Núcleo de Red
Examen
Instituto de Ingeniería Eléctrica
26 de Febrero de 2013
Indicaciones:
• La prueba tiene una duración total de 3 horas.
• Cada hoja entregada debe indicar nombre, número de C.I., y número de hoja. La hoja 1 debe indicar además el total de hojas entregadas.
• Se deberá utilizar únicamente un lado de las hojas. • Cada pregunta se deberá comenzar en una hoja nueva. • Todas las preguntas tienen el mismo puntaje.
Problema 1
El operador telefónico “Legacy & Modern” brinda servicios de Telefonía Fija e Internet y tiene una red PSTN clásica, con tecnología TDM y red de acceso de cobre.
(a). Describa la topología de la red de acceso de cobre.
(b). Explique brevemente las principales características de las tecnologías utilizadas para brindar servicios de Internet (trasmisión de datos) sobre dichas redes de acceso. (c). ¿Cuales considera usted que pueden ser las razones que lleven a “Legacy & Modern”
a reemplazar dichas redes de acceso por redes de fibra óptica? ¿Qué arquitectura de red de acceso de fibra óptica le aconsejaría implementar a este operador que ya cuenta con su red de cobre y cómo lo haría?
(d). Si se tratara de un nuevo operador, sin despliegue de infraestructura aún, ¿qué tecnología de acceso utilizaría para trasmisión de datos? Explique ventajas y desventajas de esta tecnología, si las hay, frente a la utilizada en los casos anteriores.
Problema 2
Los abonados “A” y “B” están conectados a la misma central pública de telefonía fija tradicional de la empresa “Legacy & Modern”, y tienen teléfonos analógicos de similares características. Ambos se encuentran a 1 km de distancia de la central telefónica, la que fue diseñada para operar correctamente con abonados que se encuentren hasta a 6 km de distancia.
La planta externa conectada a esta central telefónica (red de acceso) está realizada con cables de cobre de 0,5 mm de diámetro (La resistividad del cobre es 0,017 Ω·mm²/m).
(a). En el instante t=0 el abonado “A” descuelga y marca el número de “B”. Luego de 1 minuto, el abonado “B” atiende la llamada, y conversan por 1 minuto. Finalmente ambos abonados cuelgan.
Realizar un esquema eléctrico que represente el circuito que se forma desde la central pública hasta uno de los abonados, indicando los valores de cada componente.
Realizar una gráfica de la tensión y otra de la corriente en los terminales eléctricos (“bornes”) del abonado “A” y del abonado “B”. Detallar los valores en cada caso.
(b). El abonado “B” ha decidido conectar un teléfono “en paralelo” en el dormitorio de su casa. Durante la conexión del mismo, al realizar el “empalme”, sostiene durante 30 segundos en cada mano uno de los terminales eléctricos del teléfono (cada terminal se puede asumir como un círculo de 1 cm de diámetro).
¿Qué tipo de daños en su cuerpo y en la piel de sus manos puede llegar a sufrir ésta persona, al realizar esta operación? Justifique su respuesta.
(La recomendación IEC TS 60479-1 establece los efectos de las corrientes en el cuerpo humano. Un extracto de las tablas y gráficas de esta recomendación se presentan en la hoja anexa).
Problema 3
El operador telefónico “Legacy & Modern” está diseñando un sistema para brindar servicios telefónicos de “líneas urbanas virtuales” a través de IP para abonados corporativos con señalización SIP.
Se tienen los siguientes datos para el dimensionamiento del sistema: • Se espera tener 20 clientes corporativos.
• Se estima que cada cliente realiza en promedio 100 llamadas en la hora pico de 5 minutos de duración cada una hacia la PSTN.
• La calidad de la voz entregada a los clientes corporativos debe ser equivalente a los servicios clásicos TDM.
• La mensajería SIP de cada llamada será la mínima que pueda cumplir con el protocolo para el establecimiento y liberación de una llamada.
• El grado de servicio de diseño es de 1%.
• Cada Server SIP maneja hasta 15.000 mensajes SIP por hora. • Cada módulo de Media Gateway (MG) procesa un E1 TDM a IP.
Abonados SIP Corporativos
Central
PSTN
(a). Haga un esquema de interconexión de los abonados SIP con la red legada PSTN. Especificar los elementos necesarios para tal interconexión y los protocolos utilizados en cada caso. Completar el rectángulo celeste de la figura.
(b). Calcular la cantidad de “líneas urbanas virtuales” que se deben proveer a cada cliente y calcular la cantidad de módulos MG y servidores SIP necesarios para dar solución centralizada a todos los clientes corporativos.
(c). Indicar que CODEC utilizaría y calcular el ancho de banda IP requerido entre el operador telefónico y cada uno de los clientes.
(d). Si en lugar de 100 llamadas de 5 minutos, cada cliente cursara un promedio de 200 llamadas en la hora pico de 2 minutos y medio de duración cada una. ¿Qué componentes deberían redimensionarse? Justifique.
Problema 4
La empresa “Legacy & Modern” brinda servicios de Call Center a distintos clientes. Uno de dichos clientes desea contratar los servicios de “Legacy & Modern”. Luego de un estudio pormenorizado de las características del cliente y del servicio a brindar se obtiene la siguiente información.
• Se espera que el Call Center reciba una llamada cada 6 segundos, con una duración promedio de 5 minutos cada una.
• Se quiere que los clientes tengan menos de un 1% de probabilidad de recibir tono de ocupado del operador telefónico al llamar al Call Center.
• Se desea que la probabilidad de que un usuario que llama entre en el sistema de espera sea de, como máximo, 20%.
(a). Calcule la cantidad de líneas N necesarias para conectar el Call Center con la PSTN. (b). Calcule la cantidad de agentes m necesarios para trabajar en el Call Center.
(c). Calcule la cantidad de clientes que en promedio estarán en espera (L), y la cantidad de clientes que como máximo podrán estar en espera, si los m agentes calculados en b) se encuentran trabajando.
(d). Defina los parámetros de calidad de servicio o desempeño que conozca para Call Centers.
ANEXO: Extracto de la recomendación IEC TS 60479-1
Voltaje de contacto (V) Impedancia del cuerpo humano de “mano a mano” en condiciones “secas” para voltajes entre 25 V y 200 V (kΩ)
25
169
50
136
75
74
100
40
125
22
150
12
175
6.5
200
5.4
TABLA 1
FIG 1
FIG 2
FIG 3
Alteración de la piel en función de la densidad de corriente y la duración
Zona 0: Sin efectos en la piel Zona 1: Enrojecimiento de la piel Zona 2: Marcas en la piel Zona 3: Carbonización de la piel
Efectos de la corriente alterna según la intensidad y duración.
Zona AC-1: Sin efectos
Zona AC-2: Percepción y contracciones musculares involuntarias, pero sin efectos peligrosos
Zona AC-3: Contracciones musculares fuertes. Dificultad para respirar. Usualmente no hay daños orgánicos
Zona AC-4: Efectos severos. Posibilidad de paro cardíaco o respiratorio.
Efectos de la corriente contínua según la intensidad y duración.
Zona DC-1: Sensación menor al cerrar o abrir el bucle de corriente
Zona DC-2: Contracciones musculares involuntarias al cerrar o abrir el bucle de corriente, pero sin efectos peligrosos
Zona DC-3: Contracciones musculares fuertes. Usualmente no hay daños orgánicos
Zona AC-4: Efectos severos. Posibilidad de paro cardíaco o respiratorio.
Solución Problema 1
(a). Ver trasparencias de clase Redes de Acceso. Par de cobre – Planta Externa.
(b). Ver trasparencias de clase Redes de Acceso. Módems Banda Vocal – Tecnologías xDSL.
(c). Ver trasparencias de clase Redes de Acceso. Arquitecturas FTTx
(d). Ver trasparencias de clase Redes de Acceso. Redes de acceso cableadas vs. inalámbricas.
Solución Problema 2
(a). Ver notas del curso, “Conceptos básicos”
(b). Para analizar los efectos se debe calcular la corriente que puede circular por el cuerpo humano, en AC y en DC.
En DC, a 48 V el cuerpo tiene una resistencia estimada en 136 kohm (tabla 1). El “peor” caso se da cuando el teléfono está colgado. La resistencia del cuerpo queda en serie con los cables (que es de 2 x 85 ohm), y la resistencia de 600 ohm de la fuente). La corriente total estimada es de 48 V / (136000 + 600 + 2x85)= 0,35 mA.
Los bornes son de 5 mm de radio, un área de 78 mm2. La densidad de corriente es 0,0044 mA/mm2. Esto se ubica en la zona “0” (Fig. 1), por lo que no se esperan alteraciones en la piel de las manos.
En la Fig. 3 los 0,35 mA se ubican en la zona DC-1,sin peligro para el cuerpo
En AC pueden llegar a existir 90V. La impedancia del cuerpo es 40.000 ohm (tabla 1). La corriente que puede circular en este caso es 90/ (40.000 + 600 + 2x85) = 2.22 mA. La densidad de corriente es 0,03 mA/mm2, lo que también se ubica en la zona “0”, por lo queno se esperan alteraciones en la piel.
El efecto en el cuerpo se ubica en este caso en AC-2, yvan a existir contracciones musculares involuntarias, pero sin efectos peligrosos. (La señal de “campanilla” genera contracciones involuntarias!)
Solución Problema 3
(a).
Descripción de cada elemento y protocolo ver teórico: Introducción a Redes NGN.
Abonados SIP Corporativos
MGW
Central
PSTN
Servidor
SIP
SW
SG
SS7
“Voz TDM”
“Voz IP”
SIP
SIP
H248
SIGTRAN
(b). Cantidad de líneas urbanas virtuales por cliente: (100 llamadas x 5 min)/60 min = 8.33 Erl.
E-1B (8.33, 1%) = 16. 16 líneas urbanas virtuales por cliente.
Al MG tenemos el tráfico de los 20 clientes: 20 x 8.33 Erl =166.67 Erl.
Entonces n = (166.67-74.68) / 0.98 + 90 = 183.864. Entonces tenemos en total 184 canales, como cada módulo de MG transforma 1 E1, es decir 30 canales, se necesitan (184/30=6.13) 7 módulos de MG.
Para el caso de los servers se supone la secuencia de mensajes SIP siguiente para cada llamada (cualquier otra considerada puede ser válida):
Por lo tanto para cada llamada el server debe de procesar 6 mensajes SIP. Por lo cual 100 x 20 x 6 = 12.000 mensajes en la hora pico, por lo cual se necesita solamente un Servidor SIP.
(c). CODEC G.711 para conservar la misma calidad que la PSTN. BW del codec en IP con ventana de 20 ms, es 80Kbps. Como por cliente tenemos 16 líneas urbanas virtuales, se necesita 16 x 80 Kbps = 1280 Kbps a nivel de IP en ambos sentidos. (d). El tráfico ofrecido es el mismo: (100 x 5 min)/60 = (200 x 2.5 min)/60, por lo cual
tanto las líneas urbanas virtuales como la cantidad de MG es la misma, así como el ancho de banda por cada cliente. Lo único que cambia es la carga de señalización, ya que hay el doble de llamadas en la hora pico, hay el doble de mensajes SIP para procesar: 200 x 20 x 6 = 24.000 mensajes en la hora pico, por lo cual se necesitan 2 servidores SIP.
Solución Problema 4
(a). El tráfico ofrecido estimado es A = 10 llam/min * 5 min/llam = 50 Erlang. De la tabla de Erlang tomando A=50 y una probabilidad de bloqueo del 1% tenemos que se necesitan N=64 líneas para conectar el call center a la PSTN brindando el servicio deseado. (b). De la letra tenemos que Ec(m, A) = 20%. De la tabla de Erlang C tenemos que m=58
agentes.
(c). Tenemos que L = (A/(m-A))*Ec(m, A) = 1,25 usuarios promedio en la cola de espera (diapositiva 39 del material del curso). La cantidad máxima de clientes que podrán estar en espera es de 6 (58 usuarios atendidos por agentes + 6 usuarios en espera = 64 líneas ocupadas).