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Sistemas Telefónicos

Clase 2: Teoría de trafico telefónico REDES DE VOZ TRADICIONAL

Escuela de Informática y Telecomunicaciones 2008 Escuela de Informática y Telecomunicaciones, DuocUC

Escuela de Informática y Telecomunicaciones

Objetivos  Reconocer las variables de la voz  Reconocer las limitantes del canal de voz telefónico  Verificar el ancho de banda analógico y digital para redes telefónicas  Conocer señalización y servicios asociados

 Revisar los principios de teoria de trafico telefonico –Carga de trafico (AHT, Erlang CCS) –Hora BHT –Carga ofrecida

 Conocer las distribuciones para sistemas de llamados telefónicos –Con perdida (Erlang B) –Sin perdida (Erlang C)

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Sonido y Señales  Todos los sonidos que escuchamos, se conforman de manera analógica.  Asimismo la telefonía de antaño basaba su infraestructura para trasportar señales analógicas.  Aunque la comunicación con señales analógicas es ideal para nosotros esta no alcanza a llegar a 1km de distancia en condiciones naturales, lo que hace necesario a través de transductores como micrófonos y parlantes crear una replica eléctrica del sonido.  La replica del sonido como señal eléctrica es poco robusta y suele atraer ruido del cual es muy difícil separar.


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Sonido y Señales  Al transportar la señal analógica por medio de líneas de trasmisión es necesario cada cierta distancia volver a amplificarla.  En consecuencia el ruido acumulado en cada etapa de amplificación también es amplificado, llegando en algunos casos a sepultar la señal de voz original.


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Sonido y Señales  En el caso de los datos digitales las señales analógicas se convierten en un cúmulo de unos y ceros que como señal son simplemente ondas rectangulares en las cuales es muy fácil detectar cuando se ha acoplado ruido  En las etapas de amplificación también se puede regenerar la onda rectangular y así conservar la integridad del mensaje independiente de la distancia recorrida.


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Sonido y Señales  La voz se construye estadísticamente con frecuencias que pueden variar entre 0 a 10000 ciclos por segundo y los sonidos que podemos escuchar en alta fidelidad varían desde 0 a 20000 ciclos por segundo.  En los comienzos de la telefonía se pensó como un muy buen negocio poder insertar en el ancho de banda eléctrico del cable la mayor cantidad de conversaciones


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Sonido y Señales  Es así como estadísticamente también se determina que una conversación inteligible solo necesita de las frecuencias que están entre el rango de 100 a 4000 ciclos por segundo y es esa cantidad de espectro de potencia el que se envía por el canal telefónico analógico  En la practica esto hace que la conversación se escuche "metalizada" y no podamos distinguir muy bien el tono de voz o si se expresan estados de animo al hablar por primera vez con una persona que recién conocemos por teléfono


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Señales digitalizadas  La modulación de impulsos codificados MIC o Pulse-Code Modulation es el método mas común de codificar una señal de voz analógica en una trama digital de unos y ceros  Todas las técnicas de muestreo usan en Teorema de Nyquist, el cual se basa en que para muestrear la frecuencia mas alta de espectro de potencia de la señal de sonido debe utilizarse el menos el doble de la frecuencia mas alta del canal de audio


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Señales digitalizadas  Un ejemplo de esto es el archivo MP3, en donde el sonido mas alto es de 20000 Hertz pero la frecuencia a la que se muestrea el audio para convertirlo en datos es de 44000 Hertz.  En el caso de la conversación telefónica, por motivos económicos la frecuencia mas alta de la banda de audio es de 4000 Hertz  Por lo tanto lo mas lento que puedo tomar las muestras será 2*4000[Hz] = 8 kilohertz


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Señales digitalizadas  Para convertir las muestras en una verdadera trama de unos y ceros es necesario comparar la amplitud de cada una de estas con una escala de 256 pasos (8 bits) que considera el valor peak mas bajo, el cero y el valor peak mas alto.  Finalmente con esto podemos deducir el ancho de banda de un canal telefónico tradicional el cual es:

BW = 8000 [muestras/segundo] * 8 [bits/muestra]

BW = 64000 bps BW = 64 Kbps


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Señales digitalizadas  Ejemplo de distribución de frecuencias en un canal telefónico


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Señalización  Obviando la señalización que le da valor al sistema de telefonía que es entre y existen dos tipos de señalización: –Señalización entre y red: Referida a como el se comunica con el switch PSTN –Señalización entre red y red: referida a las decisiones y consultas que realizan los switch PSTN entre si


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Señalización


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Servicios  Una nueva clasificación de la señalización es definible según los servicios que nos entrega la PSTN Public switched telephone network Red telefónica pública conmutada. y estos se dividen en:  Básicos: – Llamadas telefónicas: directo e indirecto. – Llamada directa por digitación de número, llamada por tecla programada, llamada por directorio telefónico, llamada por memoria abreviada

 Suplementarios: – Identificación del número llamante – Correo de Voz – Llamada en espera – Conferencia a 3 y multiconferencia – Transferencia de llamadas – Reenvío – Múltiples líneas – Discado rápido – Llamada al último número discado


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Servicios  Identificación del número llamante: –Identificación de número externo llamante (ANI), Este servicio permite visualizar el N° que nos esta llamando –Toda llamada entrante que contenga esta información como parte del proceso de la llamada será mostrada en el visor del teléfono, o en el visor de un equipo externo –Requiere un teléfono con pantalla y señales tipo MODEM que se cuelan en el tono de campanilla que entrega la PSTN


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Servicios  Correo de Voz: –En caso de ocupado o no responder la llamada se desvía a una casilla –75% de los intentos de llamada no logran ar a la persona deseada –50% de las llamadas de negocios implican información unidireccional –50% de las llamadas entrantes tienen menor importancia que la actividad que interrumpen –Se puede consular los mensajes desde cualquier teléfono


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Servicios  Espera: – El puede dejar en espera en cualquier momento la llamada.

 Servicios Tripartitos: – Retención para consulta

– Indicación de llamada en espera – Conferencia tripartita

 Transferencia de llamadas: – En caso de ocupado – En caso de no respuesta – Desvío incondicional

 Repetición del último número marcado: – Un anexo que realice una llamada por la red pública puede repetir el último número discado © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados.

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Servicios  Música o mensajería en espera  Mensaje almacenado en medio magnético personalizable  Captura de llamada  Incluye la modalidad de captura dirigida y la modalidad de captura por grupo, el a la facilidad puede ser por botón o prefijo.  Retención  Bajo el modo de espera individual (HOLD).  a los servicios de las redes públicas (servicios 600, 800, etc.)  con restricciones bajo programación del  Servicios de Bloqueo

 Bloqueo parcial  700, Larga Distancia Nacional o Internacional, a móviles  Bloqueo total  Candado digital  700, Larga Distancia Nacional y/o Internacional, a móviles

 Clave controlada por el abonado


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Principios de trafico telefónico  Las redes, independientemente sean de datos o de voz, son diseñadas considerando una serie de variables como algunas de las descritas anteriormente donde se estima por sobre todo el servicio y el costo de este.  A continuación se revisaran variadas estimaciones estadísticas de como crear redes de voz robustas.

 La principal pregunta a responder es como cuantificar la cantidad de actividad sobre un circuito telefónico o el numero de comunicaciones manejadas por un switch durante un periodo de tiempo dado, con esto se define lo que conoceremos como trafico telefónico  La definición también incluye la relación entre los intentos de llamadas sobre los equipos de conmutación y la velocidad en la que estas llamadas son completadas  El estudio del análisis de trafico permite determinar la cantidad de ancho de banda necesario para encauzar las llamadas y así también poder asegurar cierto grado de servicio o factor de bloqueo  Un sistema bien diseñado tendrá un bajo factor de bloqueo y una alta utilización de los circuitos incrementando el servicio y reduciendo los costos


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Principios de trafico telefónico  Carga de trafico: –En teoría de trafico, la carga de trafico puede ser cuantificada en proporción a la tasa de llamadas que arriban en un periodo especifico de tiempo

 El trafico telefónico se presenta de forma aleatoria (al azar) pero también se observan ciertas tendencias estadísticas, que dan lugar a lo que se denominan “variaciones periódicas". Estas variaciones periódicas pueden ser: –-Variaciones diarias (a lo largo del día) –-Variaciones semanales (a lo largo del mes) –-Variaciones anuales o estacionales (a lo largo del año) –-Variaciones accidentales (fenómenos relevantes)


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Principios de trafico telefónico  Específicamente se toma una cantidad de tiempo promedio que esta en servicio cada llamada durante el periodo  Esta unidad de medida se conoce como Average Hold Time AHT Ejemplo: AHT = 3976 segundos en llamadas / 23 llamadas AHT = 172.87 segundos/llamada

 En 1918 A.K. Erlang desarrollo un conjunto de formulas que pueden ser utilizadas para realizar predicciones acerca de como aleatoreamente acontecía el trafico telefónico, de hecho la principal unidad para medir el trafico telefónico es el ERLANG  Un ERLANG se define como 3600 segundos de llamadas sobre el mismo circuito, esto es una carga de trafico suficiente como para mantener ocupada una linea por una hora –Ejemplo: Trafico en Erlangs= (23 llamadas * 172.87 AHT) /3600 Trafico en Erlangs= 1,104 Erlangs © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados.

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Principios de trafico telefónico  Cientos de segundos o Centum Call Seconds es otra unidad de medida basada en 100 segundos de llamadas sobre el mismo circuito, los switches de Voz generalmente muestran la cantidad de trafico en CCS –Ejemplo Trafico en CCS= (23 llamadas *172.87 AHT) /100

Trafico en CCS= 39,76 CCS

 Es importante mencionar que:

1 Erlang = 36 CCS


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Principios de trafico telefónico  Trafico en la hora peak:  El método mas común para medir la carga de trafico es durante la hora mas ocupada por que se estima que este es el máximo trafico que la red debe soportar  Como resultado numérico es conocida como el Trafico de hora ocupada Busy Hour Traffic BHT  En un sistema empresarial la BHT contiene de un 15% a un 20% del trafico en el día


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Principios de trafico telefónico  Grado de Servicio:  Se define como la probabilidad de que una llamada sea bloqueada mientras intenta tomar un circuito para ser cursada  Se escribe también como factor de bloqueo P.xx , donde xx es el porcentaje de las llamadas que serán bloqueadas por el sistema de trafico  Por ejemplo para un sistema que requiere P.01 el índice de Grado de Servicio define un 1% de probabilidad para que un llamado sea bloqueado


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Principios de trafico telefónico  Tipo de trafico:  Esta medida se toma directamente de los registros que proveen los equipos de telecomunicaciones  Es específicamente la cantidad de trafico al que da servicio el equipo de telecomunicación  No se debe confundir con el trafico ofrecido por que este incluye todos los intentos de llamada tanto cursados como bloqueados (sin considerar los reintentos)

Carga ofrecida = Carga Cursada /(1-Factor de bloqueo)


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Principios de trafico telefónico  La distribución de Erlang:  Mide el tiempo transcurrido entre la recepción de llamadas, se puede utilizar en conjunción con la duración esperada de las llamadas entrantes para así generar alguna información sobre la carga de tráfico medido en unidades de Erlang.

 Esto puede ser usado para determinar la probabilidad de pérdida de paquetes o el retardo, de acuerdo con diversas hipótesis formuladas acerca de si las llamadas están bloqueadas son abortadas (fórmula Erlang B) o hasta que la cola sirve (la fórmula Erlang C).  El Erlang B y C están todavía en el uso diario para la elaboración de modelos de tráfico para aplicaciones tales como el diseño de centros de llamadas.


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Principios de trafico telefónico  Formula Erlang B  La fórmula de Erlang B asume una población infinita de orígenes como s de telefonía, la cual ofrece tráfico en conjunto a N líneas en un grupo de troncales).  La fórmula calcula la probabilidad de bloqueo en una pérdida del sistema, si un requerimiento no es atendido inmediatamente cuando trata de utilizar un recurso, y este es abortado. Por lo tanto no son encolados.  El bloqueo ocurre cuando hay un nuevo requerimiento de recursos, pero todos los servidores ya están ocupados. La fórmula asume que el tráfico que es bloqueado se libera inmediatamente.  Donde: –B(N,A)= la probabilidad de que una llamada se bloquee –N= el numero de circuitos –A= la cantidad de trafico entrante


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Principios de trafico telefónico  Formula de Erlang C  También asume una infinita población de fuentes, las cuales ofrecen en conjunto, un trafico de A Erlang hacia N servidores.  Sin embargo, si todos los servidores están ocupados cuando una petición llega de una fuente, la petición es introducida en la cola. Un sin fin de números de peticiones podrían ir a la cola en este modo simultáneamente.  Esta formula calcula la probabilidad de la cola ofrecido en el trafico, asumiendo que las llamadas que fueron bloqueadas se quedaran en el sistema hasta que se pueda atender. Esta formula es usada para determinar la cantidad de agentes necesitará en un Call Center para después saber la probabilidad en la cola  Donde: –Pw= la probabilidad de tener que esperar para ser atendido. –N= el numero de circuitos –A= la cantidad de trafico entrante © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados.

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Principios de trafico telefónico  Como algoritmo la calculadora se puede implementar en una pagina html  Calculadora Erlang B  http://personal.telefonica.terra.es/web/vr/erlang/cerlangb.htm  Calculadora Erlang C  http://personal.telefonica.terra.es/web/vr/erlang/cerlangc.htm


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Resumen  Aunque la comunicación con señales analógicas es ideal para nosotros esta no alcanza a llegar a 1km de distancia en condiciones naturales, lo que hace necesario a través de transductores como micrófonos y parlantes crear una replica eléctrica del sonido.  La modulación de impulsos codificados MIC o Pulse-Code Modulation es el método mas común de codificar una señal de voz analógica en una trama digital de unos y ceros con el criterio de que para muestrear la frecuencia mas alta de espectro de potencia de la señal de sonido debe utilizarse el menos el doble de la frecuencia mas alta del canal de audio  Un sistema bien diseñado tendrá un bajo factor de bloqueo y una alta utilización de los circuitos incrementando el servicio y reduciendo los costos  El Erlang B y C son estimaciones de uso diario para determinar la probabilidad de pérdida de paquetes o el retardo, de acuerdo con diversas hipótesis formuladas acerca de si las llamadas están bloqueadas son abortadas (fórmula Erlang B),como en el caso de las centrales publicas. O hasta que la cola sirve (la fórmula Erlang C) como en el caso de un Call Center. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados.

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