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Introducción a las redes de comunicación
Tipo: Resúmenes
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¡No te pierdas las partes importantes!
- 1. INTRODUCCIÓN - 1.1 NECESIDAD DE REDES DE TELECOMUNICACIÓN - 1.2 INTEGRACIÓN DE LAS REDES DE TELECOMUNICACIÓN 1.1 Necesidad de redes de telecomunicación El objeto de las telecomunicaciones es permitir a múltiples entidades distantes que se comuniquen de forma eficiente mediante el uso de tecnología eléctrica, electromagnética y electrónica. Para identificar los distintos elementos que toman parte en una comunicación puede ser de utilidad el modelo genérico que se muestra en la siguiente figura:
Fuente w^ Transmisor ^ (^) transmisiónSistema de ^ Receptor (^) ^ Destino
La fuente es el origen de la información a comunicar. Ésta puede ser de distinta naturaleza: desde la voz de una persona hasta los datos generados por un equipo informático, pasando por combinaciones de ambos (información multimedia). El transmisor es el encargado de transformar y codificar la información generada por la fuente para que pueda ser transmitida en forma de señales. Ejemplos de transmisores son desde el aparato telefónico hasta las tarjetas de comunicaciones de los equipos informáticos. Fuente y transmisor forman el sistema origen. El sistema de transmisión es el conjunto de medios a utilizar para transportar la señal de un extremo a otro. Aunque en la histora de la comunicación a distancia han existido diversas tecnologías que se han utilizado en el sistema de transmisión, actualmente las telecomunicaciones se basan en el uso exclusivo de tecnologías electrónicas y ópticas. En general, la señal sufrirá alteraciones y modificaciones a su paso por el sistema de transmisión. Éstas deberán ser controladas y, a veces, corregidas. El receptor acepta la señal del sistema de transmisión y la transforma para que el destino pueda interpretarla. El destino, finalmente, es aquél al que va dirigida la información, así que toma los datos del receptor y los interpreta. Receptor y destino forman el sistema destino.
Cuando se tienen varios sistemas origen y destino, pueden disponerse sistemas de transmisión independientes y paralelos para dar soporte a la comunicación. Sin embargo, la condición de eficiencia en la comunicación implica la necesidad de organizar dichos sistemas en una red de comunicaciones. En efecto, el más simple de los sistemas de transmisión sería un enlace entre los dos sistemas, origen y destino. De esta forma, para comunicar N interlocutores serían necesarios tantos enlaces como parejas origen-destino pudieran establecerse: N*(N-l)/2. Estos enlaces se disponen formando una malla completa. Sin embargo, por término medio, cada enlace se usará sólo una fracción (1/N) del tiempo que el usuario se esté comunicando.
que por motivos de seguridad y eficiencia suele mallarse parcialmente. Por tanto, serán necesarios procedimientos de enrutamiento o encaminamiento de los flujos de información desde el origen al destino. La red de telecomunicación resultante estará compuesta por nodos que colaboran entre sí y permiten un uso compartido de los enlaces. Distintas redes pueden tener diferentes estructuras topológicas, así como distintos mecanismos de transmisión, multiplexión y conmutación, de encaminamiento y de control de congestión. Pero todas buscan el aumento de eficiencia mediante la compartición de recursos. Este tema se ocupará de describir las características genéricas de las redes de telecomunicación.
1.2 Integración de las redes de telecomunicación Tradición al mente las redes de telecomunicación se diseñaban específicamente para ofrecer a los usuarios un servicio concreto. Así, era posible diferenciar, entre otras, las siguientes redes:
1 Redes y Servicios de Comunicaciones 5
La tendencia actual es integrar en una única red de altas prestaciones todas las infraestructuras de telecomunicación, de forma que éstas sean capaces de soportar cualquier tipo de servicio. El acceso desde el abonado a la red así construida hace uso de las redes existentes y, cuando no es posible, se despliegan accesos nuevos. De esta forma es posible la comunicación eficiente de datos sobre infraestructuras de la red telefónica (x-DSL), o la comunicación oral sobre redes de datos (voz sobre JP). En los siguientes apartados de este tema se prestará atención al aspecto general de una red de telecomunicación y a los elementos que la forman. Resulta absurdo pretender abarcar la complejidad de una red de telecomunicaciones en unas pocas páginas. El objetivo de este tema no es otro que intruducir los elementos constitutivos de una red y el vocabulario que describe las funciones básicas que realizan. En los temas posteriores, se expondrán algunas de las redes y servicios más utilizados. En módulos sucesivos se ahondará en los conceptos tan someramente presentados en éste.
De enorme ancho de banda y bajísima atenuación, suele usarse mucho en la red de transmisión, pero puede encontrarse también en el acceso. El elevado coste de los transmisores (láser) y de su instalación (empalmes más delicados que en el caso de cables metálicos) hace que, actualmente, sólo sea viable su uso compartido en combinación con el cable coaxial o el cable de pares.
Central local o Central autónoma
2400 pares
Ti Bobina de carga I—| Concentrador I I remoto
Derivación en puente
Desde la central que contiene al conmutador de acceso se distribuyen cables de hasta 2.400 pares que se van ramificando sucesivamente hasta llevar un par a cada abonado individual. A menudo se complementa con fibra óptica para llegar a zonas algo más alejadas, en las que se ubica un concentrador remoto del que
parten de nuevo cables de pares. Una sola central de acceso cubre típicamente entre 10.000 y 50.000 abonados Diseñada en un principio para el soporte de la comunicación oral con transmisión analógica (frecuencias entre los 300 y 3400 Hz), las distintas tecnologías de bucle digital de abonado (DSL) permiten usar esta red de acceso para la comunicación eficiente de datos a alta velocidad y, previsiblemente, también para la transmisión de programación televisiva.
Cabecera y conmutador de acceso
Nodo primario
Nodo óptico terminal
Amplificadores
J Cable coaxial / K ¡ P ^ 1A _^1 -XL—rf-/ ¿Ife./Ifet./tfe.
Más heterogénea que las demás redes, éstas combinan el uso de fibra óptica y cable coaxial. En función de la mayor o menor penetración de la fibra este tipo de red recibe distintos nombres: fibra hasta el abonado o red óptica pasiva (FTTH o PON), fibra hasta el edificio (FTTB), fibra hasta la acera (FTTC) y fibra hasta el grupo de manzanas (HFC, de híbrida fibra-coaxial). Esta última es la que se muestra en la figura: desde el conmutador de acceso o cabecera se van conectando sucesivos puntos de distribución (nodos primarios y secundarios) en anillo o en estrella, hasta llegar a un nodo óptico terminal. Ahí se realiza una conversión electroóptica y se prosigue la distribución hasta el abonado mediante cable coaxial. El uso del cable coaxial es compartido por varios abonados. Según se muestra en la figura, en el camino hasta el abonado pueden insertarse amplificadores. Aunque este tipo de red se despliega principalmente para distribuir programación de radio y televisión, la aparición de equipos especiales (modems de cable) permite la comunicación de datos y el soporte de servicio telefónico.
3. Radio fija: Las redes fijas de acceso inalámbrico utilizan bandas de frecuencias que se propagan por el espacio, usualmente entre los 3 y los 42 GHz. La estructura de
Es necesario apuntar que, cualquiera que sea la técnica empleada, la conmutación en las redes actuales es electrónica y digital, es decir, se conmuta información digital (no analógica) por procedimientos electrónicos (no fotónicos ni mecánicos).
2.3 Red de Transmisión
Se entiende por red de transmisión la formada por los enlaces que unen a los conmutadores entre sí. A menudo se conoce a estos enlaces como enlaces troncales, y a la unión de conmutadores y enlaces troncales como red dorsal (backbone). La topología de la red de transmisión suele ser parcialmente mallada, lo que permite dotar de redundancia a las rutas de comunicación: en caso de fallo de una de ellas no se interrumpe el servicio sino que se toma una vía alternativa.
En la red de transmisión pueden usarse todos los medios físicos ya mencionados en la red de acceso (cables de pares, coaxiales, enlaces de radio, satélites y fibras ópticas), siendo más atractivos los que más capacidad ofrecen a mayores distancias. Dado que en los enlaces troncales convergen gran cantidad de flujos de información, su uso es casi continuo. Por ello el coste del medio físico utilizado deja de ser tan crítico como en la red de acceso. En las redes modernas la transmisión es exclusivamente digital, ya que ello permite la regeneración de la señal sin pérdida de calidad cuantas veces sea necesario. La digitalización de las señales es responsabilidad de la red de acceso. La representación digital de una señal que se encuentra en un conmutador debe ser acondicionada al medio físico concreto por el que va a ser transmitida. Se conoce como modulación a la modificación de alguna característica de una onda (portadora) en función de otra (moduladora) que contiene la información a transmitir. La onda resultante y en condiciones de ser transmitida se denomina señal modulada. La señal modulada se encuentra adaptada al medio de transmisión que se va a utilizar. Por motivos prácticos y económicos resulta conveniente la transmisión de múltiples flujos de información simultáneos por los enlaces troncales. Se denomina multiplexión a la compartición del uso de un enlace y multiplexor al equipo que la efectúa. Esta compartición puede ser determinista cuando la asignación de capacidad es fija y constante y estadística cuando varía con el tiempo. La multiplexión implica un reparto de capacidad del enlace que, en la red de transmisión, puede hacerse dividiendo la misma en bandas de frecuencia (multiplexión por división en frecuencia -FDM- o en longitud de onda -WDM-), en intervalos de tiempo (multiplexión por división en el tiempo -TDM-) o en polarización (multiplexión por polarización). Naturalmente, esos mecanismos de reparto pueden combinarse entre sí. Se conoce como jerarquía a una forma normalizada y ordenada de aplicar un mecanismo de multiplexión de forma sucesiva para ir obteniendo una señal de capacidad cada vez mayor que se adapte a las necesidades de transmisión de un enlace concreto. Existen dos jerarquías de multiplexión por división en el tiempo de uso muy extendido:
inferior. Mediante el uso de la red de sincronización se intentará reducir la fluctuación de los transmisores. Por este motivo, a diferencia de lo expuesto en PDH, las tasas de bit de los distintos niveles de SDH sí son el cuadruplo del nivel inferior. Varios (^) STM- 155Mbps STM- 620 Mbps (^) STM- 2.48 Gbps (^) STM- 9.95 Gbps
Cuando la capacidad necesitada en un enlace es mayor, y si el medio físico lo permite (como es el caso de las fibras ópticas) pueden multiplexarse varios flujos SDH de 10 Gb/s por división en longitud de onda (WDM). La tecnología actual permite multiplexar desde 8, 16, 32 y hasta 100 flujos SDH sobre la misma fibra, lo que ofrece una capacidad de 1 Tbit/s sobre un único enlace.
N
2.4 Red de Sincronización
La red de sincronización permite dotar de una base de tiempos común a todos los transmisores y receptores de una red de telecomunicación.
La necesidad de contar con una base de tiempos común se ilustra en la figura. Transmisor y receptor, conectados por un enlace, utilizan dos relojes nominalmente idénticos para transmitir y recibir. En el receptor existe una memoria tampón (B) de tamaño reducido, capaz de absorber pequeñas fluctuaciones. El tamaño de B es necesariamente pequeño, ya que a mayor tamaño mayor retardo.
Los relojes fluctúan por razones internas (imperfecciones de fabricación, por envejecimiento, por inexactitudes en el ajuste) y externas (por presencia de ruidos e inerferencias, elongaciones del medio de transmisión, cambios en la velocidad de
propagación y, en el caso de los satélites, por efecto Doppler). Dichas fluctuaciones son inevitables.
i i I!
Si la frecuencia real de transmisión (fi) se mantiene más elevada que la de recepción (f 2 ) durante un periodo de tiempo lo bastante largo, la memoria tampón del receptor (B) terminará por desbordarse. Si, por el contrario, la frecuencia real de transmisión se retrasa con respecto a la de recepción durante el suficiente tiempo, la memoria terminará por vaciarse. En cualquiera de las dos situaciones se produce un fallo: en el primer caso se purga la memoria para hacer sitio a los datos más recientes, y en el segundo se repite parte del contenido de la memoria mientras se espera a que lleguen datos nuevos. Este fallo se conoce como deslizamiento de trama o slip. El efecto pernicioso de un deslizamiento de trama varía entre la simple percepción de un clic en la comunicación vocal y la ocurrencia de un error en una comunicación de datos. Por ello el número de slips es un parámetro de calidad del servicio, y debe mantenerse por debajo de unos determinados umbrales, en función del número de comunicaciones que atraviese el enlace (enlaces de más capacidad tienen requisitos de calidad de servicio más estrictos). Existen dos formas de organizar la red para controlas esas fluctuaciones^1 :
1. Red Plesiócrona: Se basa en utilizar relojes muy exactos en los diferentes nodos de conmutación. Los relojes funcionan de forma independiente, sin ajustarse unos con otros. En las redes plesiócronas no existe, por tanto, red de sincronización. La exactitud de los relojes, sin embargo, permite que las fluctuaciones estén acotadas. Para abaratar el coste de dichos relojes se utilizan los más exactos para los nodos más importantes y menos exactos según se desciende en la jerarquía de conmutación.
(^1) No hay que confundir estas formas de organizar la red con las jerarquías digitales de transmisión
del apartado anterior. (^2) Cada uno de los 24 satélites del sistema GPS lleva una pareja de relojes atómicos, uno de cesto y
otro de rubidio.
los que son destino final. Siempre es necesaria, cualquiera que sea el tipo de servicio que se ofrece al usuario. En las redes actuales es exclusivamente digital. Cualquiera que sea el tipo, y en función de cómo se transportan los flujos de señalización en relación a los flujos de datos que controlan, puede hablarse de:
En temas posteriores se profundizará en los distintos mecanismos de señalización.
2.6 Red de Gestión Por gestión de red puede entenderse la planificación, organización, supervisión y control de los elementos de comunicaciones de una red para garantizar un nivel de servicio, y de acuerdo a un coste. La red de gestión es, por tanto, la encargada de controlar la operación correcta de la red de telecomunicación. Un objetivo tan ambicioso engloba tareas muy variadas: ofrecer al abonado un servicio de recepción de quejas, permitir la contabilidad y facturación por el uso de la red, reducir los tiempos de instalación y arreglo de averías, maximizar la utilización de los recursos de la red, dar de alta a nuevos usuarios en la red, recolectar datos sobre averías, alarmas y fallos en general etc. Para organizar estas y otras tareas propias de la gestión, suelen agruparse en cinco áreas funcionales:
1. Fallos: La gestión de fallos se encarga de la prevención y corrección de los mismos. Actúa antes de que aparezcan (gestión proactiva, por ejemplo monitorizando la frecuencia de fallos menores en un equipo, en prevención de uno mayor), y también después, ya que dentro de este área se definen los procedimientos de resolución de averías (gestión reactiva).
2.7 Red de Servicios
La red de servicios tiene el objetivo de permitir al propietario de la red la definición, implementación, prueba, despliegue y retirada de nuevos servicios sobre la red de telecomunicación. Estas tareas deben poder realizarse de forma efectiva en coste y en un tiempo reducido. De todos los sistemas de una red de telecomunicación, la red de servicios es la más moderna. En efecto, sólo tiene sentido cuando la red de telecomunicación ofrece múltiples servicios, y no cuando éste es único.
El concepto de red de servicios es originario de las redes de telefonía, donde se conoce con el nombre de red inteligente. La red inteligente ha permitido la implantación de nuevos servicios sobre la infraestructura existente de la red telefónica. Nótese que el despliegue de un nuevo servicio no es justificación para renovar todas las centrales: ello implicaría un coste muy elevado en caso de que fracasara dicho servicio. Dicho de otra forma: los servicios nuevos deben poder prestarse utilizando, si es necesario, algunas centrales antiguas.
Entre esos nuevos servicios están los de tipo 90X^5 : cobro revertido automático (números con prefijo 900), coste compartido (901), número universal (902), tarificación adicional (903/906) y tratamiento masivo de llamadas o televoto (905).
(4) tprnS (ERROHUNIT.The HEAP-strucHí
Punto de Control de Servicios (SCP)
A modo de ejemplo, se detallará el funcionamiento básico de la red inteligente para soportar servicios, que es muy simple y se apoya en el uso de la señalización. Ésta
s (^) La numeración asociada a los servicios de inteligencia de red depende del país. Así, en EEUU el
cobro revertido automático no usa el prefijo 900, sino el 800.
permite interceptar los mensajes de establecimiento de llamada a números con los prefijos citados (punto 1 de la figura). La intercepción se produce en puntos de conmutación de servicio (SSP o Service Switching Point), que se ubican en (algunas) centrales (2). El establecimiento de la llamada queda en suspenso mientras la central consulta a un punto de control de servicios (SCP o Service Control Point), que es el centro de la red inteligente. Para efectuar la consulta se utiliza la red de de nuevo la red de señalización (3). En el SCP reside información relativa al servicio concreto que se invoca, así como el software necesario para procesar la llamada en cuestión. Este procesado (4) puede ir desde incrementar un contador (caso del televoto), hasta mapear un número 902 a un destino concreto en función del día y la hora. Terminado este procesado (5), y de nuevo usando la red de señalización, se indica al SSP el procedimiento a seguir: terminar la llamada, proseguirla (6), etc.