Alcance

Locales

De Tránsito

Internacionales

Celulares


Red de conmutación pública



privadas

Antecedentes….

“Key Systems” (“Sistemas de Teclas”):

Sistemas electromecánicos, que comenzaron a difundirse en

la década de 1920

Consistían en conectar varias líneas urbanas a distintos

botones o teclas de un mismo aparato telefónico.



privadas

“PBX” (“Private Branch Exchange”):

Centralizan en una “caja” las líneas urbanas y los

“internos”, o teléfonos.

Cada teléfono se conecta con un par (o dos pares) a

la PBX.

Las primeras PBX eran sistemas electromecánicos.

Luego evolucionaron a tecnología digitales

Actualmente hay una fuerte tendencia hacia las “Soft

PBX” o “IP PBX”



privadas

PBX – Private Branch Exchange

Capacidad

De pocos usuarios

hasta 10.000+

usuarios

Soportan gran

variedad de teléfonos

e interfaces

Evolucionando a

sistemas “full IP”


Transmisión y

Transporte


Telefonía


Transmisión y Transporte

La transmisión es el proceso de transportar

información entre dos puntos de una red

En las redes de telecomunicaciones, los

sistemas de transmisión interconectan puntos

distantes, por ejemplo, centrales telefónicas

Entre ellas es necesario enviar un gran número de

canales


Medios físicos

Pares de cobre

Cables coaxiales

Fibras ópticas

Comunicaciones por Satélites

Radio enlaces


Historia

Las primeras tecnologías de transmisión y

transporte estaban basadas en tendidos de

cables de cobre, generalmente utilizando cables

multipares

El primer satélite de comunicaciones fue puesto

en órbita por la empresa AT&T, en 1962

Sobre la década de 1980 se extendieron los

tendidos de fibras ópticas, diseñadas

originalmente en la década de 1970.


Historia

El primer cable de fibra óptica transatlántico, el

TAT-8, fue tendido en 1988, con una capacidad

de 40.000 conversaciones

El (prácticamente) ilimitado ancho de banda de

las fibras ópticas la ha convertido en el medio

de transporte mayormente utilizado actualmente

para los sistemas de transmisión de

telecomunicaciones


Transmisión digital TDM

La tecnología digital TDM permitió la

multiplexación de varios canales de voz en

“tramas digitales”, las que conforman “jerarquías

digitales”

PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy, o Jerarquía

Digital Plesiócrona

SDH: Synchronous Digital Hierarchy, o Jerarquía

Digital Sincrónica


PDH


SDH

C Containers

VC Virtual Containers

TU Tributary Unit

TUG Tributary Unit Group

AU Administrative Unit

AUG Administrative Unit Group

STM Synchronous Transport Module


Transmisión en redes de

paquetes

Actualmente las redes de paquetes se usan

para transportar servicios telefónicos, voz, video

y otros medios multimedios tanto a demanda

como en tiempo real

Dentro de las tecnologías de transporte se

destaca MPLS (Multi Label Protocol Switching)

Protocolo de transporte de paquetes en una posición

dominante frente a los demás. IETF RFC 3031

Permitió el desarrollo de “routers en hardware” con

mayor capacidad que los IP


Sincronismo


Telefonía


Sincronismo

Para poder decodificar apropiadamente la

información digital transmitida en las redes de

telecomunicaciones es necesario establecer

técnicas de sincronismo

Para ello se emplea una red de relojes

Generalmente extendidos sobre un área

geográficamente amplia

Se sincroniza tiempo y frecuencia todos los

relojes de la red, utilizando la propia red de

transporte


Tipos de Relojes

ESTRATO PRECISION HOLDOVER RELOJ

1+ 1x10-15 N/A Masa de Hidrógeno

1 1x10-11 N/A Patrón de Cesio o GPS (PRC

Primary Reference Clock)

2 1x10-8 1x10-10/día Osciladores de Rubidio (PRC

Primary Reference Clock)

3 1x10-6 3.7x10-7/día Osciladores de Cristal Cuarzo

(Esclavo)

4 1x10-5 N/A Osciladores implementados

con circuitos


Distribución de sincronismo en

redes TDM


Distribución de sincronismo en

redes de datos

SyncE (Synchronous Ethernet) Transmisión de información de reloj para recuperar

frecuencia

NTP (Network Time Protocol Transmisión de estampas de tiempo, recuperación de

tiempo y frecuencia.

PTP (Precision Time Protocol Transmisión de estampas de tiempo, recuperación de

frecuencia, tiempo y fase.


Señalización


Telefonía


Señalización

Para establecer una comunicación telefónica entre dos dispositivos, es necesario implementar protocolos de señalización Permiten indicar el número discado, la atención de

una llamada, etc.

Esta necesidad de señalización ha estado presente desde los orígenes de la telefonía Ha evolucionado, con el crecimiento de las redes y la

evolución de las tecnologías.

La señalización existe a todos los niveles en las redes de telecomunicaciones y de telefonía


Señalización

Entre centrales y teléfonos

Entre centrales públicas y centrales privadas

Entre centrales públicas

Entre centrales privadas


Señalización entre centrales y

teléfonos

Analógica

Ya vista al comienzo del módulo

Digital

Estándar: ISDN

Propietaria: Usada típicamente en sistemas

corporativas PBX

IP

Estándar: H.323, SIP

Propietaria: Usada típicamente en sistemas

corporativas PBX


ISDN (Integrated Services Digital

Networks)

Teléfono ISDN

BRI

(Basic Rate Interface)

Central Telefónica


ISDN (Integrated Services Digital

Networks)


SIP (Session Initiaton Protocol)

RTP Audio G.729

RTP Video MPEG-1

ACK

BYE

180 Ringing

200 OK con SDP

200 OK

100 Tryinig

INVITE con SDP

Sistema Telefónico

IP

Teléfono IP

SIP

http://www.google.com.uy/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.telephonemagic.com%2Fcisco-sip-ip-phones%2Fcisco-8900-ip-phones.htm&ei=juYAVbyYF4uigwT_iISoAw&bvm=bv.87920726,d.eXY&psig=AFQjCNG_-RjEqE87Y7cqP9ZfgBpFoFVB_Q&ust=1426208772908162


Señalización entre centrales

públicas y centrales privadas

Analógica

La central privada es vista como un “teléfono” por la central

pública

Digital

ISDN

Servicio Básico (BRI)

Servicio Primario (PRI)

R2

IP

El protocolo SIP está comenzando a ser utilizado por los

operadores de telefonía pública para brindar servicios de acceso

a la red por VoIP


Señalización entre centrales

públicas

La red de señalización entre centrales públicas

más difundida es la conocida como SS7

(Signaling System Number 7).

Es típicamente el sistema de señalización

actualmente utilizado internamente en las redes

ISDN, celulares y IN (“Inteligent Networks” o

“Redes Inteligentes”).


SS7

Incluye los siguientes componentes

SSP (Service Switching Point)

Son los nodos encargados de conectar los terminales de la

red

STP (Signaling Transfer Point)

Son ruteadores de señalización SS7. Deciden la ruta a tomar

para cada mensaje de señalización SS7

SCP (Signaling Control Point)

Brindan servicios de almacenamiento y procesamiento de

datos, como por ejemplo la facturación (“Billing”), traducción

de números (por ejemplo 0800, 0900), etc


SS7


SIGTRAN

El nombre proviene de “SIGnaling TRANsport”

Es un nuevo protocolo de señalización, que

básicamente paquetiza la señalización SS7 y la

envía sobre redes de paquetes basadas en IP

Utiliza el protocolo SCTP (Stream Control

Transmission Protocol) definido en el RFC 4960.


Redes de Telecomunicaciones

Núcleo

de Red

Central de

Conmutación

Local

Central de

Conmutación

Local

PBX

Corporativa

Red de

Acceso

Red de Acceso

Transmisión y

Transporte

Señalización

Central de

Conmutación

Celular

Red de

Acceso

Señalización

Terminal

Celular

Terminal

Telefónico Fijo

Sincronismo


Muchas Gracias!

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Ing. José Joskowicz

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