Redes Telefónicas

2. Redes, componentes y topologías
4. Telefonía celular
5. Transmisión de datos
6. Protocolos de comunicación

Objetivo:

Al finalizar el curso, el alumno explicara las características operativas de las redes telefónicas y diseñara nuevas arquitecturas y aplicaciones, en base a todas las consideraciones técnicas y topológicas de red que requiera la aplicación.

Comunicación:

Comunicación, proceso de transmisión y recepción de ideas, información y mensajes. En los últimos 150 años, y en especial en las dos últimas décadas, la reducción de los tiempos de transmisión de la información a distancia y de acceso a la información ha supuesto uno de los retos esenciales de nuestra sociedad. La comunicación actual entre dos personas es el resultado de múltiples métodos de expresión desarrollados durante siglos. Los gestos, el desarrollo del lenguaje y la necesidad de realizar acciones conjuntas tienen aquí un papel importante.

Elementos básicos de la comunicación:

1. Transmisor
2. Receptor
3. Mensaje
4. Medio

Red:

Conjunto de elementos conectados entre si por medio de uno o mas nodos

Red de Comunicaciones:

Conjunto de elementos conectados entre si en uno o mas nodos capaz de recibir / transmitir información, compartir recursos y dar servicio a usuarios.

Las redes que permiten todo esto son equipos avanzados y complejos. Su eficacia se basa en la confluencia de muy diversos componentes. El diseño e implantación de una red mundial de comunicaciones es uno de los grandes ‘milagros tecnológicos’ de las últimas décadas.

Hasta hace poco, la mayoría de las computadoras disponían de sus propias interfaces y presentaban su estructura particular. Un equipo podía comunicarse con otro de su misma familia, pero tenía grandes dificultades para hacerlo con un extraño. Sólo los más privilegiados disponían del tiempo, conocimientos y equipos necesarios para extraer de diferentes recursos informáticos aquello que necesitaban.

En la década de 1990, el nivel de concordancia entre las diferentes computadoras alcanzó el punto en que podían interconectarse de forma eficaz, lo que le permite a cualquiera sacar provecho de un equipo remoto. Los principales componentes de este proceso son los sistemas cliente/servidor, la tecnología de objetos y los sistemas abiertos.

En la práctica, el concepto de sistema abierto se traduce en desvincular todos los componentes de un sistema y utilizar estructuras análogas en todos los demás. Esto conlleva una mezcla de normas (que indican a los fabricantes lo que deberían hacer) y de asociaciones (grupos de entidades afines que les ayudan a realizarlo). El efecto final es que sean capaces de hablar entre sí.

Elementos de una red de comunicaciones:

1. Fuente
2. Transmisor
3. Destino
4. Receptor
5. Medio de transmisión
6. Mensaje
7. Interfaz

Topología:

Topología, rama de las matemáticas que estudia ciertas propiedades de las figuras geométricas. El término topología fue usado por primera vez en 1930 por el matemático Solomon Lefschetz. Generalmente ha sido clasificada dentro de la geometría, se la llama a menudo geometría de la cinta elástica, de la lámina elástica o del espacio elástico, pues se preocupa de aquellas propiedades de las figuras geométricas del espacio que no varían cuando el espacio se dobla, da la vuelta, estira o deforma de alguna manera.

Las topologías más corrientes para organizar las computadoras de una red son las de punto a punto, de bus, en estrella y en anillo. La topología de punto a punto es la más sencilla, y está formada por dos ordenadores conectados entre sí. La topología de bus consta de una única conexión a la que están unidos varios ordenadores. Todas las computadoras unidas a esta conexión única reciben todas las señales transmitidas por cualquier computadora conectada. La topología en estrella conecta varios ordenadores con un elemento dispositivo central llamado hub. El hub puede ser pasivo y transmitir cualquier entrada recibida a todos los ordenadores —de forma semejante a la topología de bus— o ser activo, en cuyo caso envía selectivamente las entradas a ordenadores de destino determinados. La topología en anillo utiliza conexiones múltiples para formar un círculo de computadoras. Cada conexión transporta información en un único sentido. La información avanza por el anillo de forma secuencial desde su origen hasta su destino.

Bus:

Red en bus, en informática, una topología (configuración) de la red de área local en la que todos los nodos están conectados a la línea principal de comunicaciones (bus). En una red en bus, cada nodo supervisa la actividad de la línea. Los mensajes son detectados por todos los nodos, aunque aceptados sólo por el nodo o los nodos hacia los que van dirigidos. Como una red en bus se basa en una "autopista" de datos común, un nodo averiado sencillamente deja de comunicarse; esto no interrumpe la operación, como podría ocurrir en una red en anillo, en la que los mensajes pasan de un nodo al siguiente. Para evitar las colisiones que se producen al intentar dos o más nodos utilizar la línea al mismo tiempo, las redes en bus suelen utilizar detección de colisiones, o paso de señales, para regular el tráfico.

Estrella:

Red en estrella, en informática, red de área local en la cual cada dispositivo, denominado nodo, está conectado a un ordenador o computadora central con una configuración (topología) en forma de estrella. Normalmente, es una red que se compone de un dispositivo central (el hub) y un conjunto de terminales conectados. En una red en estrella, los mensajes pasan directamente desde un nodo al hub, el cual gestiona la redistribución de la información a los demás nodos. La fiabilidad de una red en estrella se basa en que un nodo puede fallar sin que ello afecte a los demás nodos de la red. No obstante, su punto débil es que un fallo en el hub provoca irremediablemente la caída de toda la red. Dado que cada nodo está conectado al hub por un cable independiente, los costos de cableado pueden ser elevados.

Anillo:

Red en anillo, en informática, red de área local en la que los dispositivos, nodos, están conectados en un bucle cerrado o anillo. Los mensajes en una red de anillo pasan de un nodo a otro en una dirección concreta. A medida que un mensaje viaja a través del anillo, cada nodo examina la dirección de destino adjunta al mensaje. Si la dirección coincide con la del nodo, éste acepta el mensaje. En caso contrario regenerará la señal y pasará el mensaje al siguiente nodo dentro del bucle. Esta regeneración permite a una red en anillo cubrir distancias superiores a las redes en estrella o redes en bus. Puede incluirse en su diseño una forma de puentear cualquier nodo defectuoso o vacante. Sin embargo, dado que es un bucle cerrado, es difícil agregar nuevos nodos.

Arquitectura:

Las computadoras se comunican por medio de redes. La red más sencilla es una conexión directa entre dos computadoras. Sin embargo, también pueden conectarse a través de grandes redes que permiten a los usuarios intercambiar datos, comunicarse mediante correo electrónico y compartir recursos, por ejemplo, impresoras.

Las computadoras pueden conectarse de distintas formas. En una configuración en anillo, los datos se transmiten a lo largo del anillo, y cada computadora examina los datos para determinar si van dirigidos a ella. Si no es así, los transmite a la siguiente computadora del anillo. Este proceso se repite hasta que los datos llegan a su destino. Una red en anillo permite la transmisión simultánea de múltiples mensajes, pero como varias computadoras comprueban cada mensaje, la transmisión de datos resulta más lenta.

En una configuración de bus, los ordenadores están conectados a través de un único conjunto de cables denominado bus. Un ordenador envía datos a otro transmitiendo a través del bus la dirección del receptor y los datos. Todos los ordenadores de la red examinan la dirección simultáneamente, y el indicado como receptor acepta los datos. A diferencia de una red en anillo, una red de bus permite que un ordenador envíe directamente datos a otro. Sin embargo, en cada momento sólo puede transmitir datos una de las computadoras, y las demás tienen que esperar para enviar sus mensajes.

En una configuración en estrella, los ordenadores están conectados con un elemento integrador llamado hub. Las computadoras de la red envían la dirección del receptor y los datos al hub, que conecta directamente los ordenadores emisor y receptor. Una red en estrella permite enviar simultáneamente múltiples mensajes, pero es más costosa porque emplea un dispositivo adicional —el hub— para dirigir los datos.

Medios de Transmisión:

Fibra Optica:

Fibra óptica, fibra o varilla de vidrio —u otro material transparente con un índice de refracción alto— que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico (ver Óptica), de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y ópticamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones.

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales.

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electro-ópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Cable Coaxial:

Cable coaxial, tipo de cable formado por dos conductores cilíndricos de cobre o aluminio. El interior es macizo y está rodeado por otro cilindro que es hueco; entre ambos hay un material aislante, inyectado de forma continua, en espiral, o discontinua, formando anillas. El conjunto tiene una estructura concéntrica y está blindado con un cable trenzado, normalmente de plomo, para minimizar las interferencias eléctricas y de radiofrecuencias.

Este tipo de cable es el que se utiliza en las instalaciones de televisión por cable y también es frecuente emplearlo para conectar ordenadores o computadoras en red. En la transmisión de datos se usa una variante del cable coaxial, el cable twinaxial, formado por dos conductores paralelos dentro de un cilindro conductor exterior y con un aislante entre ambos.

La velocidad de transmisión del cable coaxial, unos 300 Mbps (millones de bits por segundo), es mayor que la del cable de pares, unos 10 Mbps, pero menor que la de la fibra óptica, unos 2.000 Mbps.

Par de cobre:

Cable eléctrico, medio compuesto por uno o más conductores eléctricos, cubiertos por un aislante y, en ocasiones, por un revestimiento o vaina protectora, utilizado para transmitir energía eléctrica o los impulsos de un sistema de comunicaciones eléctrico.

Para la transmisión de energía eléctrica en los circuitos de alta tensión se utilizan cables de tres alambres revestidos de plomo y rellenados con aceite bajo presión. Las líneas de distribución secundarias suelen utilizar cables aislados de un solo conductor. En el cableado eléctrico residencial se emplea el cable B-X. Este tipo de cable contiene dos conductores aislados, rodeados de capas de aislante adicionales cubiertas con una banda metálica enrollada helicoidalmente para su protección. El cable de encendido utilizado para transportar corriente de alta tensión a las bujías de un motor de combustión interna es un cable monoconductor. Está cubierto de tela impregnada en laca para aislarlo.

En los sistemas de comunicaciones, los cables suelen consistir en numerosos pares de alambres aislados con papel y rodeados de un revestimiento de plomo. Los pares de cables individuales están entrelazados para reducir al mínimo la interferencia inducida con otros circuitos del mismo cable. Para evitar la interferencia eléctrica de circuitos externos, los cables utilizados en la transmisión de radio suelen estar blindados con una cobertura de trenza metálica, conectada a tierra. El desarrollo del cable coaxial representó un importante avance en el campo de las comunicaciones. Este tipo de cable está formado por varios tubos de cobre, cada uno de los cuales contiene un alambre conductor que pasa por su centro. El cable íntegro está blindado en plomo y, por lo general, se rellena con nitrógeno bajo presión para impedir la corrosión. Como el cable coaxial tiene una amplia gama de frecuencias, es muy apreciado en la transmisión de telefonía portadora de corriente

Red Telefónica:

La red telefónica es la de mayor cobertura geográfica, la que mayor número de usuarios tiene, y ocasionalmente se ha afirmado que es "el sistema más complejo del que dispone la humanidad". Permite establecer una llamada entre dos usuarios en cualquier parte del planeta de manera distribuida, automática, prácticamente instantánea. Este es el ejemplo más importante de una red con conmutación de circuitos.

Una llamada iniciada por el usuario origen llega a la red por medio de un canal de muy baja capacidad, el canal de acceso, dedicado precisamente a ese usuario denominado línea de abonado. En un extremo de la línea de abonado se encuentra el aparato terminal del usuario (teléfono o fax) y el otro está conectado al primer nodo de la red, que en este caso se llamó central local. La función de una central consiste en identificar en el número seleccionado, la central a la cual está conectado el usuario destino y enrutar la llamada hacia dicha central, con el objeto que ésta le indique al usuario destino, por medio de una señal de timbre, que tiene una llamada. Al identificar la ubicación del destino reserva una trayectoria entre ambos usuarios para poder iniciar la conversación. La trayectoria o ruta no siempre es la misma en llamadas consecutivas, ya que ésta depende de la disponibilidad instantánea de canales entre las distintas centrales.

Existen 2 tipos de redes telefónicas, las redes publicas que a su vez se dividen en red publica móvil y red publica fija. Y también existen las redes telefónicas privadas que están básicamente formadas por un conmutador.

Las redes telefónicas publicas fijas, están formados por diferentes tipos de centrales, que se utilizan según el tipo de llamada realizada por el usuarios. Éstas son:

1. CCA – Central con Capacidad de Usuario
2. CCE – Central con Capacidad de Enlace
3. CTU – Central de Transito Urbano
4. CTI – Central de Transito Internacional
5. CI – Central Internacional
6. CM – Central Mundial

Es evidente que por la dispersión geográfica de la red telefónica y de sus usuarios existen varias centrales locales, las cuales están enlazadas entre sí por medio de canales de mayor capacidad, de manera que cuando ocurran situaciones de alto tráfico no haya un bloqueo entre las centrales. Existe una jerarquía entre las diferentes centrales que les permite a cada una de ellas enrutar las llamadas de acuerdo con los tráficos que se presenten.

Los enlaces entre los abonados y las centrales locales son normalmente cables de cobre, pero las centrales pueden comunicarse entre sí por medio de enlaces de cable coaxial, de fibras ópticas o de canales de microondas. En caso de enlaces entre centrales ubicadas en diferentes ciudades se usan cables de fibras ópticas y enlaces satelitales, dependiendo de la distancia que se desee cubrir. Como las necesidades de manejo de tráfico de los canales que enlazan centrales de los diferentes niveles jerárquicos aumentan conforme incrementa el nivel jerárquico, también las capacidades de los mismos deben ser mayores en la misma medida; de otra manera, aunque el usuario pudiese tener acceso a la red por medio de su línea de abonado conectada a una central local, su intento de llamada sería bloqueado por no poder establecerse un enlace completo hacia la ubicación del usuario destino (evidentemente cuando el usuario destino está haciendo otra llamada, al llegar la solicitud de conexión a su central local, ésta detecta el hecho y envía de regreso una señal que genera la señal de "ocupado").

La red telefónica está organizada de manera jerárquica. El nivel más bajo (las centrales locales) está formado por el conjunto de nodos a los cuales están conectados los usuarios. Le siguen nodos o centrales en niveles superiores, enlazados de manera tal que entre mayor sea la jerarquía, de igual manera será la capacidad que los enlaza. Con esta arquitectura se proporcionan a los usuarios diferentes rutas para colocar sus llamadas, que son seleccionadas por los mismos nodos, de acuerdo con criterios preestablecidos, tratando de que una llamada no sea enrutada más que por aquellos nodos y canales estrictamente indispensables para completarla (se trata de minimizar el número de canales y nodos por los cuales pasa una llamada para mantenerlos desocupados en la medida de lo posible).

Asimismo existen nodos (centrales) que permiten enrutar una llamada hacia otra localidad, ya sea dentro o fuera del país. Este tipo de centrales se denominan centrales automáticas de larga distancia. El inicio de una llamada de larga distancia es identificado por la central por medio del primer dígito (en México, un "9"), y el segundo dígito le indica el tipo de enlace (nacional o internacional; en este último caso, le indica también el país de que se trata). A pesar de que el acceso a las centrales de larga distancia se realiza en cada país por medio de un código propio, éste señala, sin lugar a dudas, cuál es el destino final de la llamada. El código de un país es independiente del que origina la llamada.

Cada una de estas centrales telefónicas, están divididas a su vez en 2 partes principales:

1. Parte de Control
2. Parte de Conmutación

La parte de control, se lleva a cabo por diferentes microprocesadores, los cuales se encargan de enrutar, direccionar, limitar y dar diferentes tipos de servicios a los usuarios.

La parte de conmutación se encarga de las interconexiones necesarias en los equipos para poder realizar las llamadas.

Nodos de conmutación:

Los nodos son parte fundamental en cualquier red de telecomunicaciones, son los encargados de realizar las diversas funciones de procesamiento que requieren cada una de las señales o mensajes que circulan o transitan a través de los enlaces de la red. Desde un punto de vista topológico, los nodos proveen los enlaces físicos entre los diversos canales que conforman la red. Los nodos de una red de telecomunicaciones son equipos (en su mayor parte digitales, aunque pueden tener alguna etapa de procesamiento analógico, como un modulador) que realizan las siguientes funciones:

a) Establecimiento y verificación de un protocolo. Los nodos de la red de telecomunicaciones realizan los diferentes procesos de comunicación de acuerdo a un conjunto de reglas conocidas como protocolos; éstos se ejecutan en los nodos, garantizando una comunicación exitosa entre sí, utilizando para ello, los canales que los enlazan.

b) Transmisión. Existe la necesidad de hacer uso eficiente de los canales, por lo cual, en esta función, los nodos adaptan al canal, la información o los mensajes en los cuales está contenida, para su transporte eficiente y efectivo a través de la red.

c) Interfase. En esta función el nodo se encarga de proporcionar al canal las señales que serán transmitidas de acuerdo con el medio de que está formado el canal. Esto es, si el canal es de radio, las señales deberán ser electromagnéticas a la salida del nodo, independientemente de la forma que hayan tenido a su entrada y también de que el procesamiento en el nodo haya sido por medio de señales eléctricas.

d) Recuperación. Si durante una transmisión se interrumpe la posibilidad de terminar exitosamente la transferencia de información de un nodo a otro, el sistema, a través de sus nodos, debe ser capaz de recuperarse y reanudar en cuanto sea posible la transmisión de aquellas partes del mensaje que no fueron transmitidas con éxito.

e) Formateo. Cuando un mensaje transita a lo largo de una red, pero principalmente cuando existe una interconexión entre redes que manejan distintos protocolos, puede ser necesario que en los nodos se modifique el formato de los mensajes para que todos los nodos de la red (o de la conexión de redes) puedan trabajar con éste; esto se conoce con el nombre de formateo (o, en su caso, de reformateo).

f) Enrutamiento. Cuando un mensaje llega a un nodo de la red de telecomunicaciones, debe tener información acerca de los usuarios de origen y destino; es decir, sobre el usuario que lo generó y aquel al que está destinado. Sin embargo, cada vez que el mensaje transita por un nodo y considerando que en cada nodo hay varios enlaces conectados por los que, al menos en teoría, el mensaje podría ser enviado a cualquiera de ellos, en cada nodo se debe tomar la decisión de cuál debe ser el siguiente nodo al que debe enviarse el mensaje para garantizar que llegue a su destino rápidamente. Este proceso se denomina enrutamiento a través de la red. La selección de la ruta en cada nodo depende, entre otros factores, del número de mensajes que en cada momento están en proceso de ser transmitidos a través de los diferentes enlaces de la red.

g) Repetición. Existen protocolos que entre sus reglas tienen una previsión por medio de la cual el nodo receptor detecta si ha habido algún error en la transmisión. Esto permite al nodo destino solicitar al nodo previo que retransmita el mensaje hasta que llegue sin errores y el nodo receptor pueda, a su vez, retransmitirlo al siguiente nodo.

h) Direccionamiento. Un nodo requiere la capacidad de identificar direcciones para poder hacer llegar un mensaje a su destino, principalmente cuando el usuario final está conectado a otra red de telecomunicaciones.

i) Control de flujo. Todo canal de comunicaciones tiene una cierta capacidad de manejar mensajes; cuando el canal está saturado no se deben enviar más por medio de ese canal, hasta que los previamente enviados hayan sido entregados a sus destinos.

Las funciones que se han descrito, son las más importantes, por lo tanto son las que deben tener instrumentadas los nodos de una red compleja. Por ejemplo, si una red consiste solamente en dos nodos a cada uno de los cuales están conectados una variedad de usuarios, es evidente que no se requieren funciones tales como direccionamiento o enrutamiento en cada uno de ellos.

El valor de las telecomunicaciones es el conjunto de servicios que se ofrecen por medio de las redes y que se ponen a disposición de los usuarios. Es decir, del tipo de comunicación que se puede establecer y del tipo de información que se puede enviar a través de éstas. Por ejemplo, a través de la red telefónica se prestan servicios de comunicación oral a personas y empresas. Entre éstos están el servicio telefónico local (tanto residencial como comercial e industrial), el servicio de larga distancia nacional y el servicio de larga distancia internacional, aunque en los últimos años se pueden hacer también, transmisiones de fax y de datos.

Por medio de una red de televisión por cable se pueden prestar servicios de distribución de señales de televisión a residencias en general, pero últimamente se han iniciado servicios restringidos, como son los servicios de "pago por evento". Es posible que gracias a los avances tecnológicos en diversos campos, en un futuro no muy lejano estén interconectadas las redes de telefonía con las de televisión por cable, y a través de esta interconexión los usuarios podrán explotar simultáneamente la gran capacidad de las redes de cable para televisión y la gran cobertura y capacidad de procesamiento que tienen las redes telefónicas.

La conmutación se puede dar de 2 formas:

1. Conmutación de circuitos: en la que primero se establece la trayectoria a seguir
2. Conmutación de paquetes: la cual funciona a traves de ráfagas de información.

Señalización:

Es la forma en que se va a comunicar el equipo

1. Señalización de línea: se da entre centrales
2. Señalización de usuario: se da entre el usuario y la central
3. Señalización de registro: se da entre centrales.

La comunicación entre 2 usuarios se da de la siguiente manera:

1. Cuando un abonado levanta el auricular de su aparato telefónico, la central lo identifica y le envía una "invitación a marcar".

2. La central espera a recibir el número seleccionado, para, a su vez, escoger una ruta del usuario fuente al destino.

3. Si la línea de abonado del usuario destino está ocupada, la central lo detecta y le envía al usuario fuente una señal ("tono de ocupado").

4. Si la línea del usuario destino no está ocupada, la central a la cual está conectado genera una señal para indicarle al destino la presencia de una llamada.

5. Al contestar la llamada el usuario destino, se suspende la generación de dichas señales.

6. Al concluir la conversación, las centrales deben desconectar la llamada y poner los canales a la disposición de otro usuario, a partir de ese momento.

7. Al concluir la llamada se debe contabilizar su costo para su facturación, para ser cobrado al usuario que la inició.

En una red telefónica conmutada, la señalización transporta la inteligencia necesaria para que un abonado se comunique con cualquier otro de esa red. La señalización indica al switch que un abonado desea servicio, le proporciona los datos necesarios para identificar al abonado distante que se solicite y entonces enruta debidamente la llamada a lo largo de su trayectoria.

La señalización da también al abonado cierta información de estado, por ejemplo: tono de invitación, de ocupado y timbrado.

Funciones de Señalización:

Supervisión

Control (Forward)

Tomar

Retener

Liberar

Estado (Backward)

Desocupado

Ocupado

Desconectar

Dirección

Estación

Decádica

DTMF

Digital

Enrutamiento

Canal

Troncal

Auditiva/Visual

Alerta

Timbrado

Aviso descolgado

Progreso

Tono de marcar

Tono de ocupado

Señalización por canal asociado (SAC).- Cada canal lleva la voz y su propia señalización. Ejemplo: ISDN

Señalización por canal común (SCC).- Cada canal lleva la voz y un canal exclusivo lleva la señalización de todos los canales. Ejemplo: R2-MTC

La señalización de supervisión proporciona la información acerca de la línea o el circuito e indica si el circuito está en uso o no. Informa al switch y a los circuitos troncales de interconexión acerca de las condiciones en la línea. Por ejemplo que la parte que llama ha descolgado o colgado y que la parte llamada ha descolgado/colgado. Estos dos términos son convenientes para designar las dos condiciones de señalización en una troncal o enlace. Si la TK está desocupada se indica la condición de colgado (on hook) y si la TK está ocupada se indica la condición de descolgado (off hook).

Señalización E&M (Ear and Mouth).- Esta es la forma más común de supervisión de TK. La señalización E&M existe únicamente entre el punto interfecial entre el TK y el switch.

____

____________ | |___ ___ _______

/ / | |======| |=============| |

/ ====| PBX |======|E&M|=============| PSTN |

/__________ |________|======|___|=============|_______|

Cuando decimos que un enlace usa E&M a cuatro hilos es porque tenemos dos hilos para transmisión, 2 hilos para recepción, uno para E y otro para M. Un E&M a dos hilos usa uno para transmisión, el mismo para recepción y otro para E y también para M. El primero se conoce como Full Duplex, el segundo se llama Half Duplex.

On Hook = Colgado

Off Hook = Descolgado

Señalización E&M tipo 1 Señalización E&M tipo 2

Condición M E Condición M/SB E/SG

On Hook GND Abierto On Hook Abierto Abierto

Off Hook -48 Vcd GND Off Hook -48 Vcd GND

Señalización E&M tipo 3 Señalización E&M tipo 4

Condición M/SB E/SG Condición M/SB E/SG

On Hook Abierto Abierto On Hook Abierto Abierto

Off Hook -48 Vcd GND Off Hook GND GND

Señalización E&M tipo 5

Condición M/SG E/SG

On Hook Abierto Abierto

Off Hook GND GND

Ground Start es una señalización de supervisión, el PSTN libera la línea cuando ya no se encuentra en uso. En contraste el Loop Start que es una señal de supervisión donde el abonado es el que libera la línea.

Llamada Entrante:

____________ 3 2 1 _______ ____________

/ / + – + | | / /

/ B ===============| PSTN |======/ A

/__________ – + – |_______| /__________

1) A esperando que B conteste.

2) Durante la llamada.

3) Cuando cuelga B toda la línea de B A PSTN se libera.

Cuando B contesta a A, el PBSTN cambia la polaridad y se establece la comunicación. La llamada no acaba hasta que A cuelgue.

Llamada Saliente:

____________ 5 4 3 2 1 _______ ____________

/ / + – + – + | | / /

/ A =================| PSTN |======/ B

/__________ – + – + – |_______| /__________

1) A termina de marcar.

2) B descuelga.

3) Durante la llamada.

4) Cuelga B.

5) Cuelga A.

Cuando A acaba de marcar, el PSTN cambia la polaridad, cuando B contesta se vuelve a cambiar la polaridad. Cuando B cuelga cambia una vez más

Ingeniería de tráfico

Se suele medir el tráfico telefónico de un PBX contando el número de troncales utilizadas en una unidad de tiempo, se grafica como histograma. Estas gráficas ayudan a determinar las horas picos y para verificar que la infraestructura sea suficiente. Existe una ley empírica en donde se establece que se necesitan tres troncales por cada extensión. Esto varía dependiendo del giro de la empresa.

La Ruta Es el conjunto de troncales o enlaces que interconectan una CT con otra o una CT con un PBX. El dimensionamiento de la ruta es la determinación del número de troncales o enlaces requeridos en la conexión de la central A a la central B. Para estar en posibilidad de dimensionar correctamente una ruta se deberá tener idea de su posible utilización, es decir del número de conversaciones que se intentarán establecer al mismo tiempo sobre dicha ruta. Esta utilización se puede definir mediante dos parámetros:

Razón de llamadas.- Número de veces que se utiliza una ruta o trayectoria por unidad de tiempo, definida también como intensidad de llamadas por trayectoria durante la hora ocupada.

Tiempo de retención.- Duración de la ocupación de la trayectoria por llamada, duración promedio de ocupación.

Otras definiciones:

Tráfico cruzado.- Es el tráfico que realmente fue conducido o establecido a través de las centrales.

Tráfico ofrecido.- Es el volumen de tráfico demandado a la central.

Congestión.- Diferencia entre tráfico ofrecido y cruzado.

Para dimensionar una trayectoria se debe obtener la intensidad de tráfico representativo de una temporada ocupada y observando la variación de un día típico se notará que cierto periodo de una hora es el que muestra la mayor lectura pico a pico.

Tráfico telefónico.- Es la acumulación de llamadas telefónicas en un grupo de circuitos o troncales considerando tanto su duración como su cantidad.

A = C x T = Flujo Telefónico = Cantidad de llamadas por hora x Duración promedio de la llamada

La unidad del flujo telefónico es llamadas/hora, una llamada/hora es la cantidad que representa una o más llamadas que tienen la duración agregada o acumulada de una hora. La unidad más usada en tráfico es el erlang, un erlang de intensidad de tráfico sobre un circuito determinado significa la ocupación continua de tal circuito. Ejemplo: Si se tienen 10 TK (troncales) y se tienen 5 erlangs, se esperaría encontrar la mitad de los circuitos ocupados en el momento de la observación.

Supóngase una CT con 10,000 abonados en la que no más del 25% requieren el servicio en forma simultánea. Por lo tanto se dimensiona la central con equipo suficiente para 2,500 conversaciones simultáneas. Cuando el usuario 2,501 intente comunicarse no lo logrará debido a que todo el equipo de conexión estará ocupado aún cuando la línea deseada esté libre. Esta llamada 2,501 se conoce como llamada bloqueada , dicha llamada ha encontrado congestionamiento. En un conmutador bien diseñado se espera que durante la hora pico se presenten momentos de congestionamiento en los que los intentos adicionales por establecer llamadas encontrarán bloqueo.

Grado de servicio.- Expresa la posibilidad de encontrar congestionamiento durante la hora pico. El grado de servicio típico es de P=0.01, esto significa que en promedio, en la hora pico se pierde una de cada cien llamadas.

P = Total llamadas perdidas / Total llamadas ofrecidas

Disponibilidad de un circuito telefónico.- Modelo para estimar la disponibilidad del circuito, ¿qué proporción del tiempo el circuito se encuentra libre? Suponiendo que es un proceso estocástico:

a) Las llamadas son aleatorias con distribución de Poisson. La velocidad media de arribo es Lambda [1/T = 1/Tiempo]

b) La duración de cada llamada, que se llama "tiempo ocupado" (holding time), se encuentra exponencialmente distribuida con media 1/Mu, se conoce como tiempo de servicio.

Modulación:

La modulación de la portadora para que pueda transportar impulsos se puede efectuar a nivel bajo o alto. En el primer caso, la señal de frecuencia audio del micrófono, con una amplificación pequeña o nula, sirve para modular la salida del oscilador y la frecuencia modulada de la portadora se amplifica antes de conducirla a la antena; en el segundo caso, las oscilaciones de radiofrecuencia y la señal de frecuencia audio se amplifican de forma independiente y la modulación se efectúa justo antes de transmitir las oscilaciones a la antena. La señal se puede superponer a la portadora mediante modulación de frecuencia (FM) o de amplitud (AM).

La forma más sencilla de modulación es la codificación, interrumpiendo la onda portadora a intervalos concretos mediante una clave o conmutador para formar los puntos y las rayas de la radiotelegrafía de onda continua.

La onda portadora también se puede modular variando la amplitud de la onda según las variaciones de la frecuencia e intensidad de una señal sonora, tal como una nota musical. Esta forma de modulación, AM, se utiliza en muchos servicios de radiotelefonía, incluidas las emisiones normales de radio. La AM también se emplea en la telefonía por onda portadora, en la que la portadora modulada se transmite por cable, y en la transmisión de imágenes estáticas a través de cable o radio.

En la FM, la frecuencia de la onda portadora se varía dentro de un rango establecido a un ritmo equivalente a la frecuencia de una señal sonora. Esta forma de modulación, desarrollada en la década de 1930, presenta la ventaja de generar señales relativamente limpias de ruidos e interferencias procedentes de fuentes tales como los sistemas de encendido de los automóviles o las tormentas, que afectan en gran medida a las señales AM. Por tanto, la radiodifusión FM se efectúa en bandas de alta frecuencia (88 a 108 MHz), aptas para señales grandes pero con alcance de recepción limitado.

Las ondas portadoras también se pueden modular variando la fase de la portadora según la amplitud de la señal. La modulación en fase, sin embargo, ha quedado reducida a equipos especializados.

El desarrollo de la técnica de transmisión de ondas continuas en pequeños impulsos de enorme potencia, como en el caso del radar, planteó la posibilidad de otra forma nueva de modulación, la modulación de impulsos en tiempo, en la que el espacio entre los impulsos se modifica de acuerdo con la señal.

La información transportada por una onda modulada se devuelve a su forma original mediante el proceso inverso, denominado demodulación o detección. Las emisiones de ondas de radio a frecuencias bajas y medias van moduladas en amplitud. Para frecuencias más altas se utilizan tanto la AM como la FM; en la televisión comercial de nuestros días, por ejemplo, el sonido va por FM, mientras que las imágenes se transportan por AM. En el rango de las frecuencias superaltas (por encima del rango de las ultraaltas), en el que se pueden utilizar anchos de banda mayores, la imagen también se transmite por FM. En la actualidad, tanto el sonido como las imágenes se pueden enviar de forma digital a dichas frecuencias.

Modulación por pulsos codificados (PCM)

Puede ser descrita como un método de conversión de analógico a digital. Esta conversión está basada en tres principios: Muestreo, Cuantificación y Codificación.

a) Muestreo: Consiste en tomar valores instantáneos de la señal analógica a intervalos de tiempo determinados. Se toma el doble de la frecuencia de la señal.

b) Cuantificación: Los continuos valores de amplitud de la señal muestrada son descompuestas por un número finito de amplitudes. Las amplitudes alineadas están divididas dentro de intervalos y todas las muestras cuyas amplitudes caen dentro de un intervalo específico son dadas por la misma amplitud de salida. Por ejemplo con una resolución de 8 bits se pueden tener 256 distintos valores de amplitud.

c) Codificación: Los procesos de muestreo y cuantificación producen una representación de la señal original. Para la codificación se usa un código de informática, tomando en cuenta que dicho código debe tener mayor capacidad de sincronización, mayor capacidad para la detección de errores y mayor inmunidad al ruido. Esta etapa usa un CODEC (codificador – decodificador).

La modulación tipoPCM se usa extensivamente en la telefonía digital (en los SPC, Storage Program Control que usan el multiplexeo por división de tiempo, TDM). Se nombra a un canal de 64 kbps como un Clear Channel o un Toll Quality. Sin embargo se suele usar velocidades de 32, 16, 8 y hasta 4 kbps para meter dos, cuatro, ocho y hasta 16 conversaciones telefónicas en un solo canal de 64 kbps.

Ventajas de la comunicación digital

– Se pueden lograr mayores distancias. – Es menos sensible al ruido. – Mejor utilización del ancho de banda (Con el uso de un MUX). – Mayor privacia y seguridad de la información. – Se pueden integrar voz y datos en el mismo medio de comunicación.

Desventajas de la comunicación digital

• Los niveles de la señal de cuantificación están igualmente espaciados.
• Los niveles de la señal de amplitudes pequeñas se distorsionan.
• Se tienen errores de cuantificación.

Multiplexaje:

Técnica utilizada en comunicaciones y operaciones de entrada y salida para transmitir simultáneamente a través de un único canal o una sola línea varias señales diferentes. Para mantener la integridad de cada una de las señales a lo largo del canal, el multiplexado permite separarlas por tiempo, espacio o frecuencia. El dispositivo utilizado para combinar las señales se denomina multiplexor.

TDM Time Division Multiplexing

Es la intercalación en tiempo de muestras de diferentes fuentes de tal forma que la información de esas fuentes sea transmitida en serie sobre un mismo canal de comunicación. Es el método de combinar diversas señales muestradas en una secuencia definida.

Para multiplexar canales de audio se usan MUX estáticos o estadísticos. Los primeros asignan un tiempo determinado a cada canal, aún y cuando no estén en uso. Los estadísticos, por el contrario, sólo asignan tiempo a los canales que se encuentran en uso. Se suelen multiplexar 30 canales de voz (64 kbps), reservando 2 canales para señalización y control, en un canal de 2048 Mbps.

Estándares para TDM

Denominación Canales de Voz Velocidad (Mbps)

DS-1 24 1.544

DS-1C 48 3.152

DS-2 672 44.736

DS-4 4032 274.176

CCITT No.

E-1 30 2.048 1

E-2 120 8.448 2

E-3 480 34.368 3

E-4 1920 139.264 4

E-5 7680 565.148 5

TELEFONÍA CELULAR:

Sistema de telefonía que no requiere de un enlace fijo, por ejemplo vía cable telefónico, para la transmisión y recepción. Utiliza la radiotransmisión mediante ondas hercianas, como la radio convencional, por lo que el terminal emitirá y recibirá las señales con una antena hacia y desde el repetidor más próximo (antenas repetidoras de telefonía móvil) o vía satélite. Las primeras emisiones de telefonía móvil se remontan al uso de radiotransmisores instalados en vehículos, de uso militar o institucional; como referencia se cita la primera utilización por parte de la policía de Detroit en 1921. Los radioteléfonos propiamente dichos se introdujeron en 1946 en Estados Unidos; al siguiente año, la Bell Telephone desarrolló la tecnología celular, base de los modernos sistemas de telefonía móvil propiamente dicha. Con todo, no se vieron desarrollos civiles hasta 1956, cuando se instaló en Suecia un terminal para automóviles, de 40 kg, que se alimentaba de la batería del vehículo. En Japón se puso en marcha el primer sistema de telefonía móvil celular en 1979; le siguió el Reino Unido, en 1983

Funcionamiento del sistema

La telefonía móvil celular se basa en un sistema de áreas de transmisión, células, que abarcan áreas comprendidas entre 1,5 y 5 km, dentro de las cuales existen una o varias estaciones repetidoras, que trabajan con una determinada frecuencia, que debe ser diferente de las células circundantes. El teléfono móvil envía la señal, que es recibida por la estación y remitida a través de la red al destinatario; conforme se desplaza el usuario, también se conmuta la célula receptora, variando la frecuencia de la onda herciana que da soporte a la transmisión. Según los sistemas, la señal enviará datos secuencialmente o por paquetes, bien como tales o comprimidos y encriptados.

Sistemas digitales

En la actualidad, la mayoría de los sistemas de telefonía celular emplean sistemas digitales, que han sustituido a los analógicos de primera generación (1G); estos sistemas fueron introducidos en España en 1990 (MoviLine de la compañía Telefónica). El primer sistema digital europeo (GSM de Global System for Mobile Communication), conocido vulgarmente como sistema celular de segunda generación (2G), se comenzó a implantar en 1992, y en 1995 operó por primera vez en España; con él se puso en marcha el sistema de transmisión de mensajes cortos de texto, SMS (Short Messaging Service), y el acceso a Internet mediante la tecnología WAP (Wireless Application Protocol). Ya en 2000 en Europa y en 2002 en Estados Unidos, comenzaron a comercializarse los sistemas dotados con GPRS (General Packet Radio Service, servicio general de radio mediante paquetes de información); se le conoce como sistema de telefonía 2,5G, una tecnología intermedia entre los sistemas de segunda y tercera generación. Entre sus novedades destaca la posibilidad de recepción y envío continuo de grupos de datos mediante el protocolo IP (Internet Protocol), que mejora sustancialmente la navegación a través de la red y el poder superar el límite de 160 caracteres en los SMS, a la vez que permite enviar y recibir imágenes y elementos multimedia.

Los sistemas de tercera generación (3G), explotados comercialmente en Japón desde 2001 por parte de la NTT DoCoMo, han sufrido repetidos aplazamientos por problemas tecnológicos y logísticos en todo el mundo, lo que ha retrasado sustancialmente su comercialización. En Europa y parte de Asia se ha optado en 2000 por el sistema UMTS (Universal Mobile Communication Service, servicio móvil universal para comunicaciones), y en Estados Unidos y parte de Asia y América, por el denominado sistema CDMA-2000; ambos forman parte del IMT-2000, un estándar de la International Telecommunications Union (ITU), con sede en Ginebra, Suiza. Los sistemas 3G se apoyan fundamentalmente en dos estándares, el CDMA-2000 (Code Division Multiple Access 2000) y W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), y otros propietarios de ciertos operadores, como el del antes citado NTT DoCoMo, siendo incompatibles entre sí y diferenciándose en la velocidad máxima de transmisión de datos. Los sistemas CDMA son más sencillos de implementar y proporcionan hasta tres veces mayor capacidad de transmisión; en el emisor se convierten los datos a formato digital y se comprimen, el receptor además de recibir los paquetes de datos y decodificarlos, hace una comprobación de errores y los reconvierte a formato de onda, en su caso, para transmisiones de voz.

Mensajería y multimedia

Con la aparición de los sistemas digitales (telefonía de segunda generación, 2G), los terminales disponen de la capacidad de enviar y recibir mensajes cortos de texto (SMS), que operan de manera muy similar a los mensajes de correo electrónico en Internet, aunque especificando como destinatario un número de terminal y no un identificador de usuario. Con la aparición de los sistemas 2,5G y 3G se han implantado los servicios EMS (Enhanced Messaging Service) y MMS (Multimedia Message Service), que ofrecen mejoras en el servicio SMS básico sobre texto; así, admiten texto de dimensiones ilimitadas, inclusión de imágenes, melodías y animaciones y, en el caso del MMS, posibilitan el envío y recepción de todo tipo de elementos multimedia, incluidos vídeos. Para utilizar EMS y MMS se requiere, respectivamente, de terminales de telefonía móvil GPRS y UMTS u otro 3G.

La integración de los teléfonos celulares con la informática móvil ha llegado en dos formas diferentes: con la conectividad de los teléfonos móviles con un PDA mediante tecnologías inalámbricas, como infrarrojos o Bluetooth, y con la integración física de ambos dispositivos en un mismo aparato, como es el caso de los PocketPC Phone Edition y otros que funcionan bajo Linux o Palm

Las generaciones te la telefonía celular

Primera generación (1G)

La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por se analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces era muy baja, tenían baja velocidad (2400 bauds). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple Access) y, además, la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System).

Segunda generación (2G)

La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón.

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services).

Generación 2.5 G

Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G.

La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm ebtre otros. Los carriers europeos y estadounidenses se moverán a 2.5G en el 2001. Mientras que Japón irá directo de 2G a 3G también en el 2001.

Tercera generación 3G.

La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos.

Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países.

Asimismo, en un futuro próximo los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores.

En relación a las predicciones sobre la cantidad de usuarios que podría albergar 3G, The Yanlee Gropu anticipa que en el 2004 habrá más de 1,150 millones en el mundo, comparados con los 700 millones que hubo en el 2000. Dichas cifras nos anticipan un gran número de capital involucrado en la telefonía inalámbrica, lo que con mayor razón las compañías fabricantes de tecnología, así como los proveedores de servicios de telecomunicaciones estarán dispuestos a invertir su capital en esta nueva aventura llamada 3G.

TRANSMISIÓN DE DATOS

Elementos básicos de un sistema de transmisión de datos:

EMISOR   ——> CANAL ——> RECEPTOR

Señal: energía física que soporta la información, transportándola a través del canal. la más usada es la señal electromagnética (telégrafo, teléfono, radio, televisión…)

Señales: 

• Analógicas: representan una gama de valores cuya variación se produce de forma continua
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– Digitales: Su variación es discontínua. Sus valores tienen forma de impulsos, cada uno de los cuales representa un dígito 0 y 1.

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Velocidad de transmisión: cantidad de señales que pueden transmitirse en un intervalo de tiempo. la unidad es el bit por segundo (bps) o baudio. existen tres tipos:

                 baja velocidad: menos de 600 bps

                media velocidad: 600 – 10.000 bps

                alta velocidad: más de 10.000 bps

 Ancho de banda: gama de frecuencias que pueden transmitirse por canal, comprendidas entre unos límtes superior e inferior.

                 banda estrecha: bajas velocidades de transmisión (líneas telegráficas)

                banda de voz: un poco más ancha. usadas para la voz

                banda ancha: grandes volúmenes de datos a altas velocidades. cables coaxiales.

 Distorsión: ruido, alteraciones que sufre la señal portadora (propiedades eléctricas, vibraciones, etc). la señal también suele disminuir. soluciones: disminuir la velocidad, aumentar la potencia.

 Direccionabilidad: capacidad para desplazar datos en varias direcciones.

 - Simplex: flujo de datos sólo en un sentido. ejemplo: ratón —-> ordenador

– Semidúplex (half duplex): transmisión en ambos sentidos, pero no simultáneamente. Primero transmite uno y después el otro.

 – Dúplex (full duplex): o llamada también "bidireccional". se transmiten datos en ambas direcciones simultánea e independientemente. ordenador – módem

 Disposición: forma en la cual están conectados mediante un canal de transmisión los distintos puntos que se pretende comunicar.

 Canales punto a punto: Conexión directa entre 2 estaciones:

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Canales multipunto: Conexión de más de 2 estaciones. Una controla el funcionamiento de las demás.

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 Tipo de flujo de datos:

 Transmisión en paralelo (centronics): todos los bits que componen un carácter se envían simultáneamente con un circuito físico para cada uno. Ejemplo: la impresora.

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Transmisión en serie: una sola línea contiene los bits enviados. Se emplea en largas distancias. Los bits de control y sincronización están intercambiados. Es necesario discernir cuando comienza la transmisión y cuando termina. Hay dos formas de transmitir los caracteres en serie:

 Transmisión síncrona: 

– se usa para gran velocidad

– los datos se transmiten a velocidad constante

– no son necesarios los bits de comienzo y fin de caracter

– los caracteres se almacenan en un búffer hasta que está completo, momento en que la información es enviada rápidamente.

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 Transmisión asíncrona:

– llamada también start-stop, cada grupo de bits va precedido y seguido por bits de control. El bit de arranque suele ser 0. Se utiliza en sistemas que funcionen simultáneamente y a baja velocidad.

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Modem y sus aplicaciones

Inicialmente del término inglés modem, es un acrónimo de ‘modulador/demodulador’. Se trata de un equipo, externo o interno (tarjeta módem), utilizado para la comunicación de computadoras a través de líneas analógicas de transmisión de voz y/o datos. El módem convierte las señales digitales del emisor en otras analógicas, susceptibles de ser enviadas por la línea de teléfono a la que deben estar conectados el emisor y el receptor. Cuando la señal llega a su destino, otro módem se encarga de reconstruir la señal digital primitiva, de cuyo proceso se encarga la computadora receptora. En el caso de que ambos puedan estar transmitiendo datos simultáneamente en ambas direcciones, emitiendo y recibiendo al mismo tiempo, se dice que operan en modo full-duplex; si sólo puede transmitir uno de ellos y el otro simplemente actúa de receptor, el modo de operación se denomina half-duplex. En la actualidad, cualquier módem es capaz de trabajar en modo full-duplex, con diversos estándares y velocidades de emisión y recepción de datos.

Para convertir una señal digital en otra analógica, el módem genera una onda portadora y la modula en función de la señal digital. El tipo de modulación depende de la aplicación y de la velocidad de transmisión del módem. Un módem de alta velocidad, por ejemplo, utiliza una combinación de modulación en amplitud y de modulación en fase, en la que la fase de la portadora se varía para codificar la información digital. El proceso de recepción de la señal analógica y su reconversión en digital se denomina demodulación. La palabra módem es una contracción de las dos funciones básicas: modulación y demodulación. Además, los módems se programan para ser tolerantes a errores; esto es, para poder comprobar la corrección de los datos recibidos mediante técnicas de control de redundancia (véase CRC) y recabar el reenvío de aquellos paquetes de información que han sufrido alteraciones en la transmisión por las líneas telefónicas.

Los primeros equipos eran muy aparatosos y sólo podían transmitir datos a unos 100 bits por segundo. Los más utilizados en la actualidad en los ordenadores personales transmiten y reciben la información a más de 33 kilobits por segundo (33 K o 33 kbps). Hoy día casi todos incluyen funciones de fax y de contestador automático de voz. Mediante sistemas de compresión de datos se mejora su eficiencia, de manera que éstos son transmitidos en paquetes comprimidos, que se descomprimen en el destino antes de ser procesados por la computadora receptora. Algunos de los módems más recientes permiten, además, la simultaneidad de la comunicación de datos vía módem y el uso del teléfono de voz, todo dentro de una misma línea física.

Los sistemas más avanzados de comunicación, como las líneas RDSI y ADSL, utilizan módems especiales y, en su caso, se acompañan con tarjetas de red para la entrada en la computadora.

Interfaces

Interfaz, punto en el que se establece una conexión entre dos elementos, que les permite trabajar juntos. La interfaz es el medio que permite la interacción entre esos elementos. En el campo de la informática se distinguen diversos tipos de interfaces que actúan a diversos niveles, desde las interfaces claramente visibles, que permiten a las personas comunicarse con los programas, hasta las imprescindibles interfaces hardware, a menudo invisibles, que conectan entre sí los dispositivos y componentes dentro de los ordenadores o computadoras. Las interfaces de usuario cuentan con el diseño gráfico, los comandos, mensajes y otros elementos que permiten a un usuario comunicarse con un programa. Las microcomputadoras disponen de tres tipos básicos de interfaces de usuario (que no necesariamente son excluyentes entre sí): la interfaz de línea de comandos, reconocible por los símbolos A o C del sistema MS-DOS, que responde a los comandos introducidos por el usuario; la interfaz controlada por menús utilizada en muchas aplicaciones (por ejemplo Lotus 1-2-3) ofrece al usuario una selección de comandos, permitiéndole elegir uno de ellos presionando la tecla de la letra correspondiente (o una combinación de teclas), desplazando el cursor con las teclas de dirección o apuntando con el mouse (ratón); y la interfaz gráfica de usuario, una característica de los equipos Apple Macintosh y de los programas basados en ventanas (como los del entorno Windows), representa visualmente los conceptos, por ejemplo un escritorio, y permite al usuario no sólo controlar las opciones de los menús, sino también el tamaño, la posición y el contenido de una o más ventanas o áreas de trabajo que aparezcan en pantalla.

En el interior de las computadoras, donde el software funciona a niveles menos visibles, existen otros tipos de interfaces, como las que hacen posible que los programas trabajen con el sistema operativo y las que permiten al sistema operativo trabajar con el hardware de la computadora.

En hardware se entienden por interfaces las tarjetas, los conectores y otros dispositivos con que se conectan los diversos componentes a la computadora para permitir el intercambio de información. Existen, por ejemplo, interfaces estandarizadas para la transferencia de datos, como el RS-232-C y el SCSI, que permiten interconectar computadoras e impresoras, discos duros y otros dispositivos.

El Modelo OSI

La ISO (http://www.iso.orghttp://www.iso.org) ha definido un modelo de 7 capas que describe cómo se transfiere la información desde una aplicación de software a través del medio de transmisión hasta una aplicación en otro elemento de la red.

Capa Física.

La capa física tiene que ver con el envío de bits en un medio físico de transmisión y se asegura que éstos se transmitan y reciban libres de errores. También describe los eléctricos y mecánicos asociados con el medio y los conectores así como los tiempos aprobados para enviar o recibir una señal. También especifica si el medio permite la comunicación simplex, half duplex o full duplex.

Capa de Enlace.

En esta capa se toman los bits que entrega la capa física y los agrupa en algunos cientos o miles de bits para formar los frames. En este nivel se realiza un chequeo de errores y si devuelven acknowledges al emisor. La Capa de Enlace es la encargada de detectar si un frame se pierde o daña en el medio físico. De ser éste el caso, debe de retransmitirlo, aunque en ocasiones dicha operación provoca que un mismo frame se duplique en el destino, loa que obliga a esta capa a detectar tal anomalía y corregirla. En este nivel se decide

Capa de Red.

Se encarga de controlar la operación de la subred. Su tarea principal es decidir cómo hacer que los paquetes lleguen a su destino dados un origen y un destino en un formato predefinido por un protocolo. Otra función importante en este nivel es la resolución de cuellos de botella. En estos casos se pueden tener varias rutas para dar salida a los paquetes y en base a algunos parámetros de eficiencia o disponibilidad se eligen rutas dinámicas de salida. cómo accesar el medio físico.

Capa de Transporte.

La obligación de la capa de transporte es tomar datos de la capa de sesión y asegurarse que dichos datos llegan a su destino. En ocasiones los datos que vienen de la capa de sesión exceden el tamaño máximo de transmisión (Maximum Transmission Unit o MTU) de la interfaz de red, por lo cual es necesario partirlos y enviarlos en unidades más pequeñas, lo que origina la fragmentación y ensamblado de paquetes cuyo control se realiza en esta capa. Otra función en esta capa es la de multiplexar varias conexiones que tienen diferentes capacidades de transmisión para ofrecer una velocidad de transmisión adecuada a la capa de sesión. La última labor importante de la capa de transporte es ofrecer un mecanismo que sirva para identificar y diferenciar las múltiples conexiones existentes, así como determinar en qué momento se inician y se terminan las conversaciones (esto es llamado control de flujo).

Capa de Sesión.

Esta capa establece, administra y finaliza las sesiones de comunicación entre las entidades de la capa de presentación. Las sesiones de comunicación constan de solicitudes y respuestas de servicio que se presentan entre aplicaciones ubicadas en diferentes dispositivos de red. Estas solicitudes y respuestas están coordinadas por protocolos implementados en esta capa. Otro servicio de este nivel es la sincronización y el establecimiento de puntos de chequeo. Por ejemplo, si se hace necesario transferir un archivo muy grande entre dos nodos que tienen una alta probabilidad de sufrir una caída, es lógico pensar que una transmisión ordinaria nunca terminaría porque algún interlocutor se caerá y se perderá la conexión. La solución es que se establezcan cada pocos minutos un punto de chequeo de manera que si la conexión se rompe más tarde se pueda reiniciar a partir del punto de chequeo, lo cual ahorrará tiempo y permitirá tarde o temprano la terminación de la transferencia.

Capa de Presentación.

La capa de presentación provee servicios que permiten transmitir datos con alguna sintaxis propia para las aplicaciones o para el nodo en que se está trabajando. Como existen computadores que interpretan sus bytes de una manera diferente que otras (Big Endian versus Little Endian), es en esta capa donde es posible convertir los datos a un formato independiente de los nodos que intervienen en la transmisión.

Capa de Aplicación.

En esta capa se encuentran aplicaciones de red que permiten explotar los recursos de otros nodos. Dicha explotación se hace, por ejemplo, a través de emulación de terminales que trabajan en un nodo remoto, interpretando una gran variedad de secuencias de caracteres de control que permiten desplegar en el terminal local los resultados, aún cuando éstos sean gráficos. Una situación similar se da cuando se transmiten archivos de un computador que almacena sus archivos en un formato dado a otro, que usa un formato distinto. Es posible que el programa de transferencia realice las conversiones necesarias de manera que el archivo puede usarse inmediatamente bajo alguna aplicación.

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PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

Los protocolos son como reglas de comunicación que permiten el flujo de información entre computadoras distintas que manejan lenguajes distintos, por ejemplo, dos computadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello, es necesario que ambas "hablen" el mismo idioma, por tal sentido, el protocolo TCP/IP fue creado para las comunicaciones en Internet, para que cualquier computador se conecte a Internet, es necesario que tenga instalado este protocolo de comunicación

TCP/IP El protocolo TCP/IP (Transmition Control Protocol/Internet Protocol) hace posible enlazar cualquier tipo de computadoras, sin importar el sistema operativo que usen o el fabricante. Este protocolo fue desarrollado originalmente por el ARPA (Advanced Research Projects Agency) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Actualmente, es posible tener una red mundial llamada Internet usando este protocolo. Este sistema de IP permite a las redes enviar correo electrónico (e-mail), transferencia de archivos (FTP) y tener una interacción con otras computadoras (TELNET)no importando donde estén localizadas, tan solo que sean accesibles a través de Internet.

Para entender el funcionamiento de los protocolos TCP/IP debe tenerse en cuenta la arquitectura que ellos proponen para comunicar redes. Tal arquitectura ve como iguales a todas las redes a conectarse, sin tomar en cuenta el tamaño de ellas, ya sean locales o de cobertura amplia. Define que todas las redes que intercambiarán información deben estar conectadas a una misma computadora o equipo de procesamiento (dotados con dispositivos de comunicación); a tales computadoras se les denominan compuertas, pudiendo recibir otros nombres como enrutadores o puentes.

Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre sí ellas deben estar identificadas con precisión Este identificador puede estar definido en niveles bajos (identificador físico) o en niveles altos (identificador lógico) de pendiendo del protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado dirección Internet o dirección IP, cuya longitud es de 32 bytes. La dirección IP identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma dentro de dicha red.  

Tomando tal cual está definida una dirección IP podría surgir la duda de cómo identificar qué parte de la dirección identifica a la red y qué parte al nodo en dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definición de las "Clases de Direcciones IP". Para clarificar lo anterior veamos que una red con dirección clase A queda precisamente definida con el primer octeto de la dirección, la clase B con los dos primeros y la C con los tres primeros octetos. Los octetos restantes definen los nodos en la red específica.

Protocolos Token Passing

Estos protocolos se pueden considerar como un conjunto de líneas punto a punto simplex que interconectan nodos en un anillo, que puede ser lógico y/o físico. Los frames se transmiten en un determinado sentido dentro del anillo y dan la vuelta completa, lo que para efectos prácticos implica que la red funciona como un medio broadcast. Cada estación de la red puede funcionar en uno de los dos modos siguientes:

Modo escucha.

Cada frame que se recibe del nodo anterior se transmite al siguiente.

Modo transmisión.

El nodo emite un frame hacia el siguiente nodo, y paralelamente, recibe y procesa los bits que le llegan del nodo anterior en el anillo.

En un determinado momento, sólo un nodo de la red puede estar en modo transmisión, y los demás deben estar a la escucha. Si no hay tráfico en la red todos los nodos están escuchando.

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Un protocolo token passing funciona de la siguiente manera (Figura):

• Cuando ningún host desea transmitir, todos están en modo escucha y se envía por el anillo un frame especial denominado token. El token va pasando de un host a otro indefinidamente (Figura a)).
• Cuando algún nodo desea transmitir debe esperar a que pase por él el token. En ese momento, se apodera de éste, típicamente convirtiendo el token en el delimitador de inicio del frame. A partir de ese momento, el nodo pasa a modo transmisión y envía el frame al siguiente nodo(Figura b)).
• Todos los demás hosts del anillo, incluido el destino, siguen en modo escucha, retransmitiendo el frame recibido hacia el siguiente nodo. El host destino, además de retransmitirlo, retiene una copia del frame que pasará al nivel de red para su proceso (Figura c)).
• Al finalizar la vuelta, el emisor empieza a recibir su propio frame. Éste puede optar por descartarlo o compararlo con el frame enviado para verificar si la transmisión ha sido correcta Figura e)).
• Cuando el nodo ha terminado de transmitir el último bit del frame pueden ocurrir dos cosas: que restaure el token en el anillo inmediatamente, o que espere hasta recibir, de la estación anterior, su frame, y sólo entonces restaure el token Figura f)). El primer modo de funcionamiento recibe un nombre especial, y se le conoce como Early Token Release.

Si el emisor tiene varios frames listos para emitir puede enviarlos sin liberar el token, hasta consumir el tiempo máximo permitido, denominado token-holding time. Una vez agotados los frames que hubiera en el buffer, o el tiempo permitido el nodo restaura el token en el anillo. Bajo ninguna circunstancia un host debe estar en modo transmisión durante un tiempo superior al token-holding time. Este protocolo genera problemas nuevos: qué pasa si se pierde un frame? qué pasa si el nodo encargado de regenerar el token falla?. En toda red token passing existe una estación monitora que se ocupa de resolver estas situaciones y garantizar el normal funcionamiento del protocolo. En caso de problemas restaurará un token en el anillo para que el tráfico pueda seguir circulando normalmente. Cualquier estación de una red token passing está capacitada para actuar como monitor en caso necesario. Cuando un nodo se añade a la red queda a la escucha en busca de tokens o datos. Si no detecta actividad, emite un frame de control especial denominado claim token. Si existe ya un monitor éste responderá con un token a la petición. Si no, el recién incorporado recibirá su propio claim token, momento en el cual pasará a constituirse en monitor. Existe también un mecanismo de prioridades, el que funciona de la siguiente manera: existen bits en el frame que permiten establecer la prioridad de un nodo, por lo que nodos de mayor prioridad podrán tomar el control del token aunque algún host, pero de menor prioridad, esté transmitiendo. Una vez finalizada la transferencia, se debe devolver la prioridad que tenía al token.

La transmisión inalámbrica

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Actualmente han aparecido redes locales basadas en ondas de radio e infrarrojos. Típicamente una LAN inalámbrica está formada por un conjunto de estaciones base, unidas entre sí por algún tipo de cable, y una serie de estaciones móviles que comunican con la estación base más próxima. El conjunto de estaciones base forma en realidad un sistema celular en miniatura. Una red de este tipo presenta nuevos problemas al control de acceso al medio, entre estos cabe destacar que no puede darse por sentado que todos los nodos tienen acceso a escuchar si cualquiera de los posibles emisores está utilizando el canal (recordar que el alcance es limitado), por lo tanto, el sensar el canal puede no llegar a útil. Además de esto, es necesario considerar que no resulta práctico tener un canal (frecuencia) para transmitir y otro distinto para recibir. Por otra parte, deben considerarse aspectos provenientes de la naturaleza de la situación: en primer lugar, las transmisiones son omnidireccionales y, en segundo lugar, las colisiones ocurren en el radio del receptor, pues no son "importantes'' para el emisor como es en el caso de CSMA/CD. Finalmente, un elemento no menor a considerar tiene que ver con la potencia consumida por un elemento que continuamente esté sensando el canal para transmitir. Esto, en el caso de usuario móviles implicaría un excesivo consumo de baterías, situación que no es deseada. Las consideraciones anteriores llevan a la generación de dos nuevos problemas a resolver en las comunicaciones inalámbricas. Si se supone lo siguiente: existen cuatro nodos A, B, C y D situados en línea y separados, por ejemplo, 10 metros (Figura a)), el alcance máximo de cada uno de ellos es un poco mayor que la distancia que los separa, por ejemplo, 12 metros; y el protocolo de transmisión a utilizar será CSMA (notar que esto expresamente lleva a sensar el canal antes de transmitir). La secuencia de sucesos para transmitir un frame podrían ser la siguiente: A desea transmitir datos a B, al detectar el medio lo encuentra libre y comienza la transmisión. A está transmitiendo a B y C también desea transmitir datos hacia B, detecta el medio y lo encuentra libre (C no escucha a A pues esta a 20 m de distancia), por lo tanto, C empieza a transmitir. El resultado es una colisión en el receptor B que no es detectada ni por A ni por C. Esto se conoce como el problema de la estación oculta (Figura b)). Si ahora, con la misma distribución de nodos, ocurre lo siguiente: B desea transmitir datos hacia A, detecta el medio libre e inicia la transmisión. A continuación, C desea transmitir datos hacia D, y como detecta que B está transmitiendo espera a que termine para evitar una colisión. El resultado es que una transmisión que en principio podría haberse hecho sin interferencias (ya que A no puede escuchar a C y D no puede escuchar a B) no se lleva a cabo, reduciendo así la eficiencia del sistema. Esto se conoce como el problema de la estación expuesta (Figura c)). Notar que la trasmisión puede llevarse a cabo si no se sensa el canal, y no existirán problemas de colisiones, debido a que estás tienen efecto sólo en el receptor, el cual es inalcanzable en este caso.

Oscar Rodríguez Jimenez

EdOuaRd__ AcUñA

UNITEC

Campus Atizapan

Carrera: Ingeniería en Electrónica y de Comunicaciones