Universidad Aut6noma Metropolitana Unidad lztapalapa

Area de Redes de Comunicaci6n e lnterconectividad Departamento de lngenieria El6ctrica

/ Divisi6n de C.B.I.

PROYECTOS DE INGENIERIA ELECTRONICA I Y 11

/'

d i c r @ c i h de un Sistema Celular en Base al Modelo OSI"

Y

"Sistema de Sedalizacidn No. 7 del CCITT"

/ que para obtener el título de Ingeniero en Electr6nica presenta:

6 r e s t T6llez Analco 8 L 6 8 6 4 146'525

Asesor: Ing. Ruben Vazquez M.

L/

Marzo de 1993

Prólogo

Debido al incremento en la demanda de los servicios móviles así como a la poca información de que se dispone en éste campo, se decidió realizar un trabajo que describiera la arquitectura de los sistemas de comunicación m s , enfocándose más en los sistemas celulares digitales. La descripción se lleva a cabo tomando como referencia un modelo de arquitectura normalizado, siendo seleccionado para este próposito, el Modelo OSI, por ser mundialmente en el campo de las comunicaciones.

La transmisión de datos en modo paquete es uno de los servicios incorporados a últimas fechas en algunos sistemas celulares, y en nuestro país se ofrece solo mediante modems debido a que tales sistemas son aún analógicos. Así pues, en la primera parte de este informe se analiza la relación Sistema Celular-Modelo OSI, fbndamentalmente para los tres niveles más bajos dentro de OSI: el nivel fisico, el nive de enlace de datos y

el nivel de red.

En la segunda parte, se describe una de las interfaces utilizadas por los sistemas celulares en la comunicación interna o- con otras redes (fijas o

móviles), el Sistema de Sefialización No. 7 de CCITT (SS7). Dicha descripción se trata de hacer también en base al Modelo OSI. .

Este sistema de señalización es de gran aceptación internacionalmente debido a los servicios que soporta, por su alto rendimiento, así como por su capacidad de operación sobre redes analógicas y digitales.

Este trabajo sirvió como base para desarrollar obras tales como el libro "Sistemas Celulares Digitales", el cual resultó ganador en el Segundo Concurso de Elaboración de Libros de Texto y Material Didactic0 convocado por la UAM-1. Se elaboraron también artículos de divulgación científica para su participación en el foro acaddmico convocado por la Universidad de las Américas de la ciudad de Puebla.

Por otro lado, este trabajo trata de establecer las bases teóricas para trabajos posteriores, además de servir como material de consulta para generaciones futuras.

Primera Parte

Descripción de un Sistema Celular en bdse al Modelo OS1

Introducción

l . Sistemas Celulares l . 1 Generalidades 1.2 Características de los sistemas celulares 1.2.1 Características básicas 1.2.2 Características esenciales 1.2.2.1 Reuso de frecuencia 1.2.2.2 Transferencia de la llamada 1.2.2.3 Seguimiento de la llamada 1.2.3 Características de servicio 1.3 Técnicas de acceso a redes 1.4 Sistemas normalizados internacionales

2. Transmisión de datos 2.1 Antecedentes 2.2 Redes Conmutadas 2.2.1 Conmutación de circuitos 2.2.2 Conmutación de mensajes 2.2.3 Conmutación de paquetes 2.3 Redes de Difusión 2.3.1 Radio paquetes 2.3.2 Redes locales 2.3.3 Redes satelitales 2.4 Modelos de arquitecturas 2.4.1 Estructura jerárquica 2.4.2 Estructura estratificada 2.4.3 Protocolos 2.4.4 Modelo OS1

3. Red Celular ADC-AMPS 3.1 Antecedentes 3.2 Arquitectura 3.3 Técnicas de modulación 3.3.1 Generalidades

1 1 2 4 4 5 5 5 6 6 8

1 1 1 1 12 13 13 13 . 15 15 16 17 19 20 20 20 21

26 26 27 29 29

3.3.2 Modelo del transmisor modulador d4-QPSK 3.3.3 Tbnicas de detección diferencial DQPSK 3.3.3.1 Detección diferencial en banda base 3.3.3.2 Detección diferencial en la banda de FI 3.3.3.3 Discriminador de FM 3.3.3.4 Equivalencia de los detectores diferenciales 3.3.4 Detección coherente de sistemas d4-QPSK 3.4 Enlace de datos 3.4.1 Generalidades 3.4.2 Estructura de la trama 3.4.3 Detección de etrores 3.4.4 Errores en la transmisión de paquetes

Segunda Parte

Sistema de Señalización No. 7 de CCITT

4. Sistema de Señalización No 7 (SS7) 4.1 Antecedentes 4.2 Arquitecturas de control 4.2.1 Control centralizado 4.2.2 Control distribuido 4.2.3 Control por programa almacenado 4.3 Sefialización de control 4.3.1 Sefialización en banda 4.3.2 Sefialización fbera de banda 4.3.3 Sefialización por canal común 4.4 Características del SS7 4.5 Arquitectura 4.5.1 Parte transferencia de mensajes (PTM) 4.5. l . 1 Nivel 1 : Enlace de datos de sefialización 4.5.1.2 Nivel 2: Enlace de señalización 4.5.1.3 Nivel 3: Red de señalización 4.5.2 Parte control de conexión de señalización (PCCS) 4.5.3 Parte usuarios 4.5 3.1 Parte usuario de telefonía (PUT) 4.5.3.2 Parte usuario de la RDSI (PU-RDSI) 4.5.3.3 Parte usuario de datos 4.5.4 Capacidad de transacción 4.5.5 Entidad de aplicación 4.5.6 Elementos de servicio de aplicación

30 31 31 32 33 33 34 34 34 35 36 37

39 39 40 40 41 42 44 44 45 ’

46 47 49 51 51 53 54 58 60 60 60 63 63 64 65

4.6 Otros servicios 4.6.1 Centro de tarificación 4.6.2 Centro de servicios de red 4.6.3 Red de administración de telecomunicaciones 4.6.4 Redes inteligentes 4.6.5 Sistema de telefonía móvil 4.6.6 RDSI de banda ancha

Referencias.

Bibliografia.

65 66 67 69 69 70 72

73

74

Introducci6n.

La tecnología en el campo de las telecomunicaciones se encuentra en los albores de una nueva era. Los sistemas de transmisión transportan los mensajes a velocidades cada vez mayores y permiten realizar estructuras de red aún más rentables y flexibles que satisfacen todos los requerimientos de las redes integradas. Uno de los servicios con mayor demanda durante los últimos años son los de comunicación móvil, puesto que la movilidad es la opción más deseada entre los usuarios residenciales y empresariales. El incremento anual en el número de usuarios de radio móvil es entre el 30% y el 40%, mientras que para los servicios de redes fijas es apenas del 3% [ 13.

La evolución de las comunicaciones móviles está determinada por las necesidades de mercado en sus diferentes aplicaciones y por los organismos reguladores. Existen en todo el mundo muchos sistemas normalizados para las comunicaciones móviles, evolucionando gradualmente algunos de ellos desde los sistemas analógicos hasta llegar a ser completamente digitales. De todos ellos destacan tres principalmente, el DAMPS Norteamericano, el GSM Pan-Europeo y el JDC Japonés. Actualmente operan en el mercado la segunda generación de dichos sistemas. DAMPS y GSM son sistemas celulares digitales que se basan en la avanzada tecnología de radio digital

La tercera generación de los sistemas móviles se define actualmente pensandose como una red avanzada para alcanzar las metas de una movilidad global de usuarios y terminales; ejemplos de estos tipos de sistemas son las Redes Inteligentes, las Redes de Manejo de Telecomunicaciones y las de Procesamiento Distribuido Público.

El propósito de esta tercera generación (Sistema de Telecomunicación Móvil Universal, y Telecomunicaciones Personal Universal o Servicios Móviles Personales) es llegar a ser una significativa fiente de tráfico en las redes de telecomunicaciones [2].

Se pretende que el Sistema de Comunicación Móvil Universal cubra todas las aplicaciones para todas las formas de movilidad (terrestre, marítima, abrea). Los servicios de comunicación e información, así como los servicios de localización y navegación para vehículos se podrían integrar a este sistema universal.

Métodos de acceso mejorados, principios de transferencia poderosos y protocolos unificados, así como las nuevas tecnologías conducen hacia un equipo terminal más pequeíio y de menor costo, combinándose ambas características para proporcionar los kndamentos de un sistema universal y, de esta manera, ampliar el campo de las comunicaciones móviles.

Siendo que todos estos desarrollos tecnológicos tarde que temprano llegarán a nuestro país, y por nuestra ubicación geogrhfica seguimos las normas utilizadas por los Estados Unidos de Norte América, especificamente la norma A M P S en el caso de la telefonía celular, en la primera parte de este trabajo se describen primeramente los elementos de un sistema celular básico, para que de esta manera sea más entendible la descripción que se realiza del servicio de transmisión de datos en modo paquete que ofrece el sistema AMPS. Este mismo servicio se describe también para el Sistema GSM Pan-Europeo.

Primera Parte

Descripcicin de un Sistema Celular en base al Modelo OS1

1. Sistemas Celulares.

Resumen.

Uno de los desarrollos más importantes en el Brea de las comunicaciones son los sistemas de comunicación celular. Dichos sistemas nos permiten comunicarnos desde y hacia cualquier lugar dentro del área de cobertura del sistema. Los sistemas celulares poseen características que otros sistemas de comunicacibn no tienen, como son: el reuso de fiecuencia, así como la transferencia y el seguimiento de la llamada. En el presente capítulo se describen esencialmente estas características, así como también se mencionan los sistemas celulares de referencia que existen internacionalmente.

1.1 Generalidades.

Los sistemas de comunicación celular son redes conmutadas que permiten la transmisión de voz y datos en forma confiable, empleando como medio de transmisión fbndamentalmente el espacio aéreo. Los principales objetivos de éstos sistemas son:

Capacidad para atender a una gran cantidad de usuarios; Uso eficiente del espectro; Capacidad de cobertura a nivel nacional; Amplia capacidad de acceso; Capacidad de adaptación al crecimiento de la densidad de tráfico; Servicio a vehículos y a teléfonos particulares; Servicio de telefonía normal y servicios especiales; Calidad de servicio telefónico; Accesible a diferentes tipos de usuarios.

El término celular se debe a que la cobertura radioeléctrica de una zona geográfica completa se realiza cubriendo pequeñas regiones que la constituyen, a estas pequefias regiones se les conoce como células consideradas idealmente hexagonales. En cada una de estas células existe una estación base (Base Station, BS) que permite cursar todo el trafico

1

CaDlhrk 1:

con los equipos móviles situados en esa zona. A su vez, todas las estaciones base están enlazadas con el Centro de Conmutación de Servicios M6viles (Mobile Switching Cenire, MSC) el cual se encuentra conectado a la central pública de la red automática conmutada.

Los MSC son generalmente de tipo electrónico con control por programa almacenado y permiten la conexión a nivel analógico ó digital con las centrales de la red automática conmutada.

Las BS permiten la conexión a nivel digital con los MSC, a través de sistemas de baja capacidad (PCM a 2 Mbits) sobre pares de cables trenzados, fibra óptica ó radioenlaces.

Por lo tanto, cuando se habla de sistemas radio celulares digitales, se entiende como aquellos en los que el enlace móvil-base es totalmente digital, además de los enlaces hacia los MSCs y a la red conmutada.

Los sistemas celulares trabajan en la banda de los 800 MHz y poseen alrededor de 666 canales disponibles. Muchas administraciones de las telecomunicaciones en el mundo han considerado adecuado dar en concesión el servicio a dos sistemas por zona, con la mitad de la banda de frecuencias del espectro a cada uno. Estas bandas son conocidas como Banda A y Banda B, con 333 canales cada una, de los cuales, 21 se dedican permanentemente a propósitos de control. En la figura l . 1 se muestra la asignación del espectro para radio telefonía celular, así corno los canales de voz y de control de las bandas A y B.

Los sistemas celulares poseen características particulares que los identifican, estas características se pueden clasificar como sigue:

- básicas; - esenciales; - de servicio;

1.2 Características de los Sistemas Celulares.

Un sistema telefónico celular, al igual que otros sistemas de comunicaciones, se puede describir en tbrminos de sus características de operación, fbncionalidad e integración con otros sistemas.

2

"----- 45 MHz - 825 MHz 835 MHz 845 MHz 870 MHZ 880 MHZ

R x EBR Tx W ...................

* Canales de Control (26 Canales de Control (21)

( a ) Di8tribucldn de canales en l a Eanda A .

4 45 MHz - 825 MI I7 835 MHz 845 MHz 870 MHz 880 MHz

Rx EBR Tx UM R x UY . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tx EBR

..... ... .. ... - * Canales de Control (21)

flr ( 1 ) MHz = 825 + 0.0301 1 : n6noro de canal

- * Canales de Control (21)

f , ( i ) MHz = 670 + 0.0301

(bl Di8tribucldn de canalrs en Ja Banda B

Figura 1.1 Asignaci6n del espectro de frecuencias para radiotelefonía celular en las bandas A y B.

3

".. ""̂ ""__I__ _, . . ..I -, ___^

1.2.1 Características bhsicas.

I,

Algunas de SUS características son comunes a los sistemas telefónicos COnVenCiOndeS, y

no está por demás mencionarlas. Así, las características bbicas de todo sistema celular son las siguientes:

o Establecimiento totalmente automático de las llamadas cursadas entre abonados móviles y abonados fijos de la red pública telefónica o entre abonados móviles.

0 Tarificación automática. o Facilidad de acceso a las líneas de salida y entrada. o Funcionamiento tipo dúplex y por tanto idéntico al de una conversación normal

telefónica con transmisión y recepción simultánea. 0 Obtención de alta calidad en la comunicación, similar a la existente entre abonados de

la red pública fija, minimizando los problemas inherentes a las conversaciones radioeléctricas, como ruido de fondo, interferencias, etc..

0 Privacidad de la conversación. 0 Cobertura y compatibilidad a nivel nacional. 0 Costos razonables de los equipos móviles.

El cumplimiento de estos aspectos está determinado fhdamentalmente por el tipo de sistema adoptado y esencialmente por el número de canales de radio disponibles para este servicio.

1.2.2 Características esenciales.

Los sistemas telefónicos celulares poseen características esenciales que los hacen particularmente diferentes a los sistemas de comunicación móvil convencionales, Dichas características son:

- Reuso de frecuencias, - Transferencia de la llamada y, - Seguimiento de la llamada.

4

1.2.2.1 Reuso de .Frecuencias.

Una de las características más importantes de los sistemas celulares es el reuso de fimencias, técnica que permite hacer un uso más eficiente del espectro, así como atender a más usuarios con un número limitado de canales de radio. Esta técnica consiste en utilizar canales de la misma frecuencia en varias células separadas entre sí varios kilometros de distancia, de tal manera que las sefiales radiadas desde una célula en sus canales asignados sean suficientemente potentes para proporcionar una buena sefial a una estación móvil dentro de dicha célula, pero no tan potente como para afectar en otros canales de igual fiecuencia localizados en otras células. Todas l a s terminales celulares pueden sintonizar cualquier canal asignado, y el equipo especial utilizado en la estación base detectará su movimiento, asignándole incluso, una nueva fiecuencia si cruza la fiontera de la célula.

1.2.2.2 Transferencia de la llamada.

La transferencia de la llamada (Hatd-ofj es la capacidad de transferir el control de la llamada de un usuario de una célula a otra, o bien entre canales en una misma célula, de acuerdo a los requerimientos de la potencia de la sefial y/o ruido. Cuando una estación móvil con una llamada en curso cruza la frontera de la célula, la computadora del sistema que rastrea a la estación móvil determina que se requiere de la transferencia de la llamada provocando esto una interrupción en la conversación. Esta interrupción es breve e imperceptible para los usuarios en ambos lados de la conversación. Durante el corte, se transmite un mensaje digital que contiene un número de canal nuevo para la llamada, este canal puede ser de la misma célula o de alguna adyacente. La estación móvil sintoniza automáticamente este canal y la conversación se reestablece.

1.2.2.3 Seguimiento de la llamada.

El seguimiento de una llamada (Roaming) ocurre cuando un usuario mbvil toma una llamada sobre alguna otra central distinta a la de su área de suscripción. Esto significa, que el usuario móvil abandona su lugar de residencia normal, o el área de cobertura de la central.

5

El seguimiento de la llamada únicamente está disponible entre sistemas que tienen convenios para ofrecer este servicio (por ejemplo, AMPS, TACS, ó NMT900). Este servicio no se puede dar entre sistemas diferentes debido a la incompatibilidad tkcnica [3].

Si algún usuario cambia su unidad móvil en un área de servicio remota, dicho usuario puede no ser rastreado. Todos los nuevos sistemas deben de tener un seguimiento de la llamada a nivel nacional como un componente esencial, pudiendo ser éste automático. Para que el seguimiento de la llamada sea automático, es necesario que las centrales de conmutación intercambien información entre cada una de ellas mediante un enlace digital dedicado que conecte a todas las centrales.

1.2.3 Características de Servicio.

Entre las características de servicio más avanzadas de los aparatos telefónicos celulares están:

- Iniciación de llamadas por descuelgue. - Memorización previa de varios números. - Rellamada al último número marcado. - Retención de llamada. - Información de otra llamada entrante. - Desviación de llamadas manual o automáticamente. - Tratamiento de llamadas maliciosas.

1.3 Tknicas de Acceso a Redes.

Debido a la importancia que tiene en este contexto, se habla a continuación de las tknicas de acceso como mecanismos que permiten una evolución en los sistemas de comunicación celular.

Los costos reducidos de componentes VLSI, así como la necesidad de obtener mayor eficiencia espectral y el objetivo de aproximar el costo del servicio telefónico móvil al de la red fija ha llevado a estudiar las diferentes tknicas de acceso múltiple en sistemas celulares digitales:

6

- Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). - Acceso n~últiple por división de tiempo (TDMA). - Acceso múltiple por división de código (CDMA).

En un esquema de acceso múltiple por división de frecuencia (Frecuemy Division Multiple Access, FDMA), la banda disponible para el servicio celular se divide en canales de usuario, cada uno de los cuales se ocupa por un usuario durante toda su comunicación. Este esquema corresponde directamente a los sistemas FnMA convencionales de tipo analógico, pero partiendo del empleo de un codificador de voz (9600 hasta 32000 bitds) y empleando tdcnicas de modulación digital eficientes como Modulaci6n en Frecuencia Modificada (Tamed FM, TFM) o Modulación Digital Gaussiana con Filtrado (Gaussian FiZteredMinimun Shvt Keying, GFMSK), permiten mantener canales de 25 ó 30 KHz. Este esquema, a pesar de las ventajas inherentes a la digitalización del canal de transmisión, así como su fácil evolución desde los sistemas analógicos, presenta los inconvenientes de utilizar un equipo transmisor-receptor en las estaciones base (BS) por cada canal con el consiguiente elevado costo para sistemas de alta capacidad.

El esquema de acceso múltiple por división de tiempo (Time Multiple Division Access, TDMA) se basa en el empleo de una portadora modulada a banda ancha, en donde todos los usuarios pueden accesar la banda total, permitiendo comunicaciones simultáneas cuando los usuarios accesan en los diferentes intervalos de tiempo. La gran ventaja de este esquema reside en el poco equipo requerido en las estaciones de radio base, ya que con un solo transmisor-receptor pueden atenderse 30 ó 60 canales por célula; se reduce también el número de combinadores y antenas [4]. El ancho de banda ocupado por portadora modulada (aproximadamente de 2 a 4 MHz) depende de la velocidad en banda base (2.2 x 2 Mbits, etc.) y del tipo de modulación empleada (4 PSK, 16 QAM, etc.).

Un esquema de acceso múltiple por división de wdigo (Cod? Division Multiple Access, CDMA) se basa en la transmisión-recepción ocupando toda la banda disponible. En estos sistemas se separan las portadoras asignándoles una dirección codificada específica a cada forma de onda. La información se transmite por superposición en la dirección de la forma de onda, la cual al combinarse se modula en la estación transmisora. Una estación puede utilizar todo del ancho de banda y transmitir en cualquier momento que lo desee.

Las formas de onda direccionadas sirven para producir un espectro de la portadora sobre un ancho de banda relativamente amplio; por lo anterior, las sefiales CDMA se conocen también como señales de espectro esparcido. A CDMA se le conoce alternativamente como SSMA (Spread-Spectrum Mult@le Access). Existen tres clases de CDMA, dentro de estos tres tipos están los de secuencia directa (SD), saltos de fiecuencia rápidos (SFR), y saltos de frecuencia lentos (SFL). El m& indicado para sistemas celulares parece ser el último, (SFL) [4].

El esquema CDMA posee las ventajas inherentes a la diversidad de fiecuencia, así como alta inmunidad a interferencias. Un inconveniente en relación al costo puede ser que se requieren equipos de mayor complejidad.

Estas tres técnicas de acceso múltiple para sistemas de radio se utilizan actualmente en aplicaciones de radiotelefonía para usuarios fijos. En las áreas de telefonía rural se emplean FDMA y T D M A , y en sistemas destinados a redes de uso militar como protecciones de guerra electrónica se emplea CDMA-SFL.

1.4 Sistemas Normalizados Internacionales.

Actualmente varios sistemas se están desarrollando encaminándose a varias de las aplicaciones en las comunicaciones móviles y celulares. En la Tabla 1.1 se muestran algunos de los comités y sistemas de referencia normalizados mhs importantes en el mundo. Todos ellos pueden influir sobre las aplicaciones de los sistemas de radio móvil, y varios proyectos de mercado indican que se desarrollarán en forma importante. El número de usuarios (atendidos imicatrlente por un sistema) puede ser entre 50 y 70 millones para 1995

113.

De todos los sistemas mencionados en la Tabla 1.1 destacan tres principalmente, el GSM Pan-Europeo, el AMPS-ADC Norteamericano y el JDC Japonés. Las tknicas de Modulación/Demodulación recomendadas y/o adaptadas por estos sistemas son x/4-QPSK, GMSK (6 GFSK) y 4-PAM-FM. Los sistemas normalizados Celular Digital Americano (American Digital Celular, ADC) y Celular Digital Japonés ( J a p e s e Digital Celular JDC) utilizan Modulación n/4-QPSK, mientras que el sistema GSM utiliza GMSK [S].

8

TABLA 1.1 COMITES DE NORMALIZACI6N Y PAISES DE APLICACIdN.

Abreviación Nombre

ADC

GSM.

DECT

CT-2

JDC

APCO-25

American Digital Celular, -segunda generación de los sistemas de referencia normalizados de radio celular en U.S.A y Canadti, desarrollados y especificados por el Comité TIA-45.3 (Telecommunications Industry Association, TIA) para su uso en U.S.A. y Canadi.

Grozrye Spécial Mobile, sistema Pan Europeo especificado por el Instituto de Normalización de las Telecomunicaciones Europeas (European Telecoitntlrcrticatiorls Standcrs Institute, ETSI).

Digital European Cordless Telephone System especificado por el comité DECT para aplicarse a través de toda Europa.

Cordless Telephone Segun& Generacidn Digital, desarrollada por la British Post Osfice y por el comité de CT-2 para su aplicación en Inglaterra y en Europa.

Japnese Digital Celular desarrollado actualmente por NNT de Japón en cooperación con el Ministry of Post, Telegraph and Telecommunications (MPT) de Japón para su aplicación en Japón.

Comité de Normalización APCO, Project 25, para nuevos servicios con salida digital en U.S.A. y Canadá, sirviendo a los mercados APCO ' y NASTD.

En los sistemas de telefonía celular analógicos se utiliza modulación FM analógica con un ancho de banda de 30 KHz en radiofrecuencia (RF), es decir, 30 KHz por canal de voz. Para la seilalización binaria de FM se transmite una seilal FSK con una velocidad de 10

Kbps dentro de la nlisrna banda de RF de 30 KHz. Los 30 KHz son de espaciamiento entre canales individuales, el canal no. 1 está en los 825.03 MHz para las unidades móviles y en los 870.03 para la estación base. La banda autorizada de 20 MHz por la Comisión Federal de las Comunicaciones (Federal Communicaíions Commission, FCC) se utiliza por 666 portadoras.

9

Para acomodar a los posibles 15 ó 20 millones de usuarios, para fines de este siglo, dentro del mismo espectro de frecuencias se requerid de un incremento quintuple (5 veces mayor) en la eficiencia del espectro comparado con los sistemas analógicos que operan actualmente. Debido a esta necesidad se han desarrollado técnicas que aumentan la eficiencia en el uso del espectro. Una técnica importante es el empleo de la tecnología digital. Además, se puede tener una capacidad adicional reduciendo la velocidad de transmisión (bit rafe) de la voz codificada (por ejemplo, buena calidad de voz por abajo de los 10 Kbps) e introduciendo microceldas.

Debido a los problemas de propagación y principalmente por la magnitud del retardo, puede requerirse equalización del canal. Dado el gran aumento en la demanda de servicio, se estima que la eficiencia espectral de la seiialización del canal en el sistema AMPS (una seiial de 10 Kbps) y de la velocidad de transferencia de la voz digitalizada tend& que incrementarse de 0.33 hasta 1.6 b/s/HZ, es decir, se requiere un incremento en la eficiencia del espectro del 500% [5].

2. Transmisión de datos.

Resumen.

En este capítulo se presentan conceptos elementales que sirven de base para describir de manera general cualquier sistema de comunicaciones y sirve como soporte para entender el planteamiento hecho en los capítulos siguientes, en los cuales se describen el sistema celular ADC y el sistema de sefialización No 7 respectivamente. Se habla de los diferentes tipos de redes y de los modelos de arquitectura.

2.1 Antecedentes.

Existen diferentes criterios para clasificar a l a s redes de comunicación. Por la naturaleza del envio de la información, se dice que las redes de comunicación pueden dividirse en :

- Conmutadas, y - No Conmutadas, o de difusión.

Considerar al medio fisico con que se construyen los enlaces entre los elementos de una red puede ser otro criterio de clasificación. Estos enlaces pueden ser tan simples como una línea de cable coaxial, o tan complejos que utilicen fibra óptica, enlaces de microondas o de vía satélite. Las mismas redes pueden clasificarse como analógicas o bien digitales.

En las redes analógicas las líneas de comunicación y las centrales son analógicas. Para transmitir datos sobre una línea de este tipo se debe utilizar un modem. En la transmisión, el mensaje dado en paquetes de datos se convierte, mediante el modem, en una seiIal analógica; en la recepción se lleva a cabo un proceso inverso, es decir, otro modem convierte un mensaje que llega en forma de seHal analógica a paquetes de datos. Un ejemplo de red analógica es la red telefónica pública administrada por TELMEX.

En una red digital, las centrales son digitales al igual que las líneas de comunicación, las cuales pueden utilizarse para transportar voz codificada o datos. En este caso no es necesario el empleo de modems pues las líneas no son analógicas. De esta forma, en una

11

red digital los datos se agrupan en mensajes o bien en paquetes de información. Un paquete de datos varía en tamaño, y éste puede incluir campos de dirección, de información y de control. Un ejemplo de red digital es la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI).

Los nuevos desarrollos presentan'su propio conjunto de problemas, por esto, diversas organizaciones e instituciones han establecido normas para la transmisión de información que permitan una coexistencia de los sistemas de cómputo y procedimientos de información desarrollados por los diferentes fabricantes.

2.2 Redes Conmutadas.

Las redes conmutadas poseen nodos a través de los cuales se enruta la información a su destino. La figura 2.1 muestra un ejemplo de este tipo de red. Cabe seaalar que los nodos deben interconectarse de acuerdo a las necesidades de comunicaci6n y condiciones de trhfico; algunos de estos nodos pueden ser puntos de acceso a la red. En este tipo de redes existen 3 mecanismos de conmutación, los cuales son:

- conmutación de circuitos, - conmutación de mensajes y, - conmutación de paquetes.

0 Nodo de la red de comunicaciones

Esiación de la red

Figura 2.1 Red Conmutada

12

2.2.1 Conmutación de Circuitos.

Este tipo de servicio establece una ruta de comunicación de extremo a extremo antes de que se envíe cualquier conjunto de datos. Esta ruta de comunicación es fija y se mantendrá hasta que finalice el intercambio de informacibn. La desventaja de la conmutación de circuitos es que el tiempo de establecimiento de conexión es largo, más sin embargo, una vez establecida la ruta, el único retardo en la transmisión de los datos es el tiempo de propagación de la señal electromagnCtica (6mdl OOOKm).

2.2.2 Conmutación de Mensajes.

En esta forma de conmutación no hay un establecimiento anticipado de la ruta entre el que envía y el que recibe. En su lugar, cuando el que envía tiene listo un bloque de datos, éste se almacena en la primera central de conmutación, (es decir, un Procesador de Intercambio de Mensajes, IMP) para expedirse después dándose sólo un salto a la vez. Cada bloque se recibe íntegramente, se revisa en busca de errores y se retransmite. No existe límite en el tamaño de los bloques de datos, por lo que los IMP deben tener discos duros para el almacenamiento temporal de grandes bloques de datos. Esto significa tambidn que un sólo bloque puede ocupar una línea entre dos IMP durante varios minutos, inutilizando la conmutación de mensajes para el t r á k interactivo. A las redes que utilizan esta técnica se les conoce como de almacenamiento y reenvio.

2.2.3 Conmutación de Paquetes.

A diferencia de las redes de conmutación de mensajes, las redes de conmutación de paquetes fijan un límite superior en el tamaño del bloque, permitiendo que los paquetes sean almacenados en la memoria principal del IMP en lugar de hacerlo en disco. Teniendo la seguridad de que ningún usuario puede monopolizar una línea de transmisión por más de unas cuantas décimas de segundo, las redes de conmutación de paquetes son muy apropiadas para el manejo de tráfico interactivo. Debido a que los recursos no se dedican a una tarea exclusiva, estos se pueden utilizar por otros paquetes de distinto origen, o con destinos que tampoco tienen ninguna relación. Sin embargo, y precisamente porque no estin dedicados a una tarea especial, la aparición de una sobrecarga repentina en el trglco

13

2: T-

de entrada puede llegar a transtornar un IMP, por ejemplo, excediendo su capacidad de almacenamiento, ocasionando la pérdida de paquetes. En este tipo de servicio, los I M P S

proporcionan conversión de velocidad y código.

En las redes de conmutación de paquetes existen dos tknicas de envío de paquetes, por datagramas y por circuitos virtuales. En el servicio por datagramas, cada paquete se trata independientemente, luego, cada nodo de la red debe responsabilizarse del enrutamiento de cada paquete. De esta manera, paquetes con el mismo destino pueden seguir rutas diferentes a través de la red, pudiendo no llegar en el mismo orden en que heron enviados; en este caso, en la recepción se tiene la responsabilidad de reordenar los paquetes. Para el servicio de circuitos virtuales, se establece una conexión lógica antes de enviar cualquier paquete. En este tipo de servicio, cada paquete contiene un identificador de circuito virtual así como los datos del usuario. Cada nodo conoce la ruta preestablecida, por lo tanto, no se requieren decisiones de enrutamiento por paquete como en el caso anterior. La transmisión de información en forma de paquetes proporciona los siguientes beneficios:

1 : Universalidad.- Cada vez más organizaciones, sin importar su tamaiio, están haciendo uso de este tipo de servicio, como una consecuencia de la integración de servicios y de la coexistencia y compatibilidad entre los diversos sistemas de comunicación. Este tipo de servicio permite cursar cualquier clase de información (voz y video digitalizados, además de datos).

2: Flexibilihd en la interconexión de la comunicación.- Alrededor de la transmisión de paquetes se han desarrollado normas que permiten hacer uso de los recursos de la red a los distintos tipos de usuarios, reconocidos estos por el modo en que opera un Equipo Terminal de datos (ETD):

- Modo inicio/paro. Para los ETDs que transmiten asíncronamente. Cada caracter se precede de un bit de inicio y seguido por un bit de paro.

- Modo síncrono. Para los ETDs que transmiten sincronamente a otro ETD conectado al mismo enlace.

- Modo uaauete. Para ETDs que transmiten síncronamente a otro ETD conectado a la misma red.

3: Bajo cosio.- La capacidad de compartir los medios de transmisión, así como el equipo de conmutación y control, da como resultado un costo de comunicación bajo para un gran cantidad de información de los usuarios.

4: Seguridid.- Se proporcionan mecanismos eficientes de corrección y detección de errores, resultando en una transferencia de datos de extremo a extremo virtualmente libre de errores.

5 : Integridad.- La disposición de los medios, l a s diferentes rutas alternas, el control y el monitoreo de la red, dan como resultado una alta confiabilidad de la red.

2.3 Redes de Difusi6n.

Las redes de dihsión hndamentalmente emplean un medio de transmisibn común, al cual todas las entidades que desean comunicarse tienen acceso. La figura 2.2 muestra algunos ejemplos de este tipo de redes. Es necesario destacar que estas redes no contienen elementos o sistemas de conmutación, sino que ingresan al medio de acuerdo a ciertos protocolos definidos por el tipo específico de red. De estas redes existen tres tipos fundamentalmente:

- radio paquetes, - redes locales y, - redes satelitales.

2.3.1 Radio paquetes.

En este tipo de redes, se conecta una computadora central a una base de transmisión- recepción omnidireccional. Se utilizan dos canales de 100 KHz en la banda de UHF, asignando las fiecuencias de 407.350 MHz para el enlace computadora-terminal y 413.475 MHz para el enlace terminal-computadora. Los datos se transmiten en forma de paquetes de longitud fija precedidos de un encabezado, en donde se incluye la direccibn de las terminales destino, y terminados con una trama para la verificación de errores, Cada terminal transmite y recibe paquetes descartando los que no van dirigidos a ella. Cualquier alteración de la información durante la transmisión, se detecta cuando la terminal verifica el

15

código de detección de errores. Si se detecta un error, la terminal no reconoce la recepción del paquete, lo cual causa su retransmisión desde la estación base. Para esto, el enlace computadora-terminal actúa como una línea multipunto convencional.

Un transceptor de terminal convierte la información en paquetes y luego simplemente los transmite sobre un canal común. Este canal es transparente a muchas estaciones, haciendo posible que dos o más terminales puedan transmitir simultáneamente, produciendo esto una condición conocida como colisión de paquetes. Cuando llega a ocurrir tal situación, el receptor base no envía el reconocimiento de estos paquetes, puesto que puede no ser capaz de reconocer siempre el origen. Si despuCs de un tiempo razonable la terminal no recibe el reconocimiento desde la base, reprograma al paquete para retransmitirlo posteriormente en un tiempo aleatorio. Eventualmente, todos los paquetes se recibirán correctamente en la base y ésta los reconocerá. En este caso se establece un compromiso, a cambio de que la utilización máxima del canal sea 1/2e = 18.4%, se emplea una técnica de acceso múltiple extremadamente simple de implantarse y que ayuda a conservar el espectro. El canal sencillo asignado se utiliza para la transmisión y la recepción. Cuando operan en la vecindad de los 1800 MHz (banda de frecuencia reservada para uso del gobierno), se pueden soportar picos en los datos del usuario a velocidades superiores a los 1000 Kbps.

2.3.2 Redes Locales.

Una red de área local (Local Area Network, LAN) es un sistema formado por dispositivos de procesamiento de la información interconectados por un medio común de comunicaciones. Las LAN garantizan la comunicación entre sus componentes, y se incluyen aquí, microcomputadoras, discos de almacenamiento, e impresoras. Las LAN estfm restringidas a la comunicación entre o en el interior de edificios; la distancia máxima de cobertura depende del medio utilizado para conectar las componentes.

Otras características significativas de las LAN incluyen pertenencia, velocidad, y accesibilidad. Las LAN son redes privadas y no están sujetas a reglamentaciones de organismos públicos de normalización. Las topologías utilizadas, generalmente simétricas, facilitan las velocidades entre 1 y 10 Mbps. La velocidad de una LAN está limitada por la manera en que el "software" interacciona con la red y por la velocidad de acceso a los centros de almacenamiento compartidos más bien que por la velocidad del medio que

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conecta los nodos. El acceso a un nodo de una LAN se ve incrementado enormemente por los convertidores de protocolos y por la conexión a otras LANs a través de una red de kea metropolitana.

2.3.3 Redes Satelitales.

En las comunicaciones vía satélite se emplean antenas de microondas para recibir las seHales de radio procedentes de las estaciones emisoras en la tierra, y para devolver &as &ales a otras estaciones terrenas. Un satélite sirve de repetidor elemóniw. Una estación terrena A transmite al satélite seiiales de una fiecuencia determinada (canal de subida). Por su parte, el satélite recibe estas señales y las retransmite a otra estación terrena B, mediante una frecuencia distinta (canal de bajada). La seiial de bajada puede recibirse por cualquier estación situada dentro del cono de radiación del satdlite, y puede transportar voz, datos o seHales de video. La asignación de frecuencias diferentes para los canales de subida y de bajada evita que haya interferencia entre ellos.

La capacidad que posee el satélite de recibir y de transmitir se debe a un dispositivo conocido como transpondedor. Los transpondedores de satélite trabajan a frecuencias muy elevadas, generalmente en la banda de gigahertz. En la actualidad, la mayoría de los satélites operan en frecuencias de 4 a 6 GHz; otros poseen anchos de banda mayores, con transpondedores de 12 a 14 GHz. Los satdlites proporcionan una cobertura territorial muy amplia además de poseer una enorme capacidad de transmisión. Su amplia cobertura plantea también serios problemas de seguridad, ya que cualquier estación puede captar las transmisiones de una empresa con sólo sintonizar la fiecuencia del satélite.

Los satélites de comunicaciones representan una alternativa para las redes conmutadas de amplia cobertura. Si se hiciera por tierra, una empresa que desee establecer centros de conmutación, tiene que alquilar líneas y unirlas mediante componentes fisicos. Por el contrario, cuando dos estaciones terrenas se comunican a través del transpondedor de un satélite, y puesto que ambas transmiten y reciben por los mismos canales, cada estación sólo necesita escuchar la frecuencia del canal de bajada para saber si una transmisión va dirigida a ella. Si no es así, simplemente ignorará la sefial, mientras que si es ella la destinataria copia la señal y se la entrega al usuario final. Esta capacidad de dihsión conlleva una considerable reducción de costos en comparación con las redes terrestres que manejan inumerables líneas fisicas y equipos de conmutación.

17

c) Red local tipo Bus

Satelite

bl Red satelitaf

d/ Red focal tipo Anilo

Figura 2.2 Redes de Difusih.

18

En los satélites de comunicación, además del inconveniente de tener que codificar adecuadamente la señal por cuestiones de seguridad, las condiciones climatológicas adversas pueden afectar a la señal durante su trayectoria ascendente y descendente. Además, como la señal recorre una gran distancia, unos 36000 Km de subida y otros tantos de bajada, aparece un retardo considerable entre una estación y otra. En algunos casos, este retardo puede originar problemas significativos debido a los protocolos de línea y al tiempo de respuesta. Las señales de un satélite pueden verse interferidas también por otras seRales de radio procctlcntes de sistemas terrestres.

2.4 Modelos de Arquitecturas.

Actualmente es muy común utilizar el término arquitectura para describir a los sistemas de comunicación (redes). Parafraseando a la definición del diccionario, una arquitectura es una formación de una estructura. La arquitectura de una red describe que cosas existen, como operan, y de que forma lo hacen. Una arquitectura abarca la implantación fisica (hurdware), la programación (sofhvure), control de enlace de datos, recomendaciones, topologías y protocolos.

Durante la últirna década, el hncionamiento de los sistemas de comunicación ha evolucionado enormemente; en la actualidad, la mayoría de las instituciones utilizan computadoras y poseen, o bien, planean instalar algún tipo de red. Sin embargo, existe un problema inherente al gran desarrollo de este tipo de tecnología, y es que al existir una amplia gama de equipo, cada fabricante de computadoras tenía su propia arquitectura de red, de modo que en ningún caso existía compatibilidad. Debido a esto, se establecieron normas internacionales para el diseño de modelos de arquitecturas de redes.

Como ya se expuso, se han desarrollado diferentes modelos de arquitecturas para la implantación de sistemas de comunicación. Puesto que la comunicación entre dos sistemas es una labor muy complicada si se lleva a cabo por una sola entidad, la tarea se distribuye en módulos o entidades que puedan comunicarse con entidades similares que existen en otros sistemas. Dentro de un sistema, una entidad interacciona con otras entidades proporcionhdoles y utilizando servicios. Las reglas y convenciones utilizadas en la interacción de dos entidades se conocen conjuntamente como protocolo. La interacción puede realizarse fundamentalmente de dos formas:

19

CaDltuk 2:

- En estructura jerárquica y, - En estructura estratificada.

2.4.1 Estructura jerárquica.

Este tipo de estructura permite definir más de un protocolo en un nivel jerhquico; la funcionalidad de estos protocolos puede no ser la misma o ser muy similar, ademhs comparten el mismo conjunto de protocolos de soporte en el nivel jerárquico inferior más próximo. La entidad no puede utilizar sus propios setvicios ni directa, ni indirectamente, pero puede utilizar los proporcionados por cualquier otra entidad sin importar que ésta sea de una jerarquía mayor o menor. Bajo este razonamiento, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos creó un modelo de arquitectura jerarquizado conocido como DOD [6].

2.4.2 Estructura estrrtificrda.

En esta estructura se especifica que los protocolos de una misma capa tengan características comunes y ejecuten fbnciones específicas. El propósito básico de una estructura estratificada es reducir la complejidad de la comunicación entre dos sistemas, proporcionando una interacción entre capas de una misma jerarquía, permitiendo además, hacer cambios a una capa sin afectar a otras debido a que los límites de las capas están bien definidos. Una capa sólo puede interaccionar con las capas adyacentes a ella. Por lo anterior, se puede decir entonces, que un modelo estratificado tiene más restricciones que un modelo jerarquizado en cuanto no permite la realización de ciertas técnicas. Ejemplos de un modelo estratificado son el Modelo OS1 y el modelo SNA; el primero de ellos se describirá más adelante.

2.4.3 Protocolos.

En un sistema de comunicación 6s necesario que una entidad se comunique con otra, ya sea ésta parte del mismo sistema o de cualquier otro. Para que la comunicaci6n se realice exitosamente, las entidades deben de "hablar el mismo lenguaje". ¿Que se comunican?, ¿cómo se comunican?, y jcúando se comunican? deben de conformar un mismo conjunto de convenciones aceptadas por las dos entidades. Al conjunto de convenciones se le conoce como protocolo, el cual se define como un conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades. Los elementos clave de un protocolo son:

20

Cadub 2: 1- DE OAT%

0 Sintaxis: incluye cosas tales como formate0 de datos, codificación y niveles de seiiales.

0 Semántica: incluye información de control para coordinación y manejo de errores. 0 Temporización. incluye igualación de velocidades y secuenciación.

Un ejemplo es el protocolo de control de enlace de datos de alto nivel (High-Level Data Link Control, HDLC). Los datos que van a intercambiarse se deben de enviar en tramas de un formato específico (sintaxis). El campo de control proporciona una variedad de funciones reguladoras tales como la puesta de un modo determinado y el establecimiento de una conexión (semántica). Se provee tambiCn de hnciones de control de flujo (temporización). Otros protocolos muy comunes son el de procedimientos de control de comunicación de datos avanzado (Advanced Data Communication Control Procedures, ADCCP), y un protocolo idéntico al HDLC, el protocolo balanceado de acceso al enlace (Link Access Protocol-Balanced, LAP-B).

2.4.3 Modelo OSI.

La arquitectura de una red es un sistema lógico complejo. Para facilitar el entendimiento de tales sistemas, para própositos de diseiio, implantación y mantenimiento, se han desarrollado arquitecturas de redes que pueden ser vistas como un ensamblado de capas. La construcción de un sistema por capas proporciona una partición conveniente de las responsabilidades y distribuye los medios de servicio común. El concepto de partición de responsabilidades consiste en que cada nivel agregue valor a los servicios proporcionados por los niveles inferiores. De esta manera, el nivel más alto ofi-ece un conjunto completo de servicios necesarios para ejecutar una aplicación distribuida. La Organización Internacional de Normalización (International Standard Organization, ISO) desarrolló un modelo de referencia para la arquitectura de sistemas y le llamó modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (Open System Interconnection, OSI), porque precisamente se refiere a la conexión de sistemas heteroghos, es decir, a sistemas dispuestos a establecer comunicación con otros distintos.

Un sistema es un conjunto de una o más computadoras, la infraestructura de comunicación asociada, periféricos, terminales, procesos fisicos, medios de transferencia de información, que forman una entidad autónoma con capacidad de realizar el procesamiento de información.

21

Se dice que OS1 es un modelo de referencia para sistemas abiertos porque pone especial atención al intercambio de información entre sistemas y no al funcionamiento interno de cada sistema en particular. En otras palabras, OS1 constituye el marco de trabajo para el desarrollo de protocolos de referencia normalizados para la comunicación entre dos capas homónimas entre sistemas separados.

El objetivo a largo plazo de OSI, es desarrollar una compatibilidad total inter-sistemas, entre los muchos servicios ofrecidos por los proveedores y las redes de transporte alrededor del mundo.

El modelo OS1 particiona las hnciones de comunicación en un conjunto de capas ó niveles. Cada nivel ejecuta un subconjunto de funciones relacionadas con la comunicación entre diferentes sistemas. El nivel más bajo ejecuta knciones elementales y oculta los detalles de estas finciones a los niveles superiores. Idealmente, los niveles podrían definirse de modo que los cambios en un nivel no impliquen cambios en otros niveles. Este tratamiento reduce la complejidad del problema, pués debido a la consideración de capas funcionales, cada capa maneja un problema limitado. A continuación se describe cada uno de los siete niveles del modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos:

l . Nivel de control de interconexión fisica, 2. Nivel de control de enlace de datos, 3. Nivel de control de red, 4. Nivel de control de transporte, 5. Nivel de control de sesión, 6. Nivel de servicios de presentación y, 7. Nivel de aplicación.

Un mensaje entre dos usuarios de la red cruza los tres niveles más bajos en cada uno de los nodos de tránsito de la red. En estos tres primeros niveles se proporcionan procedimientos para solucionar los requerimientos de conexión entre un Equipo Terminal de Datos (ETD) y un Equipo Terminal de Circuitos de Datos (ETCD), con un buen grado de confiabilidad entre un ETD (equipo de usuario) y un ETCD (equipo de red).

22

Los niveles 1 a 4 de OS1 conforman el subsistema de transporte. El nivel 4 releva a l a s sesiones de cualquier consideración de detalle referente a la forma en la cual se realiza la transferencia de datos.

Los niveles de sesión, presentación y aplicación constituyen los niveles superiores del modelo OSI. A diferencia de los cuatro niveles inferiores, los cuales están fbndamentalmente involucrados en proporcionar una comunicación conliable de extremo a extremo, los niveles superiores pretenden proporcionar una serie de servicios orientados al usuario.

1) Nivel de Control de Interconexión Física.

Es el más bajo en la estructura y especifica los procedimientos mechicos, eléctricos y fbncionales necesarios para establecer, mantener y liberar conexiones físicas entre el Equipo Terminal de Datos (ETD) y el Equipo de Terminación de Circuitos de Datos (ETCD), o entre dos ETCD. Ejemplos de normas para esta capa son las recomendaciones V.24 de CCITT para redes telefónicas y las recomendaciones X.21 en su nivel fisico para redes de datos y telefónicas.

2) Nivel de Control de Enlace de Datos.

Este nivel establece y mantiene una o más conexiónes lógicas entre dos entidades de la red. El principal servicio proporcionado por este nivel a niveles superiores es el control de errores. De esta manera, cuando un protocolo del nivel de enlace de datos fbnciona a su total capacidad, el nivel superior adyacente puede asumir una transmisión virtualmente libre de errores sobre el enlace. Sin embargo, si la comunicación se realiza entre dos sistemas que no están conectados fisicamente, la conexión comprenderh un cierto número de enlaces en cascada, fbncionando cada uno de manera independiente. Por lo tanto, el nivel superior inmediato no estará excento de la responsabilidad del control de errores, por lo cual, este nivel proporciona también secuenciación de datos y control de flujo. Ejemplos de protocolos para este nivel son el HDLC y el LAP-B.

23

3) Nivel de Control de Red

El principal servicio del nivel de control de red es proporcionar una transmisión de datos transparente entre entidades de transporte. Para esto, proporciona el enrutamiento del mensaje, es decir, determina si el mensaje debe enviarse a la capa de transporte en el nodo local o a través de la capa de enlace de datos a otro nodo. Ademhs de enrutar, este nivel segmenta y empaqueta los mensajes para facilitar su transmisión. El nivel de red en un equipo de usuario gestiona ante la red los recursos necesarios para sustentar una aplicación del usuario.

4) Nivel de Control de Transporte.

El próposito de este nivel es proporcionar un mecanismo confiable para el intercambio de datos entre procesos en diferentes sistemas. El nivel de transporte asegura que las unidades de datos se envíen libres de errores, en secuencia, y sin pérdidas o duplicaciones. A este nivel le puede concernir también la optimización del uso de los servicios de red, así como el proporcionar la calidad de servicio requerida por las entidades de sesión. Por ejemplo, la entidad de sesión podría especificar una tasa de errores aceptable, retardo mhximo, prioridad y seguridad.

El tamaño y la complejidad de los protocolos de transporte depende del tipo de servicio dado por el nivel 3 (nivel de red). Para un nivel 3 confiable con capacidad de manejo de circuitos virtuales se requiere de un nivel 4 menos complejo. Si el nivel 3 es poco confiable ylo solo soporta datagramas, el nivel 4 deberh incluir t ,cnicas de control de errores.

Una conexión de transporte se identifica por un "identificador de punto final de transporte". Una o más conexiones de transporte pueden ubicarse dentro de la misma conexión de red.

5) Nivel de Control de Sesidn.

En el nivel de sesión se proporcionan dos clases de funciones:

(1) enlace de dos entidades de presentación y, (2) control del intercambio de datos, delimitación y sincronización de operaciones entre

dos entidades de presentación.

24

Es decir, este nivel proporciona la inicialización, la terminación, y la recuperación de la sesión, así como la delimitación de los datos y el control del disllogo. Al control del disllogo conciernen los tipos en los cuales los mensajes pueden fluir simultheamente (dos rutas simultáneas), en sólo una de las dos direcciones a un tiempo dado (dos rutas alternadas) o en una dirección dada (una ruta interactiva). Una sesión es la condición temporal que existe cuando los datos estsln en proceso de ser transferidos; esto no incluye procedimientos tales como el establecimiento de la llamada, disposición o desconexión. Una sesión se caracteriza por "identificadores de destino final".

En el nivel de sesión se proporciona también un mecanismo de puntos de verificación, de esta manera, si llegase a suceder algún tipo de falla entre dos puntos de verificación, la entidad de sesión puede retransmitir todos los datos a partir del último punto de verificación.

6) Nivel de servicios de Presentación.

A este nivel le concierne la sintaxis de la información que se transmite. Las fbnciones de la presentación incluyen formate0 de datos, codificación, encriptamiento/desencripta- miento de mensajes, procedimientos de diálogo, sincronización, interrupción y terminación. Ejecuta la conversión de conjuntos de caracteres y códigos, ademsls determina los mecanismos de despliegue para los mensajes.

Ejemplos de protocolos de presentación son el encriptamiento y el protocolo. de terminal virtual. Un protocolo de terminal virtual hace la conversión entre las características de una terminal genérica y un modelo virtual utilizado por los programas de aplicación.

7) Nivel de Aplicación.

Todos los demás niveles existen para brindar soporte a &te. E1 nivel de aplicación proporciona los recursos para los procesos de aplicación para accesar al ambiente OSI. Este nivel contiene hnciones de manejo y, generalmente, mecanismos útiles para soportar las aplicaciones distribuidas. Una aplicación se compone de procesos que cooperan entre sí

y se comunican mediante el uso de protocolos definidos en esta capa. Ejemplos de protocolos en este nivel son la transferencia de archivos y el correo electrónico [6].

25

3. Red Celular ADC-AMPS.

Resumen.

El sistema celular digital Norteamericano (American Digitul Celular, ADC) es la versión digital del sistema telefónico móvil avanzado (Advanced Mobile Phone System, AMPS) analógico desarrollado en EUA. Su característica principal es que estsl disefiado de forma tal que los sistemas AMPS analógicos existentes puedan evolucionar paulatinamente a la tecnología digital sin que eso signifique un cambio total en la infiaestructura instalada.

En el presente capítulo se describen las generalidades de estos sistemas, teniendo presente el modelo de arquitectura en niveles. Esta presentación es tal que se comienza por cuestiones de nivel fisico, después de nivel de enlace y luego del nivel de red.

3.1 Antecedentes.

Después de treinta años de trazar reglamentos por la Comisión Federal de Comunicaciones (Federal Communications Comission, FCC), el 7 de Junio de 1982, la agencia comenzó a otorgar licencias para la aplicación de los sistemas de comunicación celular en las 30 ciudades más grandes de Estados Unidos.

En un principio se utilizaron técnicas de modulación en frecuencia, debido a que en esa fechas en los sistemas de comunicación móvil su uso era el predominante. Posteriormente, para establecer un mejor enlace de comunicación, se propusieron nuevas técnicas tales como modulación en amplitud de banda lateral única, modulación digital en banda angosta, y modulación por espectro esparcido (spread-spectrum modulation) l a s cuales tienen ventajas sobre F M de banda angosta [7].

En 1988, la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (Telecommunication IndustriaZ Association, TIA) organizó el subcomité TR-45.3 con la finalidad de crear un Modelo de Referencia Normalizado para el sistema celular en EUA. Por otro lado, la

Ca~Ihdo 3: RFD QLIJLAR ADC-AMPS.

3. Red Celular ADC-AMPS.

Resumen.

El sistema celular digital Norteamericano (American Digital Celular, ADC) es la versión digital del sistema telefónico móvil avanzado (Advanced Mobile Phone System, AMPS) analógico desarrollado en EUA. Su característica principal es que esth disefiado de forma tal que los sistemas A M P S analógicos existentes puedan evolucionar paulatinamente a la tecnología digital sin que eso signifique un cambio total en la infraestructura instalada.

En el presente capítulo se describen las generalidades de estos sistemas, teniendo presente el modelo de arquitectura en niveles. Esta presentación es tal que se comienza por cuestiones de nivel fisico, después de nivel de enlace y luego del nivel de red.

3.1 Antecedentes.

Después de treinta años de trazar reglamentos por la Comisión Federal de Comunicaciones (Federal Communications Comission, FCC), el 7 de Junio de 1982, la agencia comenzó a otorgar licencias para la aplicación de los sistemas de comunicaci6n celular en las 30 ciudades más grandes de Estados Unidos.

En un principio se utilizaron técnicas de modulación en frecuencia, debido a que en esa fechas en los sistemas de comunicación móvil su uso era el predominante. Posteriormente, para establecer un mejor enlace de comunicación, se propusieron nuevas técnicas tales como modulación en amplitud de banda lateral única, modulación digital en banda angosta, y modulación por espectro esparcido (spread-spectrum modulation) las cuales tienen ventajas sobre FM de banda angosta [7].

En 1988, la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (Telecommunication Industrid Association, TIA) organizó el subcomité TR-45.3 con la finalidad de crear un Modelo de Referencia Normalizado para el sistema celular en EUA. Por otro lado, la

26

cclelh$o 3: REO QLIJ AR ADC-AMPS,

Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones Celulares (Cellular Telecommunication Industrial Association, CTIA) propuso los requisitos que habría de cumplir este sistema. Estas dos organizaciones acordaron la introducción de canales de voz digitales y como una posibilidad a futuro, proporcionar una integración de servicios

P I .

3.2 Arquitectura.

El sistema celular digital ADC de EUA, se ha desarrollado siguiendo la arquitectura mostrada en la figura 3. l .

En esta arquitectura de red existen diferentes equipos e interfaces, los cuales se definen brevemente a continuación. La estación móvil (Mobile Station, MS), contiene el equipo de interfhz necesario entre usuario y el canal de radio, permitiendo comunicación de voz, así como conexión para terminales de datos. La Estación Base (Base Station, BS), corresponde al equipo de radio que da servicio a una ó más celdas. El Centro de Conmutación de Servicios Moviles (Mobile Switching Centre, MSC), es la interfaz para el trslfico de los usuarios entre la red celular y otras redes públicas u otras centrales MSC de la misma red ó de otras redes.

El Registro de Información de Usuarios Locales, (Home Location Register, HLR), contiene información de las características del servicio que los usuarios tienen contratados del sistema. El Registro de Usuarios Visitantes (Visitor Location Register, VLR), contiene información útil al MSC para cuando se desee realizar una transferencia de llamada. El Registro de Identificación de Equipo (Equipment Identification Register, EIR), registra la identidad de los equipos móviles. El centro de verificación de autenticidad (Authentication Centre, AUC), comprueba si el usuario que llama tiene la autorización para hacer uso del servicio que solicita.

El subcomité TR-45.3 especifica únicamente la interfaze Urn, la cual como lo expresa la figura 3.1, es la interfaz de radio entre la unidad móvil y la estación base. Otros subcomités de TIA están dedicados a la conexión intersistema y a las dembs interfaces.

27

3: RED &uw? ADC-AMPS,

G

VLR VLR I

-7 B .+E,+F,

BS JLk- MSC I F

I E I R

Urn - I- I A i - -Sm

E __ ]Di

I R D S I I I I P S N T I

MS MSC -

Figura 3.1 Arquitectura de la red ADC-AMPS.

Debido a que en EUA, América Latina, Oceania y algunos lugares de Asia, existe un solo sistema normalizado analógico, se ha decidido que el primer sistema digital opere en modo dual, es decir, los aparatos móviles digitales conmutarían automáticamente a canales analógicos, si no existiera disponible algún canal digital.

La operación en modo dual permite a los prestadores del servicio celular una transición gradual hacia la tecnología digital, ya que el sistema analógico de EUA, ha venido a ser el sistema de referencia celular más extendido. En esta primera fase de tecnología digital, se usan los canales analógicos de control existentes. Posteriormente, se introducirán unidades móviles para operación en modo digital que emplearán los canales digitales de control planeados.

28

"FD CFUAR ADC-AMPS,

Con los requerimientos de la operación en modo dual, se him natural seleccionar un formato de radio en Acceso Múltiple por División en Tiempo (Time Division Multiple Access, TDMA), el cual permitiría,

- Transición simple al nuevo sistema. - Transferencia asistida por la unidad móvil. - Flexibilidad en velocidades de datos para

los usuarios.

3.3 TCcnicas de Modulación.

3.3.1 Generalidades.

Los sistemas de comunicación digital con un ancho de banda eficiente utilizan tradicionalmente detección coherente. Si bien los sistemas coherentes fbncionan correctamente en presencia de envolventes estacionarias de Ruido Gaussian0 Blanco Aditivo (Aditive While Gaussian Noise, AWGN) y también tienen una eficiencia favorable en potencia, su rendimiento puede decaer significativamente cuando se presentan disturbios tales como desvanecimientos debidos a las trayectorias múltiples, desviaciones por efecto Doppler [7] y otras formas de ruido.

Todos los efectos citados se han tomado cada vez más en consideración en el diseno de los ahora relativamente nuevos sistemas de comunicación de radio mbvil digitales y celulares digitales de banda angosta, esto es, sistemas que operan a una velocidad de transmisibn de 1.2 Kbps a 50 Kbps y tienen una desviaci6n por efecto Doppler de entre 15 y 20 H z . La detección diferencial evita la necesidad de recuperar a la portadora y por consiguiente realiza una sincronización más rápida. Por lo tanto, pueden ser más convenientes los sistemas de detección coherente, no solamente para canales móviles de banda angosta con Acceso TDMA, sino también para sistemas que operan por ráfagas y que requieren sincronización y resincronización más rápida.

Debido a las ventajas que ofrece la modulación digital d4-QPSK, en el sistema celular ADC-EUA se ha seleccionado como la técnica de modulación normalizada para la salida de datos, al igual que en todos los sistemas de radio radio normalizados de segunda

29

generacih de EUA y Japón [7]. El modulador x/4-QPSKY en el caso de ADC, se codifica diferencialmente. La arquitectura de la demodulación no se ha definido en forma precisa por el comité de normalización. Las compaiiías manufactureras pueden utilizar técnicas coherentes, diferenciales o discriminatorias para demodular la sefíal.

Debido a sus características y beneficios que ofrece tambidn fié seleccionada por los sistemas de radio móvil terrestres; se observa tambidn que la modulación digital d4-QPSK es un atractivo esquema de nwdulaci6n para utilizarse en sistemas satelitales que operan en ráfagas y con TDMA.

3.3.2 Modelo del Transmisor Modulador d4-QPSK.

Aunque no es esencial, las seRaIes d4-QPSK fiecuentemente se codifican diferencialmente. Esta es una propiedad deseable para una detección diferencial y demodulación coherente con fase ambigua en la recuperación de la portadora. Es adecuado también cuando se usan receptores coherentes y diferenciales en coexistencia. El modelo del transmisor d4-QPSK se muestra en la figura 3.2.

lFucntei y

30

CaDitub 3: RED CELU AR ADCAMPS,

En los siguientes apartados se describirán brevemente los 4 esquemas de deteccibn para d4-QPSK. Ellos son:

1) Detección diferencial en banda base; 2) Detección diferencial sobre la banda de FI

(Frecuencia Intermedia) convencional; 3) Detección por discriminación en FM; 4) Detección coherente para sistemas d4-QPSK.

3.3.3 TCcnicas de detección diferencial DQPSK.

3.3.3.1 Detección diferencial en banda base.

El diagrama a bloques de la detección diferencial se muestra en la figura 3.3. Se asume que el oscilador local (OL) tiene la misma frecuencia que la portadora no modulada. No es necesariamente una fase coherente. Sin embargo, el error en la fase se anula mediante la detección diferencial. Puesto que se asume un canal "ideal", se tiene un canal de Nyquist, con Wk'l'ck, zk=vk en las muestras instantheas, en donde u y v son los pulsos de banda base

sin filtrar sin retorno a cero, dentro de un canal enfase (I) y uno en cuadratura (Q).

I cosut

L P F

1

Figura 3.3 Diagrama a bloques de un detector diferencial en banda base. S e asume que los filtros pasabajas son del tipo 'square-root raisedcosine'.

CaDltUb 3: RED CELULAR ADC-qMes,

En general, para DPSK Mario, x y y pueden utilizarse para decidir conjuntamente el símbolo transmitido. Este esquema diferencial se llama comúnmente detector diferencial "Óptimo" ya que durante la comparación se utilizan filtros Nyquist [7] .

A- T

n "

2

Figura 3.4 Diagrama a bloques de un detector diferencial de Frecuencia Intermedia 0 empleando líneas de retardo y mezcladores. Se asume que el filtro pasabandas [Sw) es del tipo "square-root raised-cosine". Se asume tambih que el filtro pasabajas (LFF) es del tipo "brickwall" ideal con tiempos 2(1+ a) en el ancho de banda de Nyquist.

3.3.3.2 Detección diferencial en la banda de FI (Frecuencia Intermedia).

En la figura 3.4 se muestra un detector diferencial convencional empleando líneas de retardo y detectores de fase (mezcladores). La ventaja de este esquema de detección es que no necesita de un oscilador local. En la detección diferencial convencional se asumen filtros pasabajas y pasabandas Butterworth. El ancho de banda de los filtros se selecciona como 0.57/Tpara minimizar el efecto de la interferencia inter-símbolo y del ruido [7]. Sin embargo, si se utiliza un filtro pasabandas para comparar las sefíales transmitidas, la fase de la portadora se conserva y la potencia del ruido se minimiza en ausencia de interferencia inter-símbolo. Después de la detección diferencial la señal en banda ancha es del doble de la banda base al término de la transmisión. Para filtrar la señal de salida en 2fc sin

introducir interferencia inter-símbolo se utiliza un filtro pasabajas (brickwall) ideal con un ancho de banda de (1 + a]&,

CaDltUb 3: RFO CELULAR ADC-AMPS.

3.3.3.3 Discriminndor de FM.

El diagrama a bloques del discriminador de FM se muestra en la figura 3.5. Se propone aquí el uso de un filtro pasabanda de atenuación progresiva la cual es hnción de la raíz cuadrada del coseno para conservar la fase de la portadora en t=nT Después del discriminador de FM y del almacenamiento e integración de las muestras, la diferencia de fase entre dos muestras instantáneas se detectan por el detector de fase módulo 2n. El módulo de decisión 2n en diferencia de fase, se emplea para proporcionar una eficiencia adecuada en la tasa de errores (Bit Error rute, BER). Con este módulo también se elimina el efecto del ruido impulsivo (click) debido a que éste ocasiona un desplazamiento de fase de 27c.

Figura 3.5 Diagrama a bloques de un detector discriminador de FM. La operacidn del mddulo 2lI se utiliza en la decisión. Se considera que el filtro pasabandas (BPF) es del tipo "square-root raised-cosine" de atenuación progresiva.

3.3.3.4 Equivalencia de los detectores diferenciales.

Se puede mostrar mediante una simulación por computadora o con un anllisis teórico que los tres detectores diferenciales propuestos son equivalentes [7]. Los primeros dos detectores diferenciales, el de banda base y el de banda FI, detectan primero la diferencia de fase de las funciones seno y coseno, y conforme a esto deciden la diferencia de fase. El discriminador de FM seguido del almacenamiento e integración de muestras detectan la diferencia de fase directamente. Si el filtrado adaptivo (mutchedJltering) se realiza antes de cualquier operación no lineal, podría no afectarse por las operaciones no lineales.

33

Para el primer esquema, el reto es disefiar el oscilador local. Si éste tiene una diferencia de frecuencia de Af con relación al CR, la desviación de fase es 2xLyT durante la duración de un símbolo. Esta desviación causa una degradación en la tasa de errores de bit. En los esquemas 2 y 3, el reto es el disefio de los filtros pasa banda, los cuales requieren de una respuesta específica en amplitud y fase. En general, los filtros pasa bandas ocasionan intermodulación y tienen un ancho de banda m h ruidoso que el ancho de banda de Nyquist.

3.3.4 Detección coherente de sistemas d4-QPSK.

La detección diferencial o no coherente tiene la ventaja de poderse implantar físicamente en forma sencilla, siendo menos robusto en comparación con la detección de FM no coherente en los canales de desvanecimiento [7]. Sin embargo, la detección diferencial tiene una degradación de 2 a 3 dB en canales con desvanecimiento Gaussian0 lento en comparación con la detección coherente [7]. En un canal de desvanecimiento Rician con sefíales visuales intensas ó en un canal de desvanecimiento Rayleigh con compensación de desvanecimiento, se desearía realizar una detección coherente para proporcionar eficiencia en potencia. Esto es particularmente útil para aplicaciones de radio móvil digital con altas velocidades de transmisión de información, es decir, velocidades mayores a los 40 Kbps.

Los modems d4-QPSK posiblemente se encuentren ya en el mercado y con ellos se podrh sostener la transmisión de datos hasta finales de este siglo. Sin embargo, para finales de la ddcada de los 90's se requerirá de modems mhs eficientes junto c o n sistemas móviles digitales espectralmente más eficientes, con una eficiencia de 2 a 5 6/sMz.

3.4 Enlace de datos.

3.4.1 Generalidades.

En un sistema de radio móvil, el papel que desempella el enlace de datos es asegurar una transmisión libre de errores de los paquetes de información entre unidades móviles y las estaciones base. El desvanecimiento Rayleigh se presenta como la principal amenaza para una correcta recepción de datos. Cuando un paquete encuentra un desvanecimiento

34

Cadtub 3: RED CELULAR ADCAMPS,

es muy probable que ocurran errores en la transmisión y que los paquetes tengan que retransmitirse. El enlace de datos proporciona detección de errores, reconocimiento de la calidad de los paquetes recibidos, control de flujo, y la retransmisión de los paquetes con errores.

La duración de cada paquete tiene una extrailia influencia sobre la calidad del enlace de datos en los sistemas de radio comunicación móviles. Es menos probable que los paquetes cortos encuentren desvanecimientos, no así los paquetes largos. Por otro lado, los paquetes cortos están más "cargados1' de bits extras, esto por el sobre-encabezado. El criterio de rendimiento es la relación de transmisión de información a través de los canales de radio móvil. Además del tamafio de los paquetes, la velocidad de seiialización depende de: la velocidad de la terminal móvil, la capacidad del canal (channel bit rate), el tamdo del encabezado del paquete, el margen de desvanecimiento de la modulación y las técnicas de codificación de canales.

3.4.2 Estructura de la trama.

Revisando los protocolos de control de enlace de datos de alto nivel (High-Level Datu Link Control, HDLC), se encuentra que los sistemas de acceso inalámbrico, emplean el protocolo de acceso de enlace sobre los canales de control (Link Acces Protocol on the Control Channel, LAPC).

Secuencia de verificaciiin de trama

Información I 1

Control

Bandera

j c 8 b l s ~ 8 b i t s ~ ~ l 6 b i t s

Bandera Dirección """1

variable

Figura 3.6 Estructura de un paquete HDLC

35

Caplhrk 3: R F W ADCAMPS.

En la figura 3.6 se muestra la estructura de la trama. La trama está dividida en campos, cada uno con un propósito específico. Además de los campos de información se incluyen otros cinco campos en el encabezado del paquete, utilizados para el control de la red o las comunicaciones de los usuarios. El primer campo que se encuentra es la bandera de inicio con tamaiio de un octeto (byte). Después está un campo de dirección que puede tener 2 ó 3 octetos de longitud. El campo de control contiene solo un octeto. La secuencia de verificación de trama consiste de dos octetos para detección de errores. Finalmente, se tiene la bandera de terminación, la cual es idéntica a la bandera de inicio. Dependiendo de la aplicación, la bandera de terminación de un paquete puede coincidir con la bandera de inicio del próximo paquete. Se busca con esto que el contenido del encabezado de la trama (banderas, direcciones, campos de control y secuencia de verificación de trama) sumen seis, siete u ocho octetos.

3.4.3 Detección de errores.

Para la detección de errores en los paquetes recibidos, se emplea una verificación de redundancia cíclica (Cyclic Redundancy Check, CRC), basada en una secuencia de verificación de trama de 16 bits. Se detectan todos los patrones de error que contienen dos errores. Cuando la verificación de redundancia indica que se trata de un paquete libre de errores, el receptor envía un paquete de reconocimiento al transmisor. Este paquete es semejante al mostrado en la figura 3.6, excepto que no contiene campo de información.

Un paquete de reconocimiento es mucho mhs corto que el paquete de información, por lo tanto, es mucl~o ~rlis probablc que se rcciba correctamente. Un dcfccto dc una verificación de redundancia cíclica es la estimulación de un reconocimiento negativo, proporcionado también por una trama HDLC que no contenga campo de información.

Puesto que los tiempos de propagación son considerablemente mhs cortos que la duración del paquete en aplicaciones de acceso inalámbrico, se necesita tener un retardo muy pequefio entre la transmisión original y la subsecuente retransmisión de un paquete con errores. Esta descripción corresponde a un protocolo de "repetición selectiva" ó a un protocolo de "paro y espera" (stop and wait) c o n un tiempo de espera despreciable en relación a la duración del paquete [7].

Cwltub 3: RED CELIY AR ADC-AMPS.

3.4.4 Errores en Ir transmisión de paquetes.

La probabilidad de que un paquete se reciba con errores depende de las técnicas de modulación y codificación, del nivel fisico del sistema de radio móvil, y del estado del canal cuando el paquete está siendo transmitido. En este análisis se definen dos estados de canal, el estado "desvanecido" vude) y el estado de ffintervalos entre desvanecimientos" (interfade). En cada instánte, el estado del canal depende de si la razón seilal-a-ruido excede un cierto valor de umbral. Se selecciona este valor de umbral para establecer una alta probabilidad de que un paquete transmitido completamente en un intervalo entre atenuaciones se reciba sin error alguno.

Las simplificaciones hechas permiten aplicar aquí, análisis de nivel de interseccibn de las sefiales de desvanecimiento Rayleigh para, de esta manera, derivar la probabilidad de realizar una transmisión exitosa como una hnción de las variables del sistema.

N I V L

D

L A

E 10

E O

c - l o A L -20

d 8

- 30 O 1 2 3 4

T I E M P O [ m s ]

..... ..... Desvanecimientos .:.:.:.:.

Intervalos entre desvanecimientos

Figura 3.7 Niveles de interferencia de una sefial de desvanecimiento Rayleigh, con un márgen de atenuación de 1 O dB.

37

ADGAMPS,

La figura 3.7 muestra la naturaleza de la envolvente cuadrática de una seilal de desvanecimiento Rayleigh como una función del tiempo. Muestra tambidn el valor de umbral que define el estado de desvanecimiento y del intervalo entre atenuaciones del canal.

Las estadísticas de los intervalos de desvanecimientos y de los intervalos entre desvanecimientos dependen de la frecuencia de este valor de umbral para el nivel medio del desvanecimiento de la seilal. Expresado en decibeles (dB), se define al recíproco de dicha frecuencia como M, el margen de desvanecimiento del enlace de datos. M tiene una importante influencia en el rendimiento del sistema. Depende del esquema de modulación y codificación del radio móvil y del patrón de reuso de la frecuencia del sistema de radio móvil. El patrón de reuso determina la razón seilal-a-interferencia media, ya que una de las principales fuentes de interferencia en sistemas de radio celular es la ocasionada por otras transmisiones en la misma banda de frecuencia en otras celdas.

38

Segunda Parte

Sistema de Seiialización No 7 de CCITT

No. 7

4. Sistema de Seííalizrción No. 7 de CCITT.

4.1 Antecedentes.

En la comunicación de datos han existido grandes cambios desde sus inicios. Uno de ellos, y tal vez el más importante en los últimos dos, es la introducción de la tecnología digital en los equipos de conmutación y de transmisión. Tambih, se ha incrementado enormemente la necesidad de transmitir datos a través de l a s redes públicas. Anticipándose a estos cambios, el Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico, CCITT, editó una serie de recomendaciones que definen las características y los aspectos del sistema de señalización por canal común No. 7.

La señalización por canal común es un método de sefialización en el cual un solo canal transfiere, mediante mensajes etiquetados, información de señalización relativa a varios circuitos, además de información para la gestión de la red.

El sistema de señalización No. 7 (SS7) está dividido en una parte de transferencia de mensajes (PTM) y en varias partes de usuario, siendo la PTM común a todas l a s partes de usuario de cada central. La PTM transfiere mensajes entre centrales, mientras que cada parte de usuario procesa la información de señal especifica para cada tipo de usuario. Dentro de este contexto, CCITT especifica protocolos que podrían hacer posible la construcción de una red que transfiera mensajes de manera rápida y confiable, es decir, que lleguen a su destino en la secuencia correcta sin duplicar o perder información en el menor tiempo posible.

El SS7 se editó por primera vez en 1980, y se realizaron revisiones en 1984 y 1988 y se se disefió para establecerse como una norma de sefialización por canal común que pueda utilizarse sobre una gran variedad de redes digitales de conmutación de circuitos. Además, el SS7 está diseñado para utilizarse en las RDSIs, siendo el mecanismo que les proporciona el control interno y su esencial inteligencia.

El propósito general de un SS7 es proporcionar un sistema de señalización por canal común, normalizado internacionalmente. El campo de aplicación del SS7 es inmenso, puesto que debe cubrir todos los aspectos de sefialización de control para las redes

39

4. Sistema de Señalización No. 7 de CCITT.

4.1 Antecedentes.

En la comunicación de datos han existido grandes cambios desde sus inicios. Uno de ellos, y tal vez el más importante en los últimos &os, es la introducción de la tecnología digital en los equipos de conmutación y de transmisión. También, se ha incrementado enormemente la necesidad de transmitir datos a través de las redes públicas. Anticipándose a estos cambios, el Comité Consultivo Internacional Telegrhfico y Telefónico, CCITT, editó una serie de recomendaciones que definen las características y los aspectos del sistema de sefialización por canal común No. 7 .

La sefialización por canal común es un método de sefialización en el cual un solo canal transfiere, mediante mensajes etiquetados, información de sefialización relativa a varios circuitos, ademhs de información para la gestión de la red.

El sistema de señalización No. 7 (SS7) está dividido en una parte de transferencia de mensajes (PTM) y en varias partes de usuario, siendo la PTM común a todas las partes de usuario de cada central. La PTM transfiere mensajes entre centrales, mientras que cada parte de usuario procesa la información de sefial específica para cada tipo de usuario. Dentro de este contexto, CCITT especifica protocolos que podrían hacer posible la construcción de una red que transfiera mensajes de manera rhpida y confiable, es decir, que lleguen a su destino en la secuencia correcta sin duplicar o perder información en el menor tiempo posible.

El SS7 se editó por primera vez en 1980, y se realizaron revisiones en 1984 y 1988 y se se disefió para establecerse como una norma de sefialización por canal común que pueda utilizarse sobre una gran variedad de redes digitales de conmutación de circuitos. Además, el SS7 está diseñado para utilizarse en las RDSIs, siendo el mecanismo que les proporciona el control interno y su esencial inteligencia.

El propósito general de un SS7 es proporcionar un sistema de señalización por canal común, normalizado internacionalmente. El campo de aplicación del SS7 es inmenso, puesto que debe cubrir todos los aspectos de seiialización de control para las redes

digitales complejas, incluyendo una liberación y enrutamiento confiable de los mensajes de control, así como el contenido de estos mensajes orientados a alguna aplicación. Las posteriores ediciones de las recomendaciones para el SS7 consisten de 38 recomendaciones separadas.

4.2 Arquitecturas de Control.

Cuando se tiene un sistema, cualquiera que sea, se deben tener los medios para poder administrarlo adecuadamente. Si el sistema es una red de comunicaciones, se pueden tener dos maneras de tener el control de ella. Estas formas son:

Control centralizado y,

Control distribuido.

4.2.1 Control centralizado.

En un sistema se tiene un control centralizado cuando el procesador que maneja al sistema tiene acceso directo a todos los recursos y ejecuta todas las hnciones. En la figura 4.1 se muestra una arquitectura para este tipo de control.

5 5 Recursos

+'**yramas Flgura 4. I Arqul'tec tufa de Control Cen trahzado

Las principales ventajas que presenta una estructura de control centralizado derivan esencialmente del conocimiento total del sistema y de la accesibilidad a todos los recursos, lo cual facilita las interfaces entre hnciones y las modificaciones hncionales. La desventaja en éste tipo de estructura es la magnitud del programa de control (varios cientos de miles de instrucciones) que hacen frágil al sistema, hasta el extremo de que una falla origina la interrupción total del servicio.

4.2.2. Control distribuido.

La figura 4.2 muestra una arquitectura de control distribuido. Cuando se tiene un sistema con este tipo de control, el procesador no tiene acceso más que a una parte de los recursos y/o no es capaz de ejecutar mas que una parte de las hnciones del sistema. Se pueden tener distintos tipos de control distribuido en un sistema,

Distribucióu fmcional. Cada procesador realiza una hnción diferente, siendo cada procesador una entidad única y que tiene un paquete de programas también Único. Distribución jerúrquica. Cada procesador tiene su papel específico en una relación jerhrquica con el resto de los procesadores.

e Distribución espacial. A cada procesador se le asigna una parte de la operación del control central, por ejemplo, todas las hnciones que correspondan a un grupo concreto de usuarios.

figura 4.2 Arquitectura de Control Distribuido. 1 4 6 5 2 5

41

4.2.3 Control por programa almacenado.

Desde 1955 se ha considerado el concepto de control por programa almacenado para la aplicación a los sistemas de conmutación, empleando lógica electrónica de propósito general y memoria masiva para guardar la información de control. En la figura 4.3 se muestra un sistema con control por programa almacenado.

Circuitos I l l

I Control Común de Propósito General1

y Almacén de de Datos y Traducción

F7gura 4.3 Control por Programa Almacenado

La memoria, aparte de contener la información de control se emplea para traducciones, asl como para almacenar temporalmente alguna otra información de la llamada. La información de salida se envía mediante "distribuidores" y la información de entrada se accesa mediante exploradores, conociéndose estas hnciones corno de distribución y exploración (DAS). A continuación se mencionan las características de un sistema de control por programa almacenado.

Especificación fbncional compleja, Necesidad de interfaz hacia un conjunto de terminales periféricos enorme y con requerimientos de tiempo de respuesta inferiores a 1 seg. Provisibn automática de servicio ininterrumpido en presencia de fallas de "hardware" y errores en "software". Necesidad de un gran número de variantes de aplicacih, presentando cada una de ellas diferencias hncionales. Sistemas de soporte completo, para permitir su modificación y mejora en un ciclo de vida de 20 aAos, o incluso superior.

42

4: SLSTEMADESF~JMW&WNO.Z

Los sistemas de conmutación por control por programa almacenado ofiecen las siguientes ventajas:

Ventajas en la explotación. - Flexibilidad para la modificación de los datos relativos al enrutamiento de trhfico. - Flexibilidad en el plan de númeración, lo que permite una utilización m& eficaz de

los equipos de abonado. - Posibilidad de explotación y supervisión remotas. - Integración de la supervisión y medición del tr8fico. - Mayores posibilidades de desbordamiento del trsifico. - Facilidad de adaptación a las fbturas necesidades de la red. - Menor complejidad en los procedimientos de ampliación. - Facilidad de adaptación a los cambios tecnológicos. Ventajas de mantenimiento. - Reducción del número necesario de operarios de mantenimiento. - Prueba automática integrada de líneas de abonado y de circuitos entre centrales e

interurbanos. - Detección y localización automáticas de averías mediante programas. - Capacidad de manteniento centralizado muy ampliada. Ventajas en la gestión. - Menor espacio ocupado en la planta. - Posibilidad de actualizar los datos sobre abonados y características registrados en la

memoria. - Disponibilidad de contadores en el soporte lógico (memorias), con grabación en

cinta magnética. - Facturación automática detallada. Ventajas en los servicios ofrecidos a los abonados. - Disponibilidad de muchas clases de servicios. - Servicio más rápido y confiable.

No obstante, estos sistemas también presentan algunos inconvenientes, tales como:

Necesidad de personal mucho más especializado. Necesidad de una formación más intensa y detallada.

43

o Mayor propensión a interrupciones completas del sistema que afectan a una amplia base de usuarios.

0 Mayor dependencia del fabricante en lo que respecta al suministro del "software" y a la capacitación.

Costos iniciales posiblemente más elevados. 0 Necesidad de previsiones más precisas de los intentos de llamada en l a s horas pico. 0 Posible suceptibilidad a intervenciones erróneas de personal de mantenimiento. 0 Gastos de explotación relacionados con la actualización del "software".

4.3 Seiialización de Control.

Se conoce como señalización al intercambio de información en una red, por medio del cual es posible establecer y controlar las comunicaciones de los usuarios.

Tradicionalmente, la señalización de control en las redes de conmutación de circuitos se ha realizado de manera interna. Con ésta forma de sefialización, el mismo canal se utiliza para transportar las seiiales de control así como para transportar la llamada con la cual están relacionadas dichas seeales de control. Tales seeales inician en el extremo donde se origina la llamada y siguen el mismo trayecto que la llamada misma. Esta forma de sefialización tiene como ventaja el no necesitar medios adicionales de transmisión para la sefialización; los medios para la transmisión de información se comparten con las seliales de control. Se utilizan dos formas de señalización interna:

0 En banda, o Fuera de banda.

4.3.1 Señalización en banda.

La seiialización en banda utiliza no solamente el mismo trayecto fisico que se encarga de la llamada, sino que además utiliza la misma banda de fiemencia de las seeales que se transmiten, como es la voz. Puesto que las sefiales de control tienen las mismas propiedades electromagnéticas que las sefiales de voz, se pueden transmitir también por cualquier medio que transmita voz. De ésta manera no existe límite en el uso de seilalización interna sobre el ancho de banda de la voz en cualquier parte de la red.

44

4.3.2 Sefialización fuera de banda.

La sefialización hera de banda toma ventaja del hecho de que las sefiales de voz no utilizan la totalidad de la banda asignada a ellas, que es de 4 M h z . En este caso, las &lales de control se envían en una banda de sefialización angosta separada. La mayor ventaja de esto es que se pueden enviar las señales de control , sean o no sefiales de voz las que se van a transmitir, permitiendo esto supervisar y controlar continuamente la llamada. Sin embargo, en este esquema de sefialización, se necesita de procesos electrónicos extras para el manejo de la banda de sefialización, ademas de que la velocidad de sefialización es menor debido a que la seHal se confina en un ancho de banda angosto. La sefializaci6n kera de banda presenta dos desventajas principalmente:

0 La velocidad de transferencia de información es baja, debido a que el ancho de banda disponible es angosto, dificultando esto el acomodo, de manera conveniente, de los mensajes de control, por más simples que estos sean.

0 Se presenta un retardo considerable entre el momento en que un usuario inicia una llamada y el momento en que se establece la conexión, debido a la baja velocidad de sefialización.

" "_

I SIG SIG 1 Oficina A SIG S IG Oficina B

1 I SIG SIG

fal Seiiahzación en banda.

_____ Oficina

C

Procesador

Troncales Oficina

CClS CClS SIG SIG

(bl Sefiakzación por canal común CClS SIG Equipo de seRalizacibn hter-oficmas para senalizacibn por canal combn

SIG: E q u b de seAaRzaci6n wr troncal

Flgura 4.4 SeEahzaciÓn en banda y por canal común.

45

4: No. 7

4.3.3 Selalización por canal común.

Las dos desventajas mencionadas anteriormente se pueden superar con la sefialización por canal común, en la cual las sefiales de control se transportan sobre trayectorias completamente independientes de los canales de voz.

Un canal de control independiente puede transportar las seiiales para varios canales de usuario, por lo tanto, es un canal de control común para estos canales de usuarios. El principio de seilalización por canal común se ilustra y se compara con el esquema de seiialización interna en la figura 4.4. La seílalizacibn por canal común se puede dar de dos maneras (ver figura 4.5):

0 Modo asociado, y 0 Modo no asociado.

- - - Enlaces de seRalización 0 Puntos de conmulac¡$

- voz u V (al Asociado

- "- Red de datos Red de seííalización 0 Puntos de conmutación (dalos) Puntos de conmutaci6n buntos de transferencia de seííalización)

fbl No asociado

figura 4.5 Modos de sefiahzación por Canal Común.

No. 7

En el modo asociado, el canal común es paralelo, en todo el trayecto, al conjunto de enlaces que interconectan directamente a dos puntos extremos. Por lo tanto, los mensajes de control se transfieren también directamente entre los dos puntos extremos a través del canal común.

Con el modo no asociado, la red se ve incrementada por nodos adicionales conocidos como puntos de transferencia de seilalización. Un punto de transferencia de sefialización es aquel en el cual los mensajes recibidos por un enlace de sefialización se transfieren a otro enlace de seilalización, es decir, es un punto que no es el origen ni el destino de la llamada. Cuando se presenta éste caso, no existe una correspondencia sencilla o cerrada entre los canales de control y el grupo de canales principales. Existen ahora dos redes separadas interconectadas entre ellas, por lo cual, la parte de control de la red puede ejercer control sobre los nodos de conmutación que están al servicio de las llamadas del usuario.

El manejo de la red se ejerce más fltcilmernte en el modo no asociado puesto que la asignación de tareas a los canales de control se puede realizar de una manera más flexible. Además, con el modo de seilalización no asociado se tiene una nueva ventaja:

0 Se pueden establecer uno o más puntos de control central. Toda la información de control se puede enrutar a un centro de red donde se procesan las solicitudes de llamada y desde el cual se envían las seilales de control hacia conmutadores que manejen el tráfico de las seRales de información del usuario.

La principal desventaja del modo de señalización no asociado es la complejidad de la técnica utilizada. Sin embargo, la disminución de los costos del equipo digital y el incremento en el número de redes digitales hacen de la seilalización por canal común la tecnología apropiada.

4.4. Características del SS7.

El sistema de señalización No. 7 es un sistema de seilalización por canal común para aplicarse en una gran variedad de tipos de redes y que cuenta con 5 características importantes:

4 S-

O Está optimizado para el funcionamiento en redes de telecomunicaciones digitales junto con centrales con control por programa almacenado y que utilicen canales digitales de 64 Kbps;

0 Está disefiado para satisfacer exigencias presentes y futuras de transferencia de información para el diálogo entre procesadores dentro de las redes de telecomunicaciones en cuanto al control de las llamadas, control a distancia, a s í como la seiialización de gestión y mantenimiento;

0 Ofiece un medio de transferencia de información confiable, es decir, cuida que la información fluya en la secuencia correcta, sin firdidas o duplicaciones.

0 Es el adecuado para operar sobre canales analógicos con velocidades menores a los 64 Kbps.

0 Es también el apropiado para utilizarse en enlaces punto-multipunto, ya sean satelitales o terrestres.

El SS7 se puede utilizar para diversas aplicaciones, tanto en redes dedicadas a servicios específicos como en redes capaces de ofrecer múltiples servicios, y se pretende que sea aplicable en redes internacionales y nacionales [9]. Aunque este sistema está optimizado para hncionar en canales digitales de 64 Kbps, también es adecuado para operar a velocidades menores sobre canales analógicos, así como para enlaces punto a punto, tanto en redes terrestres como por satélite. Si bien no posee las propiedades requeridas para su funcionamiento punto a multipunto, se puede ampliar en caso necesario. Las características importantes de las redes de sefialización CCITT No. 7 son:

0 Alto rendimiento, 0 Capacidad de retransmisión, 0 Control de flujo sobre el enlace de datos, y 0 Velocidades de transmisión superiores a los

64 Kbps por enlace de datos.

Otros aspectos de importancia incluyen

0 Reconfiguración automática, Tolerancia a las fallas, y

0 Una posible redundancia en los enlac es de sen alizaci6n.

48

Todos los aspectos citados anteriormente hacen a una red SS7 completamente distinta a otras redes, por ejemplo, las redes de conmutación de paquetes X.25.

Las especificaciones para la parte transferencia de mensajes (PTM) editadas por el CCITT en 1980 (Libro Amarillo de CCITT), se establecieron primeramente para utilizarse en aplicaciones para el tratamiento de la llamada, en el establecimiento de las conexiones relacionadas con los circuitos. De ésta manera, la PTM se utilizó como medio de establecimiento de conexiones sobre circuitos de la linea principal. No obstante, se reconoció que la PTM debería ser la estructura y la línea base! para un conjunto más amplio de aplicaciones (conocidas como de usuarios) que seria exactamente un nuevo sistema de seflalización telefónico, como lo fué la parte usuario telefónico (PUT). En realidad, el SS7 se disefió para que la PTM fuera compatible, desde el inicio hasta el fin, con una lista de aplicaciones, y para que la red No. 7 soporte un amplio rango de aplicaciones en la comunicación de datos [IO].

Para soportar tales aplicaciones, en 1984, (Libro Rojo de CCITT) se agregaron las funciones de la parte control de conexión de señalización (PCCS) a la PTM, creandose de esta manera, una capa real de la red No. 7, como se especifica en la Recomendación X.200. Los subsistemas habilitados como PCCS permiten establecer conexiones lógicas que no esthn relacionadas con circuitos. Además, se estableció un método para el intercambio de datos entre dos aplicaciones que se ejecutan en diferentes nodos de la red (llamado &to

par-a-par) sin establecer una conexión de red. Realmente, los servicios sin conexión ofrecidos por la PCCS permiten que el mensaje sea tratado por el nivel de red como' un datagrama, basado en un análisis de la información de la dirección.

4.5 Arquitectura.

Con la seiialización por canal común los mensajes de control se enrutan a través de la red para realizar el tratamiento de la llamada (establecimiento, mantenimiento, y terminación) y las funciones de manejo de la red. Estos mensajes son bloques o paquetes de información pequeños que se deben enrutar a través de la red. De ésta manera, aunque la red a controlar sea una red de conmutación de circuitos, la seiialización de control se implanta utilizando tecnología de conmutación de paquetes. Para esto, se sobrepone una red de conmutación de paquetes a una red de conmutación de circuitos para manejar y controlar a la red de conmutación de circuitos [6].

49

El SS7 define las funciones que se ejecutan en una red de conmutación de paquetes pero no da especificaciones para alguna implantación fisica en particular. Por ejemplo, todas las hnciones del SS7 se pueden implantar en nodos de conmutación de circuitos como hnciones adicionales [6]; esto corresponde al modo de sefialización asociado mostrado en la figura 4.5(a). Alternativamente, separa los puntos de conmutación que transportan solamente paquetes de control y que los circuitos para la transmisión de datos no pueden utilizar, como se muestra en la figura 4.5(b). En este caso, los nodos de conmutación de circuitos podrían necesitarse para implantar partes del SS7 de modo que puedan recibir las señales de control.

Hasta ahora se ha tratado la arquitectura del SS7 en términos de la manera en la cual se

organizan las funciones para crear una red de control de conmutación de paquetes. El término arquitectura se refiere también a la estructura de los protocolos que especifica el ss7.

El principio fundamental de la estructura del SS7 consiste, por un lado, en la división de hnciones en una parte de transferencia de mensajes (PTM) común, y por otro lado, en partes de usuarios separadas para distintos tipos de usuarios, como se muestra en la figura 4.6. Los bloques hncionales que conforman un sistema de sefialización No. 7 son:

Parte transferencia de mensajes (PTM); 0 Parte control de conexión de señalización (PCCS);

Parte usuario telefónico (PUT); 0 Parte usuario de la RDSI (PU-RDSI);

Capacidades de transacción (CT); 0 Entidad de aplicación (EA), y

Elementos de servicio de aplicación (ESA).

Desde el punto de vista de una estructura estratificada, la arquitectura de un SS7 consta de 4 niveles.

1 : Nivel de enlace de datos de señalización, 2: Nivel de enlace de señalización, 3: Nivel de red de señalización, y 4: Partes de usuario.

50

Nivel OS1 -

7

6 5 4

Servicios de aplicacibn de control de llamadas

I I

L

Nivel 4

CT PSI

I

PCCS Nivel 4 I Nivel 4 PUD

Nivel 4

I 3

2 a) PACT 1 es un ESA r (Niveles 1-31 Otros nodos del

b) lnlerfaz prirdtiva del SS7 dd CClTT

Nota I: La PSI CT requiere ulteriorestudio. Corn actuahnente los procedimitos

SS7 del CClTT

de sdlaliracián no estln especificados para esta función, los mensajes de la PACT se presentan dilectamenle a la PCCS.

sistpnia. se c o m e como proceso de aplicación de gesli6n de sistema PAGS). Nota 2: El conjunto de funciones que constituye colectivamente la gestibn del

fi&r<? 4.6 ffelación entre los niveles funcionales del SS7 y los niveles del Modelo OS/.

Se puede establecer una relación entre los 4 niveles que conforman al SS7 y los 7 del Modelo OSI. Dicha relación se muestra también en la figura 4.6.

4.5.1 Parte Transferencia de Mensajes.

De los 4 niveles mencionados anteriormente (enlace de datos de sefialización, enlace de sefialización, red de señalización, y partes de usuario), los tres más bajos conforman la Parte Transferencia de Mensajes (PTM), la cual proporciona un servicio confiable pero sin conexión (estilo datagrama) para el enrutamiento de los mensajes a través de la red.

4.5.1.1 Nivel 1: Enlace de datos de sefialización.

El nivel más bajo, el enlace de datos de sefialitacidn, corresponde al nivel fisico en el modelo OSI. En éste nivel se definen las características fisicas, eléctricas y ftncionales del enlace de datos de señalización, así como los medios para accesar al mismo. El enlace de

1 4 6 5 2 5 51

4: S-

datos de sefialización es un enlace fisico bidireccional simultáneo @ZZdpZex) que interconecta dos puntos de señalización que conforman al SS7. Un enlace de sefialización puede estar compuesto de varios enlaces paralelos para formar un conjunto de enlaces de seiialización. Cuando se tiene una red digital, estos enlaces funcionan a una velocidad de 64 Kbps (según especificaciones de CCITT) o a 56 Kbps (según especificaciones de ANSI) [I 13. Se puede accesar al enlace de datos de sefialización mediante una función de conmutación, teniendo con esto la posibilidad de poder reconfigurar automáticamente los enlaces de sefialización.

Un punto de señalización es un nodo el cual contiene las características necesarias para poder comunicarse con otros nodos (puntos de señalización). Estos puntos de sefialización pueden operar en diferentes modos [9]:

0 Punto origen del mensaje. Es el punto en el que se genera un mensaje. 0 Punto destino del mensaje. Es el punto al cual está destkado un mensaje. 0 Puntos de transferencia de señalización. Son los puntos de sefialización que reciben

un mensaje por un enlace de señalización y lo transfiere a otro enlace de señalización. 0 Puntos de control de servicio, los cuales son procesadores de comunicación que

sirven para la interfaz de la red de señalización No. 7 con las aplicaciones, por ejemplo, una base de datos;

0 Puntos de conmutación de servicio, los cuales son conmutadores que interfazan con un sistema de señalización No. 7 .

La red fbndamental de los enlaces de señalización que interconectan los puntos de seiialización de un sistema de señalización No. 7 está formada por:

o Pares de enlaces A, para interconectar puntos de conmutación de servicio y puntos de transferencia de señalización;

o Una serie de cuatro enlaces B, para interconectar pares de puntos de transferencia de seiialización localizados en áreas geográficas distintas;

0 Pares de enlaces C, para interconectar pares de puntos de transferencia de sefialización;

0 Una serie de cuatro enlaces D, para interconectar puntos de transferencia de sefialización de diferentes regiones;

52

4: S-

* Enlaces E, para interconectar puntos de conmutación de servicio a un par de puntos de transferencia de seiialización ubicados en una región distinta. Enlaces F, para interconectar directamente puntos de conmutación de servicio.

Los varios tipos de interconexión mencionados se ilustran en la figura 4.7.

Conjunto de

Figura 4.7 Tipos de enlaces para in terconectar puntos de señal~zación.

4.5.1.2 Nivel 2: Enlace de señalización.

El nivel de enlace de señalización corresponde al nivel de control de enlace de datos en el modelo OSI. En este nivel se definen las hnciones y procedimientds relacionados con la transferencia de mensajes de seiialización a través de un enlace de seiialización.

Las finciones del nivel de enlace de seiialización aseguran que los mensajes se liberen, sobre enlaces bidireccionales simultáneos especificados en el nivel. anterior, en el orden correcto y sin pérdidas o duplicación. Para poder realizar esto, el nivel de enlace de

53

sefialización emplea un protocolo comparable al Modo Balanceado Asíncrono o al HDLC (sin rechazo selectivo). Para cada dirección de transmisi6n, se utiliza una forma de secuencia de numeración hacia adelante, un bit indicador de adelanto, una secuencia de numeración de atraso, y un bit indicador de atraso. El número de secuencia hacia adelante y el bit indicador de adelanto se colocan en las unidades de datos que se mueven en la dirección opuesta. La secuencia de unidades de datos se transporta utilizando la secuencia de numeración hacia adelante. Los reconocimientos positivohgativo se indican mediante el bit indicador de atraso y la secuencia de numeración de atraso.

En éste nivel se pueden emplear dos métodos de corrección de error:

0 El método básico de correción de error, en el cual se realizan las correcciones mediante retransmisiones y,

0 El método de retransmisión cíclica preventiva, el cual es un método directo de corrección de errores que hace uso de los reconocimientos positivos. Este método se utiliza sobre enlaces cuyo retardo de propagación en una trayectoria es mayor o igual a 15 ms (por ejemplo, enlaces de satélite).

En ambos métodos, el número de unidades de datos transmitidos no reconocidas está limitado a 128 (se dice que el tamaño de la ventana es 128).

Los mensajes de señalización generados en niveles superiores se transfieren mediante el enlace de datos de señalización en unidades de señalización de longitud variable. Estas unidades de sefialización contienen, además de la información del mensaje de sefialiición, información de control de transferencia.

4.5.1.3 Nivel 3: Red de sedalización.

Al nivel superior de la PTM, se le conoce como el nivel o función de red de sefializacidn. En éste nivel se definen las fbnciones comunes a, e independientes de, la operación de los distintos enlaces de comunicación. Estas fbnciones se agrupan en dos categorías:

0 Funciones de procesamiento de mensajes, y Funciones de gestión de red.

54

4: S l N o . 7

Nivel 4 Nivel 3 Parte Transferencia de Mensajes Usuarios .--."

de la PTM Funciones de red de señalización

Funciones de procesamiento de mensajes ". . . -

4 1 Distribución de 4 Discriminación de * mensajes mensajes

"-

I I

Enrutamiento de mensajes

I I L I I

I I Funciones de gestión de red I I I I

Nivel 2 Parte Transferencia de mensajes

Figura 4.8 Funciones del Nivel de Red de Sefialtzación.

Funciones de procesamiento de mensajes

Lasfunciones de procesamiento de mensajes constituyen las funciones primarias de la PTM y asegura que las unidades de datos se dirijan al enlace de sefialización o a la parte usuario que le corresponda (ver figura 4.8). Las funciones de tratamiento de mensajes pueden caer dentro de las siguientes tres categorías:

0 Discriminación. Determina si la unidad de datos se enruta hacia una parte de usuario local o hacia un punto de señalización remoto. Las unidades de datos dirigidas a un punto de sefialización remoto se pasan a la función de enrutamiento de mensajes, mientras que las dirigidas a una parte de usuario local se pasa a la función de distribución de mensajes. Enrutumienfo. Determina el enlace de seiialización a utilizarse en la expedición de un mensaje. El mensaje puede recibirse desde la función de discriminación de mensajes o desde una entidad del nivel 4 local. La función de enrutamiento de mensajes puede emplear también la repartición de carga en un conjunto de enlaces o entre conjuntos de enlaces. Distribución. Determina a que parte de usuario se debe liberar el mensaje. La decisión se basa en un análisis del indicador de servicio.

55

4: S-

Para un par fuentddestino es posible tener varias rutas alternas. Estas rutas son diferentes circuitos virtuales internos. En general, todas las sefiales de control asociadas con una llamada sencilla podrían seguir la misma ruta; esto garantiza que llegarán en secuencia. Sin embargo, la PTM es necesaria para distribuir uniformemente el tráfico. Estos requerimientos se pueden satisfacer si la parte de usuario varía la selección de la ruta entre una llamada y otra.

Funciones de gestión de red

La otra función del nivel de red de sefialización es proporcionar firnciunes de gestidn de red de sefialización. Estas funciones son las que, sobre la base de determinados datos e informaciones sobre el estado de la red de sefialización, controlan en cada instante el enrutamiento de los mensajes y la configuración de los servicios de la red de sefialización. Para cumplir este objetivo, la función de gestión de red de seiialización se encarga de monitorear cada uno de los enlaces, dictaminando rutas alternas para superar la degradación del enlace debida a averías o congestionamientos, comunicando la ruta alterna a los nodos afectados, recuperando además las pérdidas de mensajes debidas a fallas en el enlace. La meta del SS7 es llegar a tener rutas no disponibles a lo más 10 minutos por afio. Esta meta se alcanza mediante la redundancia de los enlaces y el re-enrutamiento dinámico,

Las funciones de las gestiones de la red de sefialización contribuyen a la alta rentabilidad de los SS7 y tales funciones son 3, principalmente :

0 Manejo del tráfico de sefialización, 0 Manejo de la ruta de sefialización y, 0 Manejo del enlace de seiialización.

El propósito de estas funciones es proteger a las funciones de procesamiento de mensajes de fallas y condiciones de congestionamiento que puedan aparecer de vez en cuando en la red [ 1 I].

El manejo del trdfico de sefialización proporciona a la PTM la capacidad de desviar el tráfíco de seiialización desde una ruta o enlace de sefialización hacia una o m b rutas alternas cuando las condiciones de la red de sefialización lo requieran para mantener una transferencia de mensajes confiable, es decir, cuando el flujo del tráfico de sefialización se

56

vea afectado en su trayecto debido a fallas ó congestionamiento en el enlace o que circule por un enlace afectado, ya sea por fallas o por congestibn. Para realizar estas funciones, el manejo de tráico de sefiaZización incorpora los siguientes procedimientos [ 121:

- transferencia de enlace (link changeover), - retorno al enlace (link changeback), - re-enrutamiento forzado, - re-enrutamiento controlado, y - control de flujo de tráfico de seilalización.

El manejo del enlace de señalización se utiliza para recuperar enlaces de seiialización averiados, activando los enlaces de sefialización desocupados y desactivando enlaces alineados. El manejo de enlaces de ser^falización proporciona los procedimientos siguientes [ 121:

- activación de un enlace de seilalización, - recuperación, - desactivación, - activación de un conjunto de enlaces, y

- localización automática de las terminales de sefialización y de los enlaces de datos.

El bloque hncional manejo de ruta de señalización contiene procedimientos que se utilizan para intercambiar información de manejo de seiialización en la red, observando el estado de ésta de tal manera que pueda reconfigurarse (mediante rutas segmentaddno segmentadas, etc.) para proporcionar un enrutamiento de mensajes más eficiente. Los procedimientos contenidos en el manejo de ruta de seiialización son [ 121:

- procedimiento de prohibición de transferencia, - procedimiento de transferencia permitida, - procedimiento de prueba de un conjunto de rutas de sefialización, - procedimiento de transferencia controlada, - procedimiento de transferencia restringida, y - prueba de congestionamiento en un conjunto de rutas de sefialización.

57

Los tres niveles juntos mencionados anteriormente no alcanzan a proporcionar el conjunto completo de funciones y servicios especificados en los niveles 1-3 en el modelo OSI, nothdose más esto en las áreas de direccionamiento y servicio orientado a conexión.

4.5.2 Parte Control de Conexi6n de Seilalizaci6n.

El cucuio nivel dentro de la arquitectura del SS7 consta de l a s diferentes partes de usuario, entendiéndose como usuario cualquier entidad hncional que haga uso de las capacidades de transporte proporcionadas por la PTM. Cada una de l a s partes de usuario define funciones y procedimientos del sistema de seiialización que son particulares a un cierto tipo de usuario del sistema.

En términos de la PTM del SS7, las hnciones de usuario son:

la parte control de conexión de señalización, la parte usuario de telefonía, la parte usuario de la RDSI y, la parte usuario de datos.

La PCCS también tiene usuarios que son:

la parte usuario de la RDSI y, capacidad de transacción.

Como se mencionó en el apartado anterior, el nivel de red de seiialización no proporciona todas las capacidades de enrutamientoy direccionamiento que dicta el modelo OS1 para el nivel de red. Como un ejemplo, la finci6n de distribucih de mensajes proporciona solamente una capacidad limitada de direccionamiento. Para las aplicaciones de partes de usuario más recientes se necesita una especificación m8s compleja del usuario de un mensaje a un nodo; ésta especificación la puede proporcionar la pude control de

conexkh de seilnliztrcidn, PCCS, la cual fié agregada al SS7, en su versión 1984, como un módulo residente en el nivel 4.

58

La hnción principal de la PCCS es incrementar la hncionalidad de la PTM para proporcionar un servicio de nivel de red OS1 a las hnciones de niveles mhs altos y que requieren un servicio de transferencia de datos coníiable de extremo a extremo, a travts del SS7. Ejemplos de aplicaciones que requieren tales servicios son los sistemas de base de datos remotas, los sistemas de manejo de red, y la telefonía móvil. En el nivel 4 del SS7 se definen cuatro clases de servicio de red en la PCCS:

Clase O: Solamente para servicio de red sin conexión, Clase 1 : Para servicio sin conexión secuenciada, es decir, el número de selección del

enlace de sefialización es fijo, Clase 2: Para proporcionar, temporal o permanentemente, conexiones no secuenciadas

que se pueden multiplexar, y

Clase 3 : Este servicio es una versión aumentada de la clase 2, el cual proporciona control de flujo, expedición de datos (desviados por el mecanismo de control de flujo), y detección de pérdidas ó equivocación en el secuenciamiento, además de las finciones proporcionadas por el servicio clase 2.

En los servicios clase O y 1, las unidades de datos estan limitadas a 32 octetos (no se incluye la información de encabezado y secuencia final). El la clase 2, las unidades de datos se limitan a 255 octetos, los cuales son mayores a los 32 octetos, por lo que se segmentan y se reensamblan.

Se pueden utilizar diferentes tamailos de ventana en las dos direcciones de la conexión bidireccional simultánea. En el caso de que una unidad de datos se extravíe o se pierda la secuencia, simplemente se reinicializa la conexión puesto que no existen mecanismos de recuperación de error. La PCCS puede emplear también una fbnción de retransmisión con el propósito de concatenar varias PCCS conectándolas en cascada.

A la PCCS y la PMT juntas se les conoce corno lapurte de servicio de red (PSR). Se definen una variedad de diferentes servicios de nivel de red en la PCCS, para satisfacer las necesidades de los diversos usuarios de la PSR. El resto de los módulos del SS7 est& en el nivel 4 y comprenden a los diversos usuarios de la PSR. La PSR es simplemente un sistema de liberaci6n de mensajes, de los cuales su contenidose trata por las partes restantes.

59

4.5.3. Partes de Usuario.

Como se dijo anteriormente, un SS7 consta de diversas partes de usuario. Aunque la PCCS se considera como un usuario de la PTM, se describi6 en una secci6n aparte debido a que la descripción de la estructura del SS7 se realiza en base a los bloques fbncionales que lo conforman y no a su arquitectura estratificada formada por 4 niveles. De esta manera, se describirán a continuación la Parte Usuario de Telefonía, la Parte Usuario de la RDSI, y la Parte Usuario de Datos.

4.5.3.1 Parte Usuario de Telefonía.

La parte usuario de telefonía, PUT, la cual hé la primera aplicación de l a s redes No. 7 que especificó el CCITT, se comporta como un usuario directo de la PTM y se invoca en respuesta a las acciones de un usuario telefónico. Esta parte es un protocolo de intercambio interno de señalización en el cual los eventos de seiiaiización, tales como las seiiales de línea (conexión, respuesta, desconexión) y seílales de registro (información de dígito) se transforman en mensajes de seílalización que son transportados por la PTM. El protocolo, que está relacionado con los circuitos principalmente, se ha implantado en sistemas de conmutación digital tales como Alcatel E10 y el Sistema 12 [ 1 O].

Aún cuando las recomendaciones 4.721 a 4.724 editadas por el CCITT describen la parte usuario de telefonía reconocida internacionalmente, la mayoría de las administraciones nacionales y locales tienen requerimientos y aspectos específicos para 'los cuales se implantan PUTS nacionales, tal es el caso del sistema de seílalización R2 [ 101.

4.5.3.2 Parte Usuario de la RDSI.

Con la introducción de la Red Digital de Servicios Integrados, RDSI, surge la necesidad del intercambio interno de seilales para soportar un rango más amplio de servicios para los usuarios. Como consecuencia de Csto, se incluyen una gran cantidad de mensajes para soportar los servicios de usuario y los servicios complementarios. Estos mensajes, que junto con los eventos de seiialización clásicos, como conexión y respuesta, se incluyen en el protocolo de la parte usuario de la RDSI, PU-RDSI, especificado por el CCITT.

60

I . ..l"".""."ll

NQJ

0 Grupos cerrados de usuarios; 0 Terminación de la llamada a usuarios ocupados,

Identificación de la línea de donde procede la llamada, c o n opción de poder desplegar esta información a la parte llamada; Transferencia de datos usuario-a-usuario.

Se pueden enunciar tres requisitos para la PU-RDSI:

o Debe contar con la PTM o la parte servicio de red del SS7 para la transmisión de mensajes.

0 El diseño debe ser flexible para acomodar fkturas mejoras de las capacidades de la RDSI.

0 Debe interconectarse con el protocolo de control de llamada 1.45 1 de la red de usuario.

Este último punto resalta la diferencia entre la PU-RDSI, la cual se define en las recomendaciones 4.761-4.766 del CCITT y la 1.451, el cual es el protocolo de control de seiialización por canal común entre usuarios y la RDSI. El protocolo de control de llamadas definido en 1.45 1 indica los medios de seiialización por canal común abiertos para utilizarse por el usuario de la RDSI. El usuario utiliza 1.451 para establecer llamadas con otro usuario mediante los servicios de usuarios asociados. La PU-RDSI indica los medios de seilalización empleados por el proveedor de la red en favor del usuario de la RDSI. Por lo tanto, las comunicaciones de la RDSI con el usuario mediante el protocolo 1.451 tiene como propósito controlar la llamada y los usos internos de la PU-RDSI de la red para implementar las peticiones de control de llamada del usuario.

El tdrmino "parte usuario" no es el adecuado, puesto que no hace referencia al usuario de la RDSI, más bien se refiere al hecho de que la PU-RDSI es un usuario de niveles m b bajos de la arquitectura del SS7.

Como se indica en la figura 4.6, la PU-RDSI tiene una interfaz con el nivel red de seiialización y con la PCCS. La PCCS se utiliza para la seiialización extremo-a-extremo entre l a s dos estaciones centrales involucradas en la llamada. Los procedimientos de la red

1 4 6 5 2 5 61

para establecer, controlar y terminar la llamada es el resultado de los mensajes de la PU- RDSI intercambiados entre las estaciones centrales y los puntos de transferencia de la sefial con la red.

Los mensajes se dividen en 8 categorías:

1 : Mensajes de establecimiento de la comunicación, 2: Mensajes de disposición general, 3: Mensajes de respuesta de la llamada, 4: Mensajes de supervisión de llamada, 5: Mensajes de supervisión de circuito, 6: Mensajes de supervisión de un grupo de circuitos, 7: Mensajes de modificación de la llamada entrante, y

8: Mensajes extremo-a-extremo.

1. Mensajes de establecimiento de la comunicación. Se utilizan para establer un circuito. Con estos mensajes se identifican también los puntos extremos de intercambio de información, además de dejar espacio para las especificaciones de l a s características deseadas de la llamada. Estos mensajes se propagan en una dirección activa, desde la estación central del origen de la llamada hasta la estación central que es el punto de destino.

2. Mensajes de disposición general. Se usan durante la fase de establecimiento de la llamada. Proporcionan un medio de transferencia para cualquier información adicional que se requiera para el establecimiento de la llamada, mas un medio para verificar que un circuito de la RDSI mantenga las características deseadas a través de toda la red.

3. Mensajes de respuesta de la comunicación. Estos mensajes soportan el establecimiento de la llamada e inicializan los procedimientos de contabilidad y tarificación.

4. Mensajes de srtpervisión de llamaah. Son mensajes adicionales que se pueden necesitar en el proceso de establecimiento de la llamada. Este grupo incluye indicaciones de si la llamada fbé o no contestada, además de tener la capacidad de soportar intervención manual entre las RDSIs que cruzan las fronteras nacionales.

5 . Mensajes de supervisión de circuito. Se relacionan con un circuito establecido previamente. Se soportan tres hnciones clave,

62

No. Z

- liberar un circuito, lo cual termina la llamada; - suspender un circuito, reestableciéndolo posteriormente, y - establecer un circuito que no se est4 utilizando en alguna llamada.

En éste último caso, es posible prevenir el bloqueo de las llamadas salientes sobre el circuito, conservando el circuito para las llamadas entrantes.

6. Mensajes de srrpewisión de un p p de circuitos. Estos mensajes permiten hnciones similares a los de supervisión de circuito cuando a un grupo de enlaces se

le trata como una unidad sencilla para el control de la red. 7 . Mensajes de ntod~jicación de la llamada entrante. Se utilizan para alterar las

características o los servicios de una red asociada de una llamada activa. 8. Mensajes de extrento-a-extremo. Se utilizan entre los puntos de origen y destino de

la llamada para solicitar o responder peticiones de información adicional relacionada con la llamada, para invocar un servicio suplementario, o para transferir transparentemente información de usuario-a-usuario a través de la red.

Como el concepto de red No. 7 del CCITT no está restringido al intercambio interno de sefiales, de los cuales son ejemplo la PUT y la PU-RDSI, la PTM soporta otras aplicaciones. Por ejemplo, una red No. 7 del. CCITT se puede utilizar para conectar una estación central a nodos de red central, tales como un centro de tarificación y un centro de servicio de red [ 101.

4.5.3.3 Parte Usuario de Datos.

La parte usuario de datos se define en la recomendación Q.741 y la hncionalidad completa se define en la recomendación X.61, así como el protocolo para manejar los circuitos entre centrales utilizados en las llamadas de datos y el registro, y la anulación de la facilidad de llamada de datos.

4.5.4 Capacidad de transacción.

La capacidad de transacción tiene que ver con la comunicación extremo a extremo, definiéndose detalladamente sus procedimientos de codificación y sefialización, a s í como sus mensajes de señalización en las recomendaciones de la serie Q editadas por el CCITT. La capacidad de transacción está compuesta por dos elementos (ver figura 4.6):

63

4: S-

* La parte aplicación de capacidad de transacción (PACT), y 0 La parte servicio intermedio (PSI).

La entidad PACT es un bloque funcional situado por encima de la PSI en el nivel 4 y esti constituida a su vez por dos subniveles:

- subnivel de transacción, y - subnivel de componente.

La capacidad de transacción proporciona servicios basados en un servicio de red sin conexión. Además, proporciona los medios para

- establecer comunicaciones no relacionadas con el circuito entre dos nodos de la red de sefialización, e

- intercambiar operaciones y respuestas a través del diálogo.

4.5.5 Entidad de Aplicación.

En un entorno OSI, la comunicación entre procesos de aplicación está modelada por la comunicación entre entidades de aplicación. En un SS7, se considera que un proceso de aplicación es una gama de hnciones y propiedades que cumple un requisito de red particular. Se puede considerar un proceso de aplicación como:

Un coordinador de aspectos específicos de la explotación de la red (por ejemplo, control de las llamadas de la RDSI, comunicaciones móviles, PAM); Una función de control de servicio suplementario o de servicio individual.

En el modelo OSI, una entidad de aplicación representa las funciones de comunicación de un proceso de aplicación. Pueden existir múltiples conjuntos de comunicación OS1 en un proceso de aplicación; así, un Único proceso de aplicación puede estar representado por

64

múltiples entidades de aplicación. Sin embargo, cada entidad de aplicación es un conjunto de capacidades de comunicación cuyos componentes son elementos de servicio de aplicación.

En un entorno No. 7 del CCITT, las entidades de aplicaci6n son los elementos que reperesentan las funciones de comunicación del proceso de aplicación relativas a la comunicación internodal, utilizando los protocolos de aplicación del nivel 7 en el modelo OS1 [9].

4.5.6 Elementos de Servicio de Aplicación.

En un ambiente OSI, un elemento de servicio de apZicución, ESA, es un conjunto coherente de funciones integradas. Los elementos de servicio de aplicación en el modelo de arquitectura del SS7 se encuentran por encima de la PACT, en el nivel 4 (nivel 7 en el entorno OSI), aunque en el contexto de OSI, la PACT también se puede considerar como una entidad de aplicación.

Un ESA puede incluir varios procedimientos de sefialización para un servicio Único (por ejemplo, telefonía gratuita), el cual es la aplicación. Alternativamente, un ESA puede incluir varios procedimientos de señalización para cualquier número de servicios o

funciones, acompañados por una aplicación, por ejemplo, PAM o POMA (Parte de Operaciones, Mantenimiento y Administración). De ésta manera, un ESA puede ser un protocolo de servicio individual (por ejemplo, un grupo cerrado de usuarios), o ,un protocolo da aplicación completa (por ejemplo, una PAM).

Un ESA solo puede comunicarse con un ESA par compatible. Las operaciones definidas en un ESA pueden invocarse en forma simétrica por medio de cada una de las entidades que intervienen en el diálogo, o en forma asimétrica por una sola de las entidades. Un ejemplo del primer caso es el procedimiento ((ver más adelante)); como ejemplo del segundo está la consulta a una base de datos.

4.6 Otros Servicios.

El SS7 soporta otros servicios y aplicaciones además de los mencionados hasta aquí. La figura 4.9 muestra estos servicios, así como su relación con alguna parte de usuario. En las secciones siguientes se describirán algunos de los servicios tales como:

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0 Centro de Tarificación, 0 Centro de Servicio de Red, 0 Red de Manejo de Telecomunicaciones, 0 Redes Inteligentes, 0 Sistema de Telefonía Móvil, 0 RDSI de Banda Ancha.

4.6.1 Centro de Tarificación.

Un centro de tarificación presta servicio a un número de estaciones centrales dentro de un área en particular y actúa como el punto de reunión de todos sus registros de facturación. Las estaciones centrales se conectan al centro de tarificación mediante un enlace de datos No. 7 dedicado. De este modo, la red de tarificación es una red superpuesta separada de la red telefónica misma.

Cuando el centro de tarificación está fbera de servicio, transfiere el reenrutamiento de los mensajes de tarificación de todas las estaciones centrales a las que sirve, a un centro de tarificación de emergencia, el cual es el centro de tarificación de otra área.

Se ha comprobado que la confiabilidad de la interconexión entre las estaciones centrales y los centros de tarificación es alta y cumple c o n los requerimientos rigurosos de dailo y corrupción de la información de facturación, establecidos por organismos de normalización tales como el CCITT. Esta interconexión se basa en el protocolo. de interconexión de la parte servicios suplementarios (PSS), la cual utiliza directamente los servicios que ofrece la PTM. Algunas administraciones telefónicas demandan la inclusión de protocolos de interconexión en la PCCS y en la parte de aplicación de capacidades de transacción (PACT) junto a los de la PTM.

El usuario PACT, es decir, el "software" de servicio de aplicacibn al centro de tarificación, soporta el intercambio de mensajes de tarificación entre estaciones centrales y el centro de tarificación, así como de peticiones al centro de tarificación de información sobre los costos. El centro de tarificación debe responder a la estación central en un tiempo de 1 segundo, proporcionando los detalles de todos los parámetros relacionados con la tarifa, para que a su vez la estación central lo pueda notificar al usuario.

66

4.6.2 Centro de Servicios de Red.

Un centro de servicios de red (CSR), es un centro de operaciones y mantenimiento interconectado con las estaciones centrales. Como ejemplo, en Noruega todas las estaciones centrales del Sistema 12 (sistema que proporciona centros de conmutación para conexión a redes telefónicas de radio móvil) esthn conectadas a un CSR mediante sefialización No. 7 del CCITT. También se han instalado 6 pedido CSR en paises como China, M6xic0, Italia, Alemania y Bélgica [ 101.

Un CSR se puede configurar para ser la única entidad de la red o se puede colocar con una estación central compartiendo los recursos tales como los subsistemas de potencia y reloj.

El CSR se enlaza con las estaciones centrales mediante una red No. 7 haciendo innecesarias las funciones de operación y mantenimiento ejecutadas por una red superpuesta. Esto es porque el tráfico de sefialización telefónico y el trhíico de mantenimiento y operaciones se pueden mezclar sobre un mismo enlace de datos No. 7.

Los CSRs se pueden organizar flexiblemente en una estructura jerárquica. Por ejemplo, un CSR subordinado puede realizar diariamente hnciones de mantenimiento y operaci6n durante las horas normales de trabajo, con el CSR superior se toman m& de estas hnciones durante la noche, fines de semana, etc. Las estaciones centrales pueden interconectarse permanentemente con un CSR superior para transferir algunos o todos.los tipos siguientes de información:

0 diálogo de comunicación hombre-máquina, 0 reportes solicitados y no solicitados,

alarmas y, transferencia de archivos, principalmente para facturación y estadísticas (sin embargo, se puede transferir cualquier otro tipo de archivo entre un CSR y una estación central).

Todos estos tipos de información se transfieren entre estaciones centrales y el CSR utilizando un protocolo de interfaz patentado (proprietary interface protocol) llamado parte de operaciones, mantenimiento y administración (POMA) el cual se encuentra en la

67

parte superior del nivel de transporte definido por el CCITT. El próposito de este nivel es permitir al CSR interconectarse con estaciones centrales mediante otras redes en paises en los que aún no se haya introducido la red de seilalización No. 7 . El nivel de transporte, en este caso, oculta el tipo de red utilizada por la aplicación.

Algunas veces, una aplicación necesita de una comunicacih par-a-par (cualquiera de los dos, estación central o CSR) y requieren de una conexión de transporte hacia el nivel de transporte (recomendaciones X.224 y X.225 de CCITT), la cual a su vez requiere de la PCCS para establecer una conexión de red utilizando el servicio de Clase 3 de la PCCS. La interconexión estación central-CSR es un ejemplo de que la red No. 7 est6 comprendida en el modelo OSI, puesto que los protocolos de interconexión normalizados se utilizan hasta el nivel 4.

Como el trU1co telefónico y el tráfko de mantenimiento y operaciones se pueden mezclar sobre el mismo enlace de datos No. 7 para, de ésta manera, reducir los recursos de enlace de datos y de red requeridos, se deben tomar precauciones para prevenir la sobrecarga de los enlaces y de esta manera afectar al tráiico telefónico.

Estas aplicaciones se utilizan específicamente en el caso de transferencias simultheas de archivos sobre el mismo enlace de datos. En consecuencia, la interconexih entre estaciones centrales y el CSR utiliza el control de nivel de congestión del nivel 3 de la PTM. Se proporcionan cuatro valores; dependiendo del nivel de congestión, se pueden suspender algunas transferencias de mantenimiento y operación. Dichos valores son:

O: Sin congestión: se permite que todo el tráfico de mantenimiento y operación se transporte junto con el tráfico telefónico;

1 : No se permite la transferencia de archivos; 2: No se permiten los reportes o comandos de comunicación hombre-máquina; 3: Unicamente se permiten los reportes de alarma junto con el trato telefbnico.

Muchas instalaciones de CSR están en servicio actualmente proporcionando un alto rendimiento, una solución de costo efectivo como resultado del uso común de la red y de los recursos de enlace de datos [ 101.

4:

4.6.3 Red de Administración de Telecomunicaciones.

La arquitectura de la Red de Administración de Telecomunicaciones, definida por las especificaciones de la recomendación M.30, llamada sistemas de operacidn, elementos de red, y dispositivos de mediación (convertidores de protocolos), se puede interconectar mediante una red de comunicación de datos. La red de seflaliiión No. 7 es el mejor candidato para esta red de comunicación de datos, por su rentabilidad, facilidad de manteminiento, capacidad de reconfiguración automhtica, alto rendimiento por enlace de datos, y por último pero no menos importante, porque ya se estsl utilizando en muchas redes telefónicas públicas modernas [ 1 O].

La red de sefialización No. 7 se puede utilizar también en muchos servicios de aplicación de una Red de Administración de Telecomunicaciones como:

- Administración de usuarios (suscriptores), - Administración de la tarificación, - Vigilancia de alarma, - Manejo de la red de trbfico, - Manejo de fallas.

Todas estas aplicaciones en los sistemas de operaciones se comunican par-a-par con su contraparte en los elementos de red mediante la interfaz 4.3. Los elementos comunes en la interfaz 4.3 se establecen en los protocolos definidos por CCITT e ISO, tales como el nivel de aplicación (por ejemplo, los elementos de servicio de control de manejo comtin, elementos Cle servicio de operación remota, y administracidn, acceso y tramjerencia de archivos), nivel de presentación, nivel de sesión, y nivel de transporte. Este conjunto de protocolos de gestión en donde el nivel de transporte oculta los niveles inferiores a las aplicaciones, puede accesar varios tipos de red, incluyendo una red de seiialización No. 7 y una red X.25.

4.6.4 Redes Inteligentes.

Las redes inteligentes son uno de los desarrollos d s importantes en la actualidad en el mundo de las telecomunicaciones. Una de las ideas bhicas es que ciertos nodos de las redes, conocidos como puntos de conmutación de servicio (Sentice Switching Point, SSP)

69

4:

pueden requerir acceso a servicios de los nodos centrales, llamados puntos de control de servicio (sentice Control Point, SCP) para consultar la base de datos. Los SSP pueden cambiar el grado de control de la llamada para un SCP en el caso de servicios m& complejos.

Los servicios de red inteligente requieren de alto rendimiento en la interconexión a tiempo real entre el tratamiento de una llamada en el SSP y el servicio lógico (o servicio script) en el SCP. La comunicación interactiva, en tiempo real, entre el SSP y el SCP utiliza, en el nivel de red, la red de seííalización No. 7 de CCITT adicionados a los servicios sin conexibn de la PCCS, mientras el protocolo de gestibn de CCITT se utiliza en el nivel de aplicacibn.

El tiempo de respuesta debe ser corto para tener un impacto mínimo sobre el retardo del tratamiento de la llamada, ya que es el que experimentan los usuarios. Se debe de poner una atención considerable en los métodos de interconexión desarrollados en el SSP y el SCP, debido a la necesidad de velocidad y alto rendimiento.

4.6.5 Sistema de Telefonía M6vil.

El sistema ECR-900 es quizás el ejemplo que proporciona implícitamente la capacidad de la Red de sefialización No. 7 de CCITT como un mecanismo de comunicación de datos a tiempo real. Como se muestra en la figura 4.9, todos los bloques bhicos que conforman al subsistema de red de la red móvil terrestre pública, esth unidos mediante una red'de sefialización No. 7 completa además de las interfaces proporcionadas por la PCCS.

El Grupo Especial Móvil (Groupe S'cial Mobile, GSM) ha definido las aplicaciones siguientes para los sistemas de telefonía móvil [ 101:

0 Parte de aplicacibn móvil del susbsistema estación base, (Base Station Subsystem Mobile Application Part, BSSMAP), para la interconexión del subsistema estacibn base con el centro de conmutación de servicios móviles (Mobile Switching Centre, MSC). Parte de aplicación móvil (Mobile Application Part, MAP), para la interconexibn del MSC con el registro de usuarios locales (Home Location Register, HLR), registro de usuarios visitantes (Visitor Location Register, VLR), registro de identificación de

70

equipo (Equipment IdentiJication Register, EIR), y el centro de verificacibn de autenticidad (A Uthentication Centre, AUC).

0 Parte de aplicacibn manteminiento y operaciones y el subsistema estacibn base (Base Station Subsystem Operations andMaintenance Application Part, BSSOMAP) para la interconexión del subsistema estación base con el centro de mantenimiento y operaciones. Parte de aplicación mantenimiento y operaciones y el centro de servicios de mbviles (Mobile Switching Centre Operations and Maintenance, MSMAP), para la interconexibn entre el MSC y el centro de mantenimiento y operaciones.

Las dos primeras aplicaciones utilizan las capacidades de transacción y los servicios sin conexibn (Clase O) de la PCCS, mientras la tercera utiliza los servicios orientados a conexión (Clase 3). Se puede u t i l i tambibn una red X.25 para la interconexión del centro de mantenimiento y operaciones, en el contexto manejado hasta ahora para la red de administracibn de telecomunicaciones.

Figura 4.9 Protocolos de Interconexión en el Sistema Celular ECR 900. #

. ”~ I

4.6.6 RDSI de banda ancha.

Con la aparición de la RDSI de banda ancha, se reconoce que la red No. 7 de CCITT tiene un papel no solamente en la interconexión de nodos de redes de banda ancha con algún otro, sino que tambien se u t i l i para interwnectar RDSIs de banda angosta existentes. Por ejemplo, para la conexibn con RDSIs de banda angosta, Alcatel planea incluir la PTM del SS7 junto con los protocolos de la Parte de aplicación de las capacidades de transacción, PU-RDSI, y la PCCS, en el nodo de banda ancha. Para la conexi6n con otros nodos de RDSIs de banda ancha, la d i c i ó n de red bhica en el nodo de banda ancha, evolucionarh de la red de seiializacih No. 7, tal como estb definida actualmente en CCITT. Este método de actualización de la sefialización formarb parte del nodo de banda ancha de Alcatel.

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