d.) Sincronización de Redes de Telecomunicaciones.

El proceso de digitalización de la red de telecomunicaciones se inicia en los enlaces entre centrales, con la instalación de los sistemas de transmisión PCM. Este proceso se completa con la introducción de las centrales de conmutación digital, constituyéndose la red digital integrada. En esta red, las informaciones de voz y señalización, ambas digitalizadas, son procesadas por los conmutadores y transportadas por los enlaces, obteniéndose entonces una serie de bits que viajan entre los distintos nodos de la red.

Cada una de las centrales de la red posee un reloj que determina, entre otras cosas, los instantes en los cuales se realiza la conmutación de los bits. El reloj se define como una fuente de frecuencia que se acopla a un divisor o contador. Cuando estos bits provienen de otros nodos de la red, debido a diferentes circunstancias, la frecuencia y la fase de sus bases de tiempo presentan diferencias de nodo a nodo, y con el reloj de la central receptora; estas diferencias hacen que haya pérdida o repetición de bits. Este fenómeno que se conoce como deslizamiento, puede llegar a afectar de manera sensible los servicios prestados por la red de telecomunicaciones, razón por la cual se deben tomar medidas para controlarlo, denominadas mecanismos de sincronización.

La sincronización es un aspecto intrínseco de los sistemas digitales y su objetivo es el de satisfacer la necesidad de calidad de los servicios ofrecidos por la red, asignando tolerancias de frecuencia en los nodos de conmutación y estableciendo los métodos de sincronización más adecuados. La función de la sincronización es lograr que todas las centrales digitales de la red trabajen con una señal de reloj básica idéntica o lo más parecida posible en frecuencia y fase, a fin de controlar precisamente la tasa a la cual las señales digitales se transmiten y procesan a través de dicha red.

La sincronización permite mantener todos los equipos de la red de telecomunicaciones operando a una misma tasa promedio de datos, y deberá mantenerse en todo momento frente a cualquier cambio en la topología de la red causado por factores tales como interrupciones en los enlaces y en la conmutación, reconfiguración de la red, expansión, e introducción de elementos de red de nuevas tecnologías.

La sincronización de una red digital se implementa temporizando los relojes de todas las centrales de conmutación. Normalmente, se tiene un primer reloj de red, ubicado en los controles del nodo fuente, desde donde los bits, los intervalos de tiempo y las tramas son transmitidos, y un segundo reloj, ubicado en el nodo receptor, controlando la tasa con la que la información es leída. El objetivo de la temporización de la red es mantener los relojes de la fuente y del receptor en una misma frecuencia y fase, de modo que el receptor pueda interpretar apropiadamente la señal digital. Cualquier diferencia en la temporización de los nodos de la red causaría una interpretación diferente en la información recibida, es decir, deslizamiento.

En las velocidades de comunicación primarias E1 (2 Mbps), se usan memorias para controlar los deslizamientos. Los datos son temporizados en la memoria del equipo receptor a una velocidad determinada por la tasa del transmisor. Estos datos son leídos desde la memoria usando el reloj del receptor.

En una red digital integrada, las centrales pueden ser consideradas como fuentes de información, que introducen mensajes en el sistema en forma de impulsos eléctricos espaciados uniformemente: los bits. Los mensajes se envían a través del sistema de transmisión y son conmutados hacia una nueva ruta desde cada central, a fin de alcanzar al abonado llamado (ver Figura 65).

Fig 65. El emisor (fuente de información) introduce mensajes en el sistema (de transmisión y conmutación) hasta alcanzar al abonado llamado (el receptor). Todos los relojes del sistema deben estar sincronizados para que el receptor interprete adecuadamente la información recibida.

Los bits llegan a cada central con su propia velocidad, que depende de factores como el reloj de la central de origen, la distancia recorrida, la temperatura ambiente, etc., y son llevados a un almacén temporal en la central de destino. La misión de este almacén temporal, utilizado en cada uno de los enlaces entrantes en la central, es el de adaptar la fase de la señal entrante (F1) con el reloj de la central (F2) (ver figura 66).

Fig 66. Señales de sincronismo en una central digital.

La operación de recepción y almacenamiento (escritura-E) de los bits entrantes, en el almacén temporal, se realiza en una memoria elástica (intervalo de tiempo o "buffer") por una señal de reloj que se extrae del flujo de bits entrante (Regenerador de Reloj). Los bits almacenados son leídos (L) por el reloj de la central (F2) quien controla la conmutación digital. La tasa de bits entrantes (F1) y la tasa del reloj de la central (F2) deben tener el mismo valor medio a largo plazo para evitar deslizamientos.

Si la tasa promedio del reloj entrante es diferente de la del reloj de la central, la memoria elástica eventualmente se desbordará o vaciará, dependiendo de cuál tasa sea la más grande. Cuando la tasa de bits entrantes es mayor que la del reloj de la central, algunas de las unidades de información almacenadas en la memoria elástica no alcanzan a ser leídas antes de la llegada de las nuevas unidades, por lo que estas últimas se almacenan sobre las anteriores produciéndose el desbordamiento de la memoria elástica y una pérdida de información. Si la tasa de bits entrantes es menor que la del reloj de la central, algunas de las unidades de información almacenadas en la memoria elástica alcanzan a ser leídas varias veces antes de la llegada de las nuevas unidades, lo que causa la repetición de uno o más bits de información ya transferidos y eventualmente, la memoria elástica se vacía. En ambas situaciones, se produce la distorsión de la información (el deslizamiento).

Dependiendo del tipo de memoria elástica utilizada, las unidades de información que se manejan pueden ser canales o tramas, por lo que se habla de "deslizamiento de canal" o "deslizamiento de trama". La memoria elástica de trama es la más utilizada puesto que con cada deslizamiento sólo se pierde una muestra de cada canal, y a la siguiente trama se vuelve a recibir la información correcta. Con la memoria elástica de canal, en cambio, un deslizamiento produce un desplazamiento de la información que transporta cada intervalo de tiempo al siguiente, lo cual tiene efectos sobre las tramas subsiguientes.

Si las velocidades de lectura y escritura de los flujos digitales en las memorias elásticas no son iguales, ocurrirán intervalos de tiempo repetidos o faltantes, o sea deslizamientos. Esto significa que los deslizamientos consisten en la modificación de los intervalos de tiempo o tramas en los sistemas reales, es decir, constituyen un proceso de supresión o inserción de bits (tramas) dentro de un flujo digital debido a desigualdades en la temporización.

En lo que se refiere a los deslizamientos, tres son las causas fundamentales que los ocasionan:

1. Relojes imperfectos: los relojes no son ideales sino que, al contrario, poseen características que limitan su precisión y estabilidad. Por esta razón, relojes distintos no operarán en un momento dado a la misma frecuencia, a menos que se tomen las medidas necesarias.
2. Variaciones en los retardos de transmisión: los cambios en la temperatura ambiente influyen sobre las características de propagación de los medios de transmisión, modificando la longitud eléctrica de los mismos. Como consecuencia de ello, se presentan variaciones en el retardo de transmisión de la señal que afectan su velocidad de llegada.
3. Fluctuaciones: se llaman así a las variaciones en los tiempos de llegada de los bits a la central, y se presentan de dos tipos: de alta frecuencia (jitter) y de muy baja frecuencia (wander). El jitter es causado por los equipos de línea o repetidores localizados a lo largo del trayecto de transmisión, y el wander es originado por las características de los relojes, por las variaciones de los retardos de transmisión y por el propio equipo de control del reloj.
4. Interrupción de la transmisión/Falla: debido a la interrupción por un instante en la transmisión o por condición de falla, reencaminamientos, cambios automáticos de la referencia de sincronización, interferencias, etc., puede generarse un deslizamiento como resultado de un cambio en los factores antes mencionados.

Los deslizamientos no pueden eliminarse pero sí pueden controlarse, bien sea mediante el uso de relojes altamente precisos, que minimizan la frecuencia del deslizamiento, o asegurando que todas las señales y procesos dentro de la red sean sincrónicos lo cual, en una situación ideal, elimina el deslizamiento.

El objetivo de la sincronización de red es el establecimiento de la tasa máxima permitida de deslizamientos. Dicha tasa puede determinarse, tanto analizando la sensibilidad a los deslizamientos de los servicios ofrecidos, como mediante el uso de una norma general recomendada por la UIT-T que sea suficiente para todos los servicios.

Para cumplir los objetivos de tasa de deslizamientos, es necesario reducir su frecuencia, para lo cual se requiere lo siguiente:

• Limitar las desviaciones de frecuencia entre todos los relojes de las centrales digitales de la red, mediante su sincronización, eligiendo el método y la configuración de red más adecuados.
• Reducir los efectos de la fluctuación de fase mediante la incorporación de memorias de entrada elásticas, cuya lectura, para extraer la señal recibida, se retrasa sistemáticamente un tiempo superior al valor máximo admisible de la fluctuación de fase. Los equipos de sincronización deben admitir una fluctuación de fase a su entrada que esté dentro de los límites máximos especificados por la UIT-T. Este organismo ha establecido que no debe presentarse más de un deslizamiento en setenta (70) días por enlace entre centrales.

El efecto causado por un deslizamiento depende en alto grado del tipo de información que se ve involucrada. Los diferentes servicios prestados por la red digital de telecomunicaciones poseen distintos grados de redundancia en la codificación de su información; de este modo, si un deslizamiento afecta a un servicio con mayor redundancia, las consecuencias del mismo serán menores que en el caso de un servicio con poca redundancia.

La señal de voz digitalizada mediante la técnica PCM posee una gran redundancia, por lo que un deslizamiento sólo produce un pequeño ruido a menudo inaudible para el usuario. En centrales que sólo conmutan voz, bastaría con utilizar relojes con una precisión de 1 ppm (partes por millón).

En el caso de datos a 64 kbps, la redundancia es menor que con la voz digitalizada con PCM, lo cual hace necesaria la utilización de técnicas de detección y recuperación de errores en la transmisión. Cuando un deslizamiento afecta el canal de datos, los códigos de detección de errores permiten identificar esta situación, frente a la cual generalmente se solicita la retransmición de la información. Esto tiene como consecuencia retardos en la transmisión.

Cuando se tienen varios canales de datos multiplexados en un mismo canal de 64 kbps, un deslizamiento puede causar la pérdida de la alineación de trama de los datos y por consiguiente un mal enrutamiento de la información hasta cuando se detecte la pérdida de alineación.

Dependiendo de la técnica de codificación empleada, el efecto sobre el servicio de fax puede ser crítico, ya que un deslizamiento puede producir el desplazamiento de una línea y consecuentemente destruir la imagen haciendo necesaria su retransmisión.

La Tabla 1 presenta los valores de deslizamiento máximos permitidos para diversos servicios, dependiendo de los objetivos de perturbaciones establecidos para cada uno de ellos. Los datos a velocidades vocales son aquellos que se modulan inicialmente en la banda de voz y luego sufren el proceso de digitalización PCM. El servicio de voz de calidad superior emplea técnicas de codificación que ofrecen mayor calidad y es utilizado con teléfonos con altavoz y equipos de audioconferencia.

Tabla 1. Márgenes de deslizamiento tolerables para distintos servicios.

Los elementos esenciales en el problema de la sincronización de las redes digitales son los relojes. En general, un reloj puede ser considerado como un dispositivo formado por dos partes (ver Figura 67). En primer lugar, un reloj tendrá un dispositivo oscilante para determinar la longitud del intervalo de tiempo deseado, por ejemplo, la longitud del segundo. Esto usualmente es referido como la frecuencia estándar del reloj. La segunda parte del reloj es un contador (a veces llamado integrador, sumador o acumulador) que mantiene el control de los ciclos de reloj que han ocurrido, por ejemplo, el número de segundos. Luego de inicializado, el reloj puede suministrar sus estimados de la hora correcta mediante la adición de ciclos de reloj.

Fig 67. Principio básico de un reloj. En general, un reloj es un dispositivo de dos partes. La primera parte suministra eventos periódicos igualmente espaciados a medida que se derivan y son definidos por un dispositivo oscilante. La segunda parte suma estos eventos (acumula estos intervalos de tiempo) para proporcionar la hora desde el reloj.

Son dos los parámetros que determinan el funcionamiento de los relojes: la precisión y la estabilidad. La precisión expresa, en un momento dado, la diferencia entre el reloj y una frecuencia de referencia que tiene una estabilidad muy alta. La estabilidad expresa la variación de la frecuencia con el tiempo y se define como el grado en que un reloj producirá la misma frecuencia durante un período de tiempo, una vez establecida la operación continua.

Existen dos tipos de estabilidad, causados por fenómenos distintos. La estabilidad a corto plazo consiste en una variación al azar de la frecuencia, y es causada por la temperatura, ruidos, etc. La estabilidad a largo plazo es un cambio sistemático de la frecuencia, y es causada por el envejecimiento del reloj, exigiendo ajustes periódicos del oscilador.

Existen tres tipos básicos de generadores de frecuencia (relojes) para las centrales de conmutación: los de cesio, los de vapor de rubidio y los de cristal de cuarzo. Los dos primeros funcionan con base en la frecuencia de oscilación de los átomos de sus componentes, razón por la cual se denominan relojes atómicos. El reloj de cuarzo funciona con base en las características piezoeléctricas de este material.

Los osciladores de haz de cesio tienen una estabilidad a largo plazo muy alta, del orden de 10^-12 por mes. Su estabilidad a corto plazo, durante intervalos de tiempo menores que unos pocos cientos de segundos, es limitada. Poseen una confiabilidad baja, ya que son muy delicados, y tienen un costo alto.

Las células de vapor de rubidio tienen una estabilidad a largo plazo generalmente un orden de magnitud por debajo de los de cesio, y nominal de 5 x 10^-11 por mes. En cuanto a la estabilidad a corto plazo, su comportamiento es mejor en comparación con los relojes de cesio. Poseen una confiabilidad mayor y un menor costo.

Los relojes de cristal de cuarzo poseen muy buena estabilidad a corto plazo, con una confiabilidad mucho mayor y un costo mucho menor que los anteriores. Aunque su estabilidad a largo plazo es varios órdenes de magnitud menor que la de los relojes atómicos (de 10^-6 a 10^-8 por mes), la característica que lo hace tan popular es la posibilidad de controlar continuamente su frecuencia, variando el voltaje aplicado al cristal (oscilador de cristal controlado por voltaje, VCXO).

En sincronización de redes se entiende como reloj a una fuente de frecuencias que es posible conectar a un divisor o a un contador de frecuencia y que, en sistemas digitales de conmutación, facilita una base de tiempos para controlar la sincronización de la red de conmutación de la central. Lo que se requiere es mantener los relojes de las centrales de conmutación funcionando dentro de ciertos márgenes de tiempo.

En la elección del tipo de reloj para una central, deben tenerse en cuenta factores como la estabilidad a largo plazo, la confiabilidad y el precio. El precio se ve afectado por el hecho de que, al ser los relojes órganos vitales de una central digital, deben estar duplicados y a menudo triplicados, por seguridad.

Métodos de Sincronización de Red: Existen dos métodos básicos para alcanzar las tasas de deslizamientos establecidas para una red digital, lo que da lugar a dos tipos de redes: plesiócronas y síncronas.

Una red plesiócrona es aquella en la cual los relojes que controlan las centrales son independientes unos de otros (ver Figura 68), aunque sus frecuencias se mantienen dentro de limites estrechos especificados. Este tipo de red exige el uso de relojes de muy alta precisión, por lo que su costo es muy elevado.

Fig 68. Operación Plesiócrona.

El uso de memorias elásticas facilita la operación plesiócrona compensando las fluctuaciones en las relaciones de fase. Adicionalmente, para compensar la estabilidad limitada a largo plazo, la cual aumenta la proporción de deslizamientos, los relojes en la red plesiócrona han de ser controlados de vez en cuando contra alguna frecuencia de referencia externa.

En una red síncrona, los relojes están controlados de forma que funcionan, idealmente, a velocidades idénticas o a la misma velocidad media, con un desplazamiento de fase relativamente limitado. El enfoque síncrono es esencialmente diferente del plesiócrono. El objetivo es evitar deslizamientos usando un método de control de frecuencia a través de la red digital. Tales métodos de control implican una mayor complejidad del sistema, pero ello se compensa con una mejora sustancial de la economía en comparación con la operación plesiócrona. Las redes síncronas pueden ser despóticas o mutuas, y estas a su vez pueden subdividirse en varios métodos (ver Figura 69).

Fig 69. Métodos de sincronización de las redes digitales.

• Sincronización Despótica. En este tipo de sincronización existe un solo reloj maestro o un grupo de relojes, que detentan un poder total de control sobre los otros relojes de la red y no se prevé una permutación del ejercicio de esta función o una sustitución. Puede ser de tres tipos: principal-subordinado, jerárquico y de referencia externa.

• En el tipo de sincronización despótica Principal-Subordinado (Maestro-Esclavo), sólo una de las centrales, la principal, actúa como un reloj transmisor independiente. Todas las demás centrales están enganchadas en fase con esta central principal. El método de enganche de fase se emplea para forzar a la diferencia de fase entre el reloj principal y el subordinado a que permanezca constante o incluso disminuya a cero. La información sobre la diferencia instantánea de fase entre los relojes se obtiene del nivel de llenado de la memoria elástica en el terminal de la central subordinada. Esta información se utiliza en un circuito de control (PLL) para el ajuste de la frecuencia del reloj subordinado. Por consiguiente, este seguirá al principal y, si la memoria elástica y el circuito de control están diseñados apropiadamente, no ocurrirá ningún deslizamiento. Este método requiere que el reloj principal y los enlaces entre centrales tengan una gran confiabilidad, garantizada generalmente mediante redundancias, lo que eleva el costo de la solución.

• En el tipo despótico jerárquico, todos los relojes de las centrales están dispuestos en una jerarquía y a cada reloj se le asigna una etiqueta de identificación, un rango, de acuerdo a su posición en la jerarquía. En caso de falla del reloj principal, se elige automáticamente un nuevo reloj principal que tenga el rango más alto. Este método es menos exigente que el anterior con la confiabilidad del reloj principal y los enlaces, pero en cambio es más complejo, ya que requiere la gestión de la información de jerarquías y estado de relojes y enlaces, que debe ser distribuida a todas las centrales.

• En el tipo despótico de referencia externa, el reloj maestro no es de ninguna de las centrales de la red, sino de una fuente externa de muy alta precisión que se puede obtener, por ejemplo, vía satélite. El Sistema de Posicionamiento Global (GPS), basado en una constelación de 24 satélites artificiales que orbitan alrededor de la Tierra en seis órbitas distintas, dispone a bordo de cada uno de ellos de dos relojes atómicos de Cesio que en todo momento marcan el tiempo universal. Empleando las señales horarias provenientes de estos satélites, se puede sincronizar un reloj de alta estabilidad que constituya la referencia primaria de la red de telecomunicaciones, manteniéndolo en todo momento sincronizado con el tiempo universal en menos de un microsegundo. Con los relojes atómicos a bordo de los satélites, el GPS actúa como un reloj móvil en el espacio, continuamente disponible en cualquier lugar de la Tierra mediante receptores de costo comparativamente bajo (1/10 del de un reloj de cesio). Sin embargo, la operación de la red puede ser afectada cuando la sincronización primaria suministrada por la constelación GPS sea perdida o se degrade por retrasos en la propagación de la señal desde los satélites.

La implementación de los métodos Principal-Subordinado y Jerárquico da lugar a tres alternativas de organización del reloj de las centrales. En la central maestra se tiene un reloj maestro, de muy alta precisión, que genera las señales requeridas por el conmutador y que son también enviadas a las demás centrales a través de los enlaces.

En la central esclava se tiene un oscilador controlado por fase, alimentado por la señal de reloj recuperada de los enlaces con las centrales de mayor jerarquía. Se puede disponer de un enlace principal para sincronización y otros de reserva, los cuales pueden estar conectados a la misma o a distintas centrales maestras.

En la central sub-maestra, que es propia del método jerárquico, se combinan los dos tipos anteriores. Normalmente, la central es esclava de la central de mayor jerarquía, pero en caso de falla de ésta o de sus enlaces, aquella puede poner en operación su propio reloj.

• Sincronización Mutua. Es un método de sincronización que permite tener una red digital interconectada altamente síncrona, sin un reloj principal. Cada reloj de central está fijado a la media de todas las velocidades de reloj entrantes. De esta manera, todas las centrales tienden a trabajar a la misma frecuencia. Puede implementarse de dos maneras: por Control Uniterminal y por Control Biterminal.

• En el control uniterminal la entrada al circuito que controla el reloj de una central está compuesta por la media de las desviaciones permanentes de fase entre el reloj local y todos los relojes entrantes. La debilidad de este método está en su incapacidad para solucionar los efectos de las variaciones de demora de transmisión causados por cambios de temperatura.

• La sincronización mutua biterminal resuelve la dependencia de la frecuencia del sistema con respecto a las variaciones de temperatura. Aquí la entrada al circuito de control está constituida por la diferencia entre la información uniterminal y las desviaciones permanentes de fase medidas en todos los nodos colaboradores. Para el intercambio entre las centrales de la información de desviaciones de fase, se utilizan los canales de señalización.

Todos los métodos de sincronización presentan ventajas y desventajas que hacen necesario considerar un buen número de factores en el momento de evaluarlos. Los más importantes de éstos son el tamaño de la red, la tipología de la red, la distancia entre centrales, el tipo de medio de transmisión, el costo del equipo de sincronización, la complejidad y fiabilidad del sistema y el mantenimiento.

El método Plesiócrono es el más simple de todos, pero también el más costoso. No tiene ninguna limitación con respecto a la estabilidad del sistema y es totalmente independiente de la estructura de la red y de su potencial de crecimiento.

El método Principal-Subordinado es fácil de introducir y no tiene problemas de estabilidad, pero es riesgoso desde el punto de vista de confiabilidad, por depender de un reloj único. Por otra parte, los relojes subordinados deben tener una estabilidad relativamente alta para mantener la tasa de deslizamiento baja cuando se presentan fallas en el reloj maestro.

El método Jerárquico presenta una mayor confiabilidad y es menos sensible a fallas en los enlaces, por lo que es muy adecuado para cualquier tipo de red; sin embargo, presenta una mayor complejidad.

El método de Referencia Externa es el más fácil de introducir, ya que puede aprovecharse una frecuencia normalizada precisa ya existente. Sus problemas son la confiabilidad, ya que depende de una fuente única, y la necesidad de receptores costosos en cada central.

El método de Control Unilateral es adecuado para cualquier estructura de red, posee una gran confiabilidad y permite el uso de relojes menos estables. Sin embargo, presenta problemas de estabilidad del sistema, pues una falla en uno de los nodos o de los enlaces, o incluso una variación fuerte en alguno de los relojes, puede producir variaciones no convergentes en la frecuencia media del sistema. Es también un método más complejo que los anteriores y la frecuencia media obtenida es dependiente de los cambios de la temperatura ambiente.

El método de Control Biterminal resuelve el problema de dependencia de la temperatura del anterior, a costa de una mayor complejidad.

La Tabla 2 presenta un resumen comparativo de las características de los métodos de sincronización.

Tabla 2. Características de los Métodos de Sincronización.

(*) Red pequeña: menos de 5-7 centrales

(**) Longitud corta: hasta 15-20 km. Longitud grande: más de 80-100 km.

Normalmente, no es posible o no es práctico elegir un solo método de sincronismo para toda una red nacional. Si bien esto redundaría en ventajas administrativas, difícilmente un método único podría ofrecer una solución adecuada a todas las situaciones que se presentan habitualmente en este tipo de redes.

Una red nacional consta, por lo general, de varias subredes con configuraciones y características propias; posee una topología en la cual las centrales de igual jerarquía tienden a estar conectadas entre sí en una estructura en malla, mientras que las centrales de distinto nivel jerárquico se conectan en estrella.

Un Plan de Sincronización para una red nacional hipotética, en la cual se encuentran combinadas estructuras en malla y en estrella en los distintos niveles de jerarquía, podría ser como sigue (ver Figura 70).

Fig 70. Plan de sincronización para una red nacional hipotética.

• La central de tránsito internacional deberá estar sincronizada con las demás centrales internacionales mediante el método Plesiócrono y, por lo tanto, estará dotada de un reloj de cesio, el cual servirá a su vez como referencia nacional, dada su altísima precisión.
• La red de tránsito nacional, donde las centrales de tránsito nacionales conforman una malla, deberá utilizar una sincronización mutua con control uniterminal. Las centrales estarán dotadas con relojes de cuarzo, y sus enlaces con la central de tránsito internacional deberían seguir el esquema de sincronización jerárquica, lo que significa que sus relojes deberían ser controlados por el reloj de cesio, pero en caso de falla de la central internacional o sus enlaces, la sincronización se realizaría en forma mutua. También podría ser aconsejable dotar algunas de las centrales de tránsito nacional con relojes de cesio.
• Las centrales de las redes locales también deberían estar equipadas con relojes de cuarzo. Las centrales de las áreas urbanas, conectadas en malla, pueden replicar el esquema de la red de tránsito nacional, combinando la sincronización jerárquica con la central de tránsito más próxima y la sincronización mutua. Aquellas que se encuentran en los sectores rurales, conectadas en estrella, deberían emplear el método Principal-Subordinado tomando su referencia de la central de tránsito más cercana.
• Los concentradores deberían usar el método Principal-Subordinado para obtener su frecuencia de su correspondiente central local.

La sincronización de una red digital evolucionará conforme lo haga la red misma. En principio existirá el proceso de transición desde la red analógica hacia la red de sincronización completamente digital con un sistema principal-subordinado. Como la red digital se construye con vínculos de transmisión digital y centrales de conmutación digital, la sincronización es necesaria entre todas las centrales digitalmente interconectadas.

Cuando las centrales digitales se conectan a otras centrales vía troncales analógicos, la sincronización de red no es necesaria. Pero en el caso de troncales combinados, en los cuales se equipan terminales PCM entre centrales analógicas y digitales, es necesario sincronizar la interconexión entre el terminal PCM y la central digital. Esto se llevará a cabo por la interconexión de los extremos de transmisión y recepción dentro del terminal PCM, y como resultado, el terminal PCM será subordinado (sincronizado) de la central digital.

Una pequeña red digital que tiene sólo interfaces analógicas con otras redes digitales se conoce como isla digital. La estabilidad de red de las islas digitales no es absoluta, y es crítica desde el momento en que la sincronización dentro de las islas individuales es la que controla la tasa de deslizamientos. La estabilidad absoluta se considera un factor a tener en cuenta sólo cuando dos islas digitales se interconectan vía un enlace digital.

Para evitar un excesivo costo en relojes de alta estabilidad en cada isla digital, es esencial planificar la evolución de la red como una sincronización de interconexión entre dos islas digitales. Cuando todas las centrales digitales estén interconectadas vía enlaces de transmisión digital, se habrá construido la red digital integrada. Mientras se interconecten las islas digitales, es necesario recategorizar el reloj maestro temporario dentro de la isla como un reloj subordinado dentro de una red digital integrada. Cuando la interconexión esté completa, la estabilidad absoluta de la red dependerá de la estabilidad del reloj principal de referencia.

Un aspecto importante de la evolución de la sincronización con un sistema principal-subordinado, es que el equipo de control de la temporización permite, mediante un cambio sencillo de la función de temporización, pasar de principal temporario a subordinado.

e.) Señalización en Redes Digitales.

En los sistemas de señalización por canal asociado, típicos de las redes analógicas, cada canal de voz transporta su propia señalización, tanto de supervisión (línea) como de registro. La señalización se asocia al canal, ya sea dentro de la banda de voz como fuera de ella, por pulsos, por multifrecuencia (MF) o por pulsos MF.

La señalización por canal común, tal y como ha sido definida por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T = CCITT) (Recomendación I.112), ha sido concebida específicamente para su aplicación entre centrales digitales; esto es, centrales controladas por procesadores. Es una técnica de señalización que por su potencia, rapidez y flexibilidad, permite el intercambio de información de todo tipo, tanto entre centrales, como entre éstas y centros especializados de explotación de la red.

En la señalización por canal común se separa la señalización de la trayectoria de voz asociada, mediante la colocación de la señalización de un grupo (o de varios grupos) de troncales de voz, en una trayectoria diferente que se dedica exclusivamente a señalización. La información de señalización relativa a los diversos circuitos en la red de telecomunicaciones y otra información, tal como la utilizada para la gestión de red, se transmite por un canal separado mediante el uso de mensajes provistos de una etiqueta con fines de encaminamiento e identificación. Esta información de señalización se transmite por medio de datos binarios en serie.

La figura 71 muestra la diferencia básica entre la señalización convencional por canal asociado y la señalización por canal común la cual, como se indica en la figura, sólo es posible entre centrales controladas por programa almacenado (CPA - SPC).

Fig 71. Comparación entre señalización analógica convencional por canal asociado y señalización por canal común. La señalización en la figura superior viaja con las trayectorias de voz, mientras que en el esquema inferior, se transporta sobre un circuito separado.

La señalización por canal común se puede instrumentar entre dos centrales, siempre que las funciones de señalización necesarias estén disponibles en ambas centrales. Las funciones residen en una unidad que se conoce como Punto de Señalización (PS). Aunque este puede ser una parte de equipo independiente de la central, generalmente es una función de logística en el procesador central del sistema. Los puntos de señalización, las centrales telefónicas básicamente, se intercomunican vía Enlaces de Señalización y se dice que comparten una Relación de Señalización.

Un sólo enlace de señalización permite el paso directo de información entre dos procesadores de central, habilitando el establecimiento, control y liberación de no sólo uno, sino de un variado número de circuitos portadores de tráfico entre centrales.

Disponer de un "canal común" para el envío de mensajes de señalización ahorra equipo en ambas centrales, ya que se necesita sólo un emisor y un receptor en cada extremo del enlace, en comparación con el que se necesita, por circuito, en los sistemas de señalización asociada al canal de voz. La combinación de un emisor y un receptor se conoce normalmente como Terminal de Señalización. En la práctica, los terminales de señalización son la combinación de la función de logística en el procesador central del conmutador y algo de circuitería para terminar la línea y emprender la función básica de transferencia de bits.

Un enlace de señalización por canal común consta esencialmente del canal a frecuencia vocal (cuatro hilos), dos terminales de señalización y dos módems. Los terminales de señalización almacenan la información de la señalización de entrada en espera de procesamiento y la información de señalización de salida en espera de transmisión. Los terminales efectúan también el control de errores.

Ya que en la señalización convencional, la trayectoria de la señal y la de la voz, o canal de voz, ocupan el mismo medio, si se efectúa la señalización, hay continuidad en la trayectoria de voz o de habla. Dado que en la señalización por canal común, la señalización no se cursa sobre las troncales de voz que se deben conectar y supervisar, se necesita verificar la continuidad de la trayectoria una vez que se establece la llamada; esto se hace con Transmisores-Receptores de tono que se conectan al momento de establecer la comunicación para asegurar la continuidad de la trayectoria.

Con la señalización por canal común, los transmisores-receptores operan a 2010 Hz sobre troncales a cuatro hilos; sobre troncales a dos hilos se transmiten a 1780 Hz desde la central de origen y se regresan a 2010 desde la central terminal. Cuando no hay continuidad, se hace un segundo intento y se bloquea la troncal que falla para probarla nuevamente.

La señalización por canal común se diseñó para operar en dos modos básicos de señalización, los cuales se conocen como asociado y no asociado. En el modo asociado, un canal o canales de voz llevan la información de señalización por separado y este(os) canal(es) se enruta(n) con el canal de voz al que sirven (ver Figura 72). La señalización común asociada se usa generalmente con grandes grupos de troncales para lograr efectividad en costo.

Fig 72. Modo asociado se señalización por canal común.

En el modo no asociado (ver Figura 73), la información de señalización pasa por una ruta completamente separada de la trayectoria de voz que controla. Con la señalización no asociada se usan puntos de transferencia de señalización (PTS = STP-Signaling Transfer Point).

Fig 73. Modo no asociado de señalización por canal común. La señalización puede canalizarse y conmutarse de manera independiente de los circuitos de conversación que se están controlando.

El punto de transferencia de señalización consta de un procesador con terminales de señalización en uno u otro lado. Por su función, un PTS es una especie de punto de conmutación para un mensaje de datos. Los PTS permiten concentrar la señalización de gran cantidad de troncales y establecen también la viabilidad de los circuitos, ya que permiten el enrutamiento alterno de la trayectoria de señalización.

En la señalización no asociada, todas las trayectorias de señalización por canal común usualmente se duplican y son completamente redundantes para mejorar la viabilidad (confiabilidad de las comunicaciones). Además, se interconectan todos los PTS para disponer de varias posibilidades de trayectoria de señalización. Los PTS se sobredimensionan a fin de que cualquiera pueda manejar toda la carga de señalización si falla uno. Una red de tal tipo tiene estructura jerárquica con centros primario y secundario.

El aspecto de concentración en la señalización no asociada la hace más atractiva para grupos pequeños de troncales en la red de larga distancia. No es deseable tener muchos PTS en tándem, ya que se añade retardo; cada PTS procesa unidades de señalización desde el enlace de entrada hasta el de salida y cada uno añade un incremento al retardo. Usualmente se establece como límite dos PTS en tándem en una trayectoria normal o primaria, y cuatro en condiciones de falla.

La UIT-T ha normalizado un sistema de señalización por canal común, conocido como el Sistema de Señalización N° 7 (SS7), el cual fue adoptado en 1988. El SS7 es un sistema de señalización multicapa, basado en mensajes, diseñado inicialmente para centrales digitales. Sin embargo, esta señalización no se ha proyectado únicamente para controlar el establecimiento y la supervisión de las llamadas telefónicas, sino también para servicios no vocales. Se ha destinado para convertirse en estándar no sólo para las redes públicas de conmutación de circuitos, sino también para la RDSI y las redes inteligentes.

El sistema de señalización por canal común N° 7 ha sido especificado de acuerdo con una división funcional en cuatro niveles. Las funciones correspondientes a cada uno de ellos se realizan en elementos y subsistemas diferentes de la central digital.

Los cuatro niveles del sistema de señalización N° 7 son el MTP (Message Transfer Part), que realiza muchas de las funciones de los tres primeros niveles del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI - Open Systems Interconection); el SCCP (Signaling Connection Control Part), que añade las funciones de direccionamiento OSI a MTP; el ISUP (ISDN User Part), para redes de servicios integrados y el TCAP, que puede usarse para fines variados. La figura 74 muestra la estructura funcional del sistema SS7 en relación con las capas del modelo OSI.

Fig 74. Estructura en niveles en la señalización N° 7.

Las funciones del nivel 1 corresponden al enlace físico que soporta la Transferencia de Mensajes de Señalización (MTP - Message Transfer Part) entre las centrales. El SS7 prevé la utilización de enlaces de datos tanto analógicos como digitales, siendo estos últimos los más utilizados y recomendables. El enlace de datos digital para señalización N° 7 consiste en un canal bidireccional de 64 kbps. Las funciones de nivel 1 se realizan en la interfaz de enlace digital de la central, y consisten en extraer e introducir un canal de la trama, y transferirlo (recibirlo) del elemento que realiza las funciones de nivel 2. Generalmente se utiliza como enlace de datos de señalización el canal 16. El enlace de datos analógico puede soportarse en un módem de una velocidad comprendida entre 4,8 y 64 kbps (recomendaciones V.27 y V.35 del CCITT). Las funciones de nivel 1 a realizar por la central en este caso, son las de interfaz con este tipo de enlace de datos. En general, la capa 1 especifica las características funcionales del enlace de datos de señalización, los atributos eléctricos y los conectores.

Las funciones de nivel 2, MTP-2, son las que permiten la transferencia de información de forma fiable y libre de errores por el enlace de datos. Se trata de funciones de control del enlace, similares a las utilizadas en cualquier tipo de sistema de transmisión de datos, y tomadas del protocolo de control de enlace HDLC (High Level Data Link Control). La realización de estas funciones puede llevarse a cabo mediante un procesador, pero debido a la extensa aplicación de estos procedimientos, existen circuitos integrados especializados (controladores HDLC) que realizan las funciones más rutinarias y que requieren gran rapidez de proceso (verificación y generación del código de control de errores e inserción y eliminación de ceros). Las restantes tareas del HDLC se realizan mediante un microprocesador. El elemento que realiza las funciones de nivel 2 es el terminal de señalización.

Al nivel 3, MTP-3, corresponden las funciones de la red de señalización, las cuales no requieren hardware. La mayor parte de ellas son las relativas a gestión de enlaces, tráfico y red de señalización, que tienen la misión de mantener operativa la red de señalización en circunstancias anómalas (sobrecargas y averías propias o en puntos de señalización adyacentes). Estas funciones se realizan en el procesador central, en el caso de sistemas de control centralizado, y en un procesador del más alto nivel en la jerarquía de control en sistemas de control distribuído. Las restantes funciones de nivel 3, relativas a la gestión de los mensajes de señalización (discriminación, distribución y encaminamiento de los mensajes), suelen estar distribuídas entre los distintos procesadores que controlan terminales de señalización (discriminación y distribución) y los que realizan las funciones de nivel 4 (encaminamiento).

Las funciones de nivel 4 son las relativas y específicas de los distintos procesos usuarios, que utilizan los otros tres niveles (Parte de Transferencia de Mensajes) para comunicarse con los procesos homólogos de otras centrales mediante el intercambio de mensajes. Son funciones que sólo requieren proceso (generar e interpretar los mensajes), y se realizan en los elementos de control en que residen las funciones usuarias o, en algunos casos, en procesadores específicos.

El Punto de Control de la Señalización de la Conexión (SCCP - Signalling Control Conection Point), también forma parte de la capa de red y ofrece servicios, tanto sin conexiones como orientados a conexiones. La principal función de SCCP es traducir direcciones, por ejemplo, números telefónicos y de ISDN, a identificadores empleados en la red SS7.

La parte de usuario ISDN (ISUP) se encarga de transmitir información de control de llamadas entre nodos de la red SS7. Constituye el protocolo de control de llamadas, ya que establece, coordina y libera troncales dentro de la red SS7, ademas de que ofrece funciones como verificación del estado de las llamadas, información sobre el número de la parte que llama, indicadores de confiabilidad y detección de la aplicación de tonos para condiciones de ocupado.

La parte de Aplicación de Capacidades de Transacción (TCAP - Transaction Capabilities Application Part) se ejecuta en la capa 7 del modelo OSI. Esta parte puede usarse para el apoyo de números 800 transferidos entre bases de datos, y para definir la sintaxis entre los diversos componentes en comunicación.

La parte de Operación, Mantenimiento y Administración (OMAP - Operation, Mantainance and Administration Part) y los Elementos de Aplicación de Servicios (ASE - Application of Service Element), se usan, respectivamente, para gestión de red y servicios específicos para el usuario.

En el sistema de señalización N° 7, las líneas de suscriptor se conectan a la red SS7 a través de los denominados Puntos de Conmutación de Servicio (SSP - Service Switching Points). El propósito de los SSP es recibir las señales de los equipos terminales de los clientes y realizar el procesamiento de llamadas a nombre del usuario. Los SSP se implementan en las centrales locales o en dispositivos de acceso en tándem, y funcionan como origen y destino de los mensajes SS7. Al hacerlo, el SSP inicia mensajes SS7, bién sea a otro SSP o a un punto de transferencia de señalización STP (ver Figura 75).

Fig 75. Topología típica SS7.

El STP se encarga de la traducción de los mensajes SS7 y de su enrutamiento entre nodos de red y bases de datos. Los STP son conmutadores que retransmiten mensajes entre los SSP, STP y Puntos de Control de Servicio (SCP - Service Control Points). Sus funciones principales son similares a las operaciones de capa 3 del modelo OSI.

Los SCP contienen software y bases de datos para la gestión de las llamadas. Reciben tráfico (usualmente solicitudes de información) de los SSP por vía de los STP y devuelven respuestas (vía STP) acordes a la consulta. Aunque la figura 75 muestra los componentes de SS7 como entidades discretas, es común que en los equipos comerciales se implementen de forma integrada. Por ejemplo, una central se puede configurar con un SSP, un STP y un SCP, o cualquier combinación de estos elementos.

La estructura de red en la señalización N° 7 presenta diferentes tipos de conexiones entre los puntos de señalización. Estos enlaces están organizados por tipos, del A al F, de acuerdo a su uso en la red, y todos son conexiones idénticas (enlaces bidireccionales de datos de 64 kbps).

• Enlace Tipo A: es un enlace de Acceso (A - Access) que conecta un punto terminal o punto fuente, por ejemplo un Punto de Conmutación de Servicio - SSP o un Punto de Control de Servicio - SCP, a un Punto de Transferencia de Señalización - STP. Solo los mensajes que se originan o están destinados a los puntos terminales de señalización son transmitidos sobre un enlace tipo A.
• Enlace Tipo B: es un enlace Puente (B - Bridge) que vincula Puntos de Transferencia de Señalización - STP. Usualmente, cuartetos de enlaces tipo B interconectan STPs primarios (los que unen STPs de una red con STPs de otra red).
• Enlace Tipo C: es un enlace Cruzado (C - Cross) que conecta STPs y es usado para mejorar la confiabilidad de la red de señalización. Un enlace C es usado sólo cuando un STP no tiene otra ruta disponible hacia un punto terminal de señalización debido a fallas en enlaces.
• Enlace Tipo D: es un enlace Diagonal (D - Diagonal) que conecta pares de STPs en diferentes niveles jerárquicos, por ejemplo, un par de enlaces STP de nivel secundario (local o regional) con un par de STP de nivel primario (pasarela entre redes) en una configuración de enlace en cuarteto. Los STPs secundarios dentro de una misma red son conectados por un cuarteto de enlaces tipo D. La diferencia entre un enlace B y uno D es algo arbitraria, por lo que tales enlaces pueen ser referidos como enlaces B/D.
• Enlace Tipo E: es un enlace Extendido (E - Extended) que vincula un Punto de Conmutación de Servicio - SSP a un Punto de Transferencia de Señalización - STP, para proporcionar una vía de señalización alterna. Generalmente, los enlaces E no son utilizados a menos que el beneficio marginal de un mayor grado de confiabilidad justifique el costo adicional.
• Enlace tipo F: es un enlace Completamente (F - Fully) asociado que conecta dos puntos terminales de señalización, por ejemplo SSPs y SCPs. Usualmente, los enlaces F no son desplegados en redes con Puntos de Transferencia de Señalización - STPs, porque ellos no toman en cuanta las características de seguridad proporcionadas por los STPs. En redes sin STPs, los enlaces F conectan los puntos de señalización de manera directa.

Los sistemas de señalización por canal común transportan la información de señalización en formato binario en serie; por lo tanto, se trata de una transmisión digital de datos. La palabra básica es la Unidad de Señalización (US), la cual tiene 28 bits de largo, de los cuales los ocho últimos se usan para detección de errores. Por lo tanto, son en realidad los primeros 20 bits de la palabra básica los que contienen la información de señalización. Las unidades de señalización se agrupan en bloques de 12 para su transmisión; entonces, un bloque contiene 12 x 28 ó 336 bits en serie. La última unidad de señalización de cada bloque es la Unidad de Reconocimiento de Señal (URS).

Los mensajes entre centrales por canal común pueden ser de una o más US de largo. La longitud depende de la cantidad de información que se envía. Hay mensajes de una sola unidad que se llaman unidad de señal individual (USI) y mensajes de múltiples unidades (MMU). La USI se usa generalmente para información de control específica, por ejemplo "respuesta", mientras que los MMU son para transmitir información de destino, como son los dígitos. La figura 76 muestra el formato de una unidad de señal individual (USI) y de un mensaje de múltiples unidades (MMU).

Fig 76. Formatos de mensaje de señales SS7. (A) Unidad de señal individual (USI); (B) Mensaje con múltiples unidades (MMU). (1) Indicador de tipo de USI; (2) Indicador de longitud; (3) categoría del mensaje.

La cantidad de troncales que maneja un enlace es la medida de capacidad de un enlace SS7. La etiqueta de troncal en la figura 76(A) se divide en dos campos: 1.) Número de Banda, que se usa para determinar el enrutamiento del mensaje en la red de señalización; y, 2.) Número de Troncal, que identifica una troncal específica.

El MMU que se muestra en la figura 76 tiene una UIS-ISU (Unidad Inicial de Señalización) y una sola USS-SSU (Unidad de Señalización Subsecuente). La UIS tiene un código de encabezado único, el cual la identifica como el inicio de mensaje de un MMU. La UIS tiene un indicador de longitud (2), el cual indica la cantidad de unidades de señalización subsecuentes (USS). La USS empieza con dos campos de datos, el primero es un código de encabezado único que se usa para identificar la USS (es decir, para diferenciarla de la USI, UIS, etc.). El segundo campo proporciona la categoría del mensaje para identificar el tipo de MMU.

Con los sistemas de señalización por canal común, como es el caso del N° 7 del CCITT, la señalización se realiza bidireccionalmente con un canal de señalización en cada sentido. Esta clase de señalización tiene varias características importantes:

1. La señalización se encuentra separada de la conmutación y de la transmisión de las conversaciones, con lo que puede evolucionar sin las limitaciones asociadas usualmente con ellas.
2. Es significativamente más rápida que la señalización en la banda vocal.
3. Tiene posibilidad potencial para un gran número de señales.
4. Posee libertad para cambiar o añadir señales durante las conversaciones.
5. Tiene posibilidad para servicios de gestión, mantenimiento de redes y contabilidad de llamadas.
6. Es especialmente económica para grandes grupos de circuitos conversacionales, aunque también para grupos más pequeños, debido a las capacidades de señalización no asociada.
7. Puede utilizarse para controlar el establecimiento y supervisión de servicios no vocales.

Un sistema de señalización por canal común, que suministre la señalización para un número elevado de circuitos de voz, tiene que ser mucho más fiable que el que discurre por el camino de voz, ya que los errores aleatorios podrían interferir a un gran número de circuitos de voz. Por esta razón, es preciso tomar medidas para detectar y corregir los errores. Adicionalmente, en el caso de una situación con un excesivo régimen de errores o ante el fallo de un enlace de señalización, debe producirse una desviación automática del tráfico de señalización hacia alguna buena instalación de respaldo.

III.- Estrategias de Digitalización de Redes de Telecomunicaciones.