Conversión de protocolos IEC61850

La familia de conversores de protocolos DG de Kyland permiten la integración de IEDs con diferentes protocolos en una arquitectura IEC61850 bien como simples bridges o pasarelas o bien como elementos capaces de almacenar datos de los IEDs en memoria interna para luego entregarlos bajo petición al sistema SCADA

La familia de gateways y conversores de protocolo DG-AX de Kyland integran modernas comunicaciones con un diseño robusto de alta fiabilidad y bajo consumo. Esta familia es capaz de realizar la conversión entre diferentes protocolos, la concentración y recopilación de datos en memoria interna y el procesado o cálculos sobre los mismos para su entrega a sistemas SCADA.

La configuración de los equipos se realiza de forma sencilla y gráfica a través de su software ICE capaz de volcar el modelado de objetos y valores en el equipo necesarios y específicos para cada aplicación.

A continuación veremos algunos de los principales escencarios de uso de estos dispositivos

Conversión de protocolos ‘Store-and-Deliver’

En esta aplicación el gateway DG actúa por un lado como un master hacia los IEDs definidos y conectados recopilando información de objetos de diferentes protocolos y almacenándola en su memoria interna. Esta información puede ser entregada bajo petición de sistemas superiores tipo SCADA bien bajo el mismo protocolo de comunicaciones o bajo otro cualquiera a través de la conversión y mapeo interno que hayamos definido en nuestra aplicación.

protocol conversion strore and deliver - Conversión de protocolos IEC61850Gateway de comunicaciones IEC61850

En esta aplición, el DG actúa como un proxy inteligente capaz de recopilar datos a través de sus puertos serie y Ethernet. Importando cualquier fichero IEC61850 SCL (.icd/.cid) y mapeando los datos  a los objetos internos recopilados de dichos dispositivos podemos convertir nuestro DG en un IED 61850 virtual de cada a nuestro sistemas SCADA.

IEC61850 bridge - Conversión de protocolos IEC61850Modo de tareas avanzadas

La herramienta gráfica de configuración ICE de la familia DG nos permite también definir tareas u operaciones avanzadas a través de scripts que pueden ser cargados en el dispositivo en modo on-line. A través de estas tareas podemos realizar cálculos lógicos, acumulaciones de resultados, triggers específicos o tareas en batch sobre múltiples IEDs añadiendo un universo de funcionalidades al dispositivo y descargando algunas tareas en nuestro SCADA.

dg advanced tasks - Conversión de protocolos IEC61850Si quieres ampliar esta información puedes visitar nuestra página de gateways inteligentes o descargarte el documento Kyland-TechnicalPaper-ProtocolConversion

Introducción a la tecnología de módems (III)

Tercera y última entrega de nuestra serie de posts sobre tecnología de módems analógicos. Hoy vemos los tipos de comunicaciones punto a punto, los bucles, los comandos AT Hayes para configuración y al final un pequeño ‘troubleshoot’

Comunicaciones por línea dedicada

Aunque tenemos asociados los módems analógicos a la conexión de datos a través de la línea telefónica conmutada (RTC) con marcación de un módem remoto, también han sido muy usados para la comunicación mediante líneas dedicadas de baja velocidad tanto en modo síncrono como asíncrono entre terminales de datos como routers, RTUs, nodos de conmutación de paquetes, etc.

Cuando hablamos de una línea dedicada nos referimos o bien a pares de cobre extremo a extremo (con posibles amplificadores y regenerados en puntos intermedios) o bien a canales de fonía dedicados que se digitalizan en puntos intermedios y se transmiten al extremo remoto.

En las comunicaciones por línea dedicada existe una conexión física permanente entre ambos módems. Un extremo debe configurarse como Originador y el otro como Respondedor. La comunicación puede ser:

  • 4 hilos. La transmisión de A a B y la de B a A van por pares diferentes. Permite comunicaciones full dúplex en normas de modulación que ocupen todo el ancho de banda disponible y sin algoritmos de cancelación de eco (V26, V27, V29)
  • 2 hilos. Transmisión y recepción van por el mismo par. Permite comunicaciones full dúplex en normas de modulación que no ocupen todo el ancho de banda disponible (V23, V22bis, V22) o en las que tengan algoritmos de cancelación de eco (V32, V32bis, V34)

Enlaces punto a punto y punto-multipunto

Sobre líneas dedicadas tenemos dos tipos de comunicaciones: punto a punto y punto-multipunto. En la primera tenemos únicamente dos extremos. En la segunda tenemos un extremo maestro que transmite al resto de extremos o esclavos. El esclavo que es preguntado responde al maestro. En función del tipo de modulación y el número de hilos (2 o 4) tendremos dos opciones:

  • Portadora continua: el maestro transmite señal a línea continuamente – Permite comunicaciones Full Dúplex
  • Portadora controlada: el módem transmite señal sólo cuando el ETD lo indica – Permite comunicaciones Half Dúplex. El ETD indica al módem cuando ha de transmitir señal a línea (activando señal RTS). El módem indica al ETD cuando puede empezar a transmitir datos (activando señal CTS). Existe un retardo RTS/CTS destinado a que el módem remoto ‘sincronice’ con la portadora y esté listo para demodular los datos recibidos (‘training’)

Bucles

En los módems disponemos de 2 tipos de bucles: bucle 3 o analógico y bucle 2 o digital.

En el bucle 3 el módem devuelve hacia el ETD los datos recibidos del mismo en vez de modularlos a la línea telefónica.

bucle3 - Introducción a la tecnología de módems (III)En el bucle 2 el módem devuelve hacia la línea telefónica los datos recibidos el módem remoto en vez de entregarlos al ETD local.

bucle2remoto - Introducción a la tecnología de módems (III)Si el bucle se ordena localmente en el módem B tenemos un bucle 2 local o B2L. Si por el contrario el bucle se ordena remotamente desde el módem A tenemos un bucle 2 remoto o B2R.

Los bucles pueden ordenarse a través de los circuitos de control 140 y 141, a través de pulsadores o bien a través de comandos AT Hayes.

Comandos AT Hayes

Se trata de un estándard ‘de facto’ no normalizado por la ITU que Permite controlar prácticamente la totalidad de parámetros del módem. Todos los comandos empiezan todos por la secuencia ‘AT’ para permitir la detección de parámetros de comunicación con el terminal ‘autobauding’ (velocidad y formato de palabra)
Ejemplo:
AT&FE1V0&D2\N3S0?<CR>

Normas de sintaxis

A continuación indicamos algunas normas de sintaxis para la introducción de comandos AT:

  • Varios comandos pueden ir seguidos en la misma línea o secuencia de comandos (hasta un máximo establecido)
  • No son necesarios los espacios entre comandos
  • La mayor parte de comandos van seguidos de un parámetro. Si se omite, se asume valor 0 del parámetro
  • Serán erróneos aquellos comandos que:
    • No incluidos en el conjunto aceptado
    • Con un parámetro fuera de rango
  • Los comandos se procesan y ejecutan en secuencia una vez recibido el carácter CR de retorno de carro o Intro
  • En caso se detectarse un comando erróneo en la secuencia se responderá ERROR. Los comandos anteriores se habrán procesado. Los posteriores se ignorarán.

A continuación incluimos un listado de los principales comandos AT Hayes

comandos at hayes - Introducción a la tecnología de módems (III)comandos at hayes cont - Introducción a la tecnología de módems (III)Cuando introducimos un comando, el módem nos responde con un código de resultado que podemos configurar en modo numérico o alfanumérico. A continuación indicamos algunos de estos códigos.

00  OK                    Comando aceptado y ejecutado por el módem.

01  CONNECT              Establecimiento de la conexión (a 300 u otras velocidades, según ATX).

02  RING                 Tono de timbre (‘ring’) detectado en la línea.

03  NO CARRIER      Portadora no detectada en el intento de una conexión o pérdida durante la misma.

04  ERROR               Error sintáctico en el comando, imposibilidad de ejecución o comando inexistente.

05  CONNECT 1200  Indica conexión establecida  y, según ATW, que la velocidad en la línea o en el ETD es de 1200 bps.

06  NO DIALTONE     Tono de invitación a marcar no detectado. Se envía tras una espera igual al contenido del registro S6, siempre que no se esté haciendo una marcación ciega.

07  BUSY                 Tono de línea ocupada detectado.

08  NO ANSWER      No hay contestación por parte del módem remoto. Se envía tras una espera igual al contenido del registro S7.

09  CONNECT 600    Indica conexión establecida y, según ATW, que la velocidad en la línea o en el ETD es de 600 bps.

10  CONNECT 2400  Indica conexión establecida y, según ATW, que la velocidad en la línea o en el ETD es de 2400 bps.

Finalmente comentaremos que tanto los parámetros de configuración fijados por comandos AT como otros parámetros se almacenan en los llamados registros S. A continuación indicamos el significado de dichos registros.

registros s - Introducción a la tecnología de módems (III)
registros s cont - Introducción a la tecnología de módems (III)Troubleshooting

Para finalizar esta serie de tres posts acerca de módems analógicos queremos finalizar con un pequeño troubleshoot basado en nuestra experiencia.

Verificación del cable serie

Si el módem se conecta a un dispositivo que actúa como terminal o ETD, como por ejemplo, un ordenador, el cable tiene que ser directo o pin a pin. Si por el contrario se conecta a otro módem o equipo que actúa como ETCD entonces el cable tendrá que ser cruzado o ‘null-modem’.

Para algunas aplicaciones bastará cablear 3 señales: Tx, Rx y GND (tierra). En otras será necesario cablear el DTR para que el terminal informe al módem de que está disponible o el RTS/CTS si tenemos control de flujo hardware.

Finalmente si nuestra comunicación en síncrona, tendremos que cablear también las señales de reloj y configurar tanto el ETD como el módem con el tipo de reloj adecuado. Como regla general, un módem se configurará con reloj externo y el otro con reloj esclavo. El primero proporcionará reloj de Tx al ETD local y el módem remoto tomará este reloj para generar el de transmisión suyo (slave) que también entregará a su ETD local.

Verificación de la interfaz de línea

Podemos seguir los pasos descritos a continuación:

  • Comprobar la configuración del módem (RTC, PP2H, PP4H)
  • Comprobar el pinado del cable de línea
  • Comprobar el nivel de transmisión del módem (-10 dBm normalmente) en relación a la atenuación del par o la sensibilidad del equipo de transmisión
  • En enlaces PP comprobar que un extremo está configurado en modo originador y el otro en modo respondedor.
  • La línea analógica debe presentar hacia el módem una impedancia de 600 ohm igual a la que presenta el módem hacia la línea. El nivel medido en línea sin conectar el módem debe ser 6 dB superior al medido una vez conectado el equipo.

Introducción a la tecnología de módems (II)

Segunda entrega de nuestra serie de posts sobre tecnología de módems analógicos. Hoy vemos el interfaz RS232, los formatos de datos entre módem y terminal síncrono y asíncrono y los tipos de control de flujo.

En el pasado post introdujimos algunos conceptos generales sobre la tecnología de módems analógicos, su diagrama de bloques y velocidad de transmisión y modulación.

En el post de hoy veremos el interfaz RS232, los formatos de datos entre módem y terminal síncrono y asíncrono y los tipos de control de flujo.

Interfaz RS232

Cuando hablamos de un interfaz RS232 englobamos dos conceptos. Los niveles eléctricos de las señales en dicho interfaz que vienen determinados por el estándar ITU V.28 y el significado de los diferentes circuitos o señales que viene determinado por el estándar ITU V.24.

V.28 define niveles eléctricos para los dos estados posibles de la señal. un ‘0’ se codifica con un nivel entre -15Vdc y -5Vdc y un ‘1’ con un nivel entre 5Vdc y +15Vdc.

V.24 define el significado de los diferentes circuitos o señales del interfaz RS232 según la siguiente tabla:

V24 - Introducción a la tecnología de módems (II)

Señales de control

Aparte del significado de los diferentes circuitos debemos destacar la penúltima columna ‘Origen’ que nos indica qué elemento terminal (ETD) o módem (ETCD) la origina. Así, cuando hablamos del circuito de transmisión (TD o 103) tiene como origen el ETD. Por tanto, nos referimos a la transmisión de datos del ETD hacia el ETCD.

Null-modem

Cuando conectamos un ETD y un ETCD con un cable serie RS232 utilizamos un cable directo o pin-a-pin, es decir, el pin 2 (DB25) del ETD se conecta al pin 2 (DB25) del ETCD. Este pin es una salida en el lado ETD y una entrada en el lado ETCD.

Cuando conectamos entre sí dos ETDs o dos ETCDs entonces necesitamos un cable ‘null-modem’ donde cruzamos, como mínimo, los pines de transmisión y recepción. Es decir, el pin 2 de un extremo debe ir al pin 3 del otro extremo y viceversa. De esta forma nos aseguramos de conectar la salida de un extremo (pin2, TD) con la entrada del otro extremo (pin 3, RD)

Señales de control

Además de las señales de datos (TD y RD) tenemos las señales de control:

  • DTR – la activa el ETD para indicar su presencia o disponibilidad
  • RTS – la activa el ETD para indicar al ETCD que quiere transmitir datos hacia línea (imprescindible para control de portadora en modulaciones simplex o half dúplex)
  • CTS – la activa el ETCD como respuesta al RTS para indicarle al ETD que ya está listo para recibir los datos a enviar a línea
  • DCD – la activa el ETCD para indicar la recepción de portadora (señal modulada) del módem remoto
  • RI – se activa con cada RING en llamada entrante en modo RTC
  • ALBT, RDLT – circuitos para que el ETD instruya al módem a activar un bucle local o bucle digital remoto (veremos los bucles en el siguiente post)
  • TM – la activa el ETCD para indicar que está en modo bucle

Señales de reloj

En modo síncrono, los datos deben sincronizarse con una señal de reloj que nos indica la velocidad a la que debemos transmitir o recibir el tren de bits del interfaz serie. En el punto siguiente veremos los diferentes tipos de reloj posibles.

Formato de datos entre ETD y ETCD

Los módems analógicos soportan dos tipos de transmisión en función de cómo encapsulemos los datos a transmitir: formato asíncrono y formato síncrono

Formato asíncrono

En este formato la información se agrupa en caracteres o palabras con el siguiente formato

formato asíncrono - Introducción a la tecnología de módems (II)Reposo: estado previo de la línea (nivel alto o ‘1’)

  • START define el principio del carácter (nivel bajo o ‘0’)
  • PARIDAD (Par/Impar/Marca/Espacio) permite detectar un número impar de errores
  • DATOS: tren de datos que puede contener normalmente de 5 a 8 bits y sobre el que se calcula la paridad
  • STOP define el final del carácter y el espacio mínimo entre caracteres (nivel alto o ‘1’)

Formato síncrono

En este caso los bits se transmiten y reciben directamente sin estructura alguna a ritmo de una señal de reloj que determina la velocidad y el instante de muestreo.

sincrono - Introducción a la tecnología de módems (II)En la figura anterior vemos que el instante medio de cada bit coincide con el flanco de subido del reloj mientras que el final de cada bit coincide con el flanco de bajada del reloj. Dicho de otro modo, el transmisor de los datos introduce el bit con el flanco de bajada del reloj mientras que el receptor de los datos debe interpretar el bit recibido con el flanco de subida. Al hacerlo en este instante se asegura de estar en el momento intermedio del pulso de forma que ante distorsión telegráfica o desplazamiento ‘slip’ entre datos y reloj muestrearemos la señal en el punto óptimo con menor probabilidad de error.

En toda transmisión síncrona entre terminal y módem tenemos dos relojes. El reloj de transmisión que sincroniza los datos de transmisión (TD, de ETD a ETCD) y el reloj de recepción que sincroniza los datos en recepción (RC, de ETCD a ETD).

El reloj de recepción es la señal RC o circuito 115 y siempre lo entrega el ETCD ya que se obtiene de la señal demodulada de línea analógica.

Sin embargo en transmisión tenemos dos opciones:

  • reloj interno o TC (114): lo proporciona el ETCD
  • reloj externo o ETC (113): lo proporciona el propio ETD

Si queremos conectar dos ETD o ETCD entre sí para transmitir datos síncronos tendremos que cruzar aparte de los datos también los relojes. Por ejemplo: para conectar dos ETDs, el circuito 113 de cada uno de ellos tendrá que conectarse al circuito 115 del otro extremo. La conexión de dos ETCDs es más compleja ya que como vimos anteriormente el reloj de recepción siempre lo da el propio ETCD y por tanto no podemos cruzarlo con ningún otro circuito en el ETCD remoto. En la práctica, las conexiones síncronas entre módems sólo pueden funcionar cuanto tenemos un único reloj en todo el sistema, es decir, tenemos idéntico reloj para transmisión y recepción de forma que podemos usar el reloj interno de ambos dispositivos ya que son idénticos.

Modos directo y bufferizado

En modo síncrono la velocidad de datos entre el ETD y el ETCD es la misma que entre el ETCD local y el ETCD remoto ya que es el propio reloj el que se transmite, modulado, entre ambos módems.

Sin embargo, en transmisiones asíncronas, podemos tener velocidades distintas. Por ejemplo, podemos tener una velocidad en el puerto serie de nuestro PC de 115200bps y como sabemos no es posible alcanzar esta velocidad de comunicación entre módems.

Si las velocidades son idénticas podemos usar el modo directo en el módem. Si las velocidades son diferentes deberemos usar el modo bufferizado que como su nombre indica consiste en que el módem dispone un buffer para almacenar los datos que recibe del ETD local y otro buffer para almacenar los datos que recibe del ETCD remoto. Como podemos suponer si la velocidad del terminal es superior a la velocidad de comunicación entre ambos módems el primer buffer acabará llenándose. Para evitarlo existen los mecanismos de control de flujo que consisten en que el módem informa al ETD de que su buffer está a punto de llenarse y por tanto debe dejar de transmitirle datos. Es un mecanismo similar en su concepto a las tramas de pausa en Ethernet. Existen básicamente dos mecanismos de control de flujo:

  • control de flujo hardware (RTS/CTS): el módem desactiva la señal CTS y el terminal debe dejar de transmitir datos al módem hasta que éste vuelva a activarla cuando haya vaciado el buffer
  • control de flujo software (XON/XOFF): el módem informa al terminal enviando un carácter XOFF (ASCII 19) que deje de transmitir datos y cuando ha vaciado el buffer envía un carácter XON (ASCII 17) para notificar al ETD que puede volver a enviar datos. Este mecanismo tiene una limitación y es que el flujo de datos no puede contener estas combinaciones ASCII.

Introducción a la tecnología de módems (I)

Presentamos algunos conceptos generales y definiciones (módem, ETD, ETCD), tipos de modulaciones (QAM, TCM, FSK) y diferencias entre velocidades de transmisión y modulación.

Empezamos hoy una serie de posts donde repasaremos algunos conceptos generales sobre los módems analógicos. Estos dispositivos quedan lejos pero no debemos olvidar que hace no muchos años eran el único medio de conexión a Internet en nuestros hogares. Hoy en día únicamente encontramos módems en algunas aplicaciones de tipo industrial tales como lectura remota de contadores o plc o aplicaciones domóticas en zonas sin cobertura GSM.

Algunos conceptos generales

Módem es la contracción de los términos modulador-demodulador. En efecto, un módem es un dispositivo que transforma señales digitales en analógicas (modulación) para poder ser transmitidas a través de canales vocales (300 – 3400 Hz). En recepción hace lo contrario, demodulando las señales analógicas recibidas y convirtiéndolas a digitales. Las señales analógicas de salida de los módems se codificarán G711 a 64K y luego se multiplexarán luego sobre tramas de 2Mbps y se transmitirán sobre enlaces PDH o SDH sobre radio o fibra. Si quieres saber más acerca de la codificación G711 y la digitalización de señales en tramas de 2 Mbps puedes revisar el post Multiplexación por división en el tiempo

ETD: estación terminal de datos. Es el equipo que conectamos al módem para transmitir datos (PC, RTU. sensor, …)

ETCD: estación terminal del circuito de datos. Es el módem en sí.

ITU (International Telecommunications Union): organismo regulador y estandarizador que estandariza todos los protocolos de funcionimento de los módems

Diagrama de bloques de un módem

En la figura siguiente puedes ver un diagrama de bloques genérico de un módem

modem diagrama bloques - Introducción a la tecnología de módems (I)En dicho diagrama vemos tres elementos principales:

  • microntrolador (CPU): es el encargado de ejecutar el microcódigo (firmware) del equipo para que éste funcione. Se complementa con una RAM y una E2ROM o NVRAM para almacenar los parámetros de funcionamiento del equipo cuando éste se apague.
  • Chip modem (datapump): es el circuito integrado que se encarga de modular los datos a transmitir a línea y demodular los datos recibidos a través de dicha línea
  • interfaz de usuario: conjunto de pulsadores, display y leds para informar del estado del equipo y poder realizar ciertas acciones (contestar llamada, colgar llamada, realizar bucles, …)

Además del interfaz con el usuario, el módem presenta el interfaz de línea y el interfaz con el ETD o terminal de datos. El interfaz de línea tiene una impedancia normalizada de 600 ohm y puede ser a 2 hilos (RTC o líneas dedicadas de 2 hilos) o 4 hilos (líneas de dedicadas de 4 hilos). El interfaz con el ETD suele ser un interfaz serie del tipo RS232 o RS485/422 que puede funcionar en modo asíncrono o síncrono.

Velocidad de transmisión y velocidad de modulación

En módems podemos hablar de dos velocidades:

  • Velocidad de transmisión en bits por segundo (bps). Tanto puede hacer referencia entre ETD y ETCD (velocidad de terminal) como entre ETCD’s (en línea). Mide el tiempo que tarda un bit en transmitirse a través de la interfaz V24 o a través de línea telefónica
  • Velocidad de modulación en baudios o símbolos por segundo. Hace referencia al tiempo que dura un símbolo modulado en la línea

(velocidad baudios = ancho de banda)

A mayor número de bits por símbolo, mayor eficiencia espectral (menor ancho de banda) para una misma velocidad de transmisión en bps.

En la siguiente tabla recogemos todas las modulaciones existentes para módem analógico (sin contar V90 o 56KFlex).

Veamos un ejemplo: si modulamos en V32 a 9600 bps, usamos un tipo de modulación QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation). Este esquema nos permite enviar símbolos modulados en un espectro de 16 estados. Cada estado codifica 4 bits (del 0000 al 1111) y por tanto modulamos a una velocidad 4 veces inferior a la velocidad en bits codificados. Por tanto: 9600 bps y 2400 baudios. La velocidad de modulación está limitada por el ancho de banda del canal analógico (300-3400 Hz). Si queremos transmitir más bits en este mismo ancho de banda tenemos que aumentar el número de estados en la modulación (por ejemplo: QAM-256) o bien cambiar el tipo de modulación (TCM Trellis Coded Modulation).

tabla modulaciones - Introducción a la tecnología de módems (I)Todas las modulaciones tienen una frecuencia portadora sobre la que se modula es esquema de modulación: DPSK, QAM o TCM. La excepción son las modulaciones FSK (Frequency Shift Keying) donde usamos una portadora (frecuencia) para transmitir un ‘0’ y otra para transmitir un ‘1’.

En el próximo post hablaremos sobre el interfaz V24 y sus señales, los formatos síncronos y asíncronos y las formas de ajustar  las velocidades de transmisión y modulación entre ellas.

Introducción a la tecnología TDM sobre IP y pseudowire – Los Miércoles de Tecnología (II)

En el post de hoy veremos los diferentes tipos de protocolos TDMoIP para el encapsulado del tráfico síncrono sobre paquetes (SaTOP, AAL1, CESoPSN) y cómo se adaptan a los diferentes flujos TDM a transmitir.

En el pasado post vimos las diferencias entre TDMoIP y VoIP así como las diferencias entres las redes de conmutación de circuitos y las de conmutación de paquetes.

Al final vimos que para transmitir un flujo síncrono a través de redes de conmutación de paquetes (PSN) a través de TDMoIP debemos segmentar, añadir información de control, encapsular, desencapsular, extraer información de control y reconstruir la información. Hoy veremos cómo realizar estas tareas los diferentes protocolos existentes.

Bundle o pseudowire (PW)

En TDMoIP introducimos el concepto de bundle o PW. Un PW es un ‘canuto’ o un grupo de paquetes encapsulados que incluyen la información de un flujo síncrono TDM. Para cada PW definimos una etiqueta o Bundle ID que nos permite:

  • identificar los flujos individualmente facilitando las tareas de extracción del flujo síncrono
  • multiplexar varios flujos sobre un mismo túnel a nivel superior (PSN)

Si el transporte es IP la etiqueta se asocia al puerto UDP sobre el que se encapsulan los paquetes (TCP no nos sirve porque necesita ACK y retransmisiones)

Si el transporte es MPLS la etiqueta se asocia a la inner label y en servicios L2TPv3 podemos usar la multiplexación L2TP para combinar los diferentes PW.

Estructura jerárquica de los paquetes TDMoIP

Para poder transmitir una información síncrona a través de paquetes necesitamos añadir una serie de información a los datos síncronos de usuario de acuerdo con el modelo inferior.

layering tdmoip - Introducción a la tecnología TDM sobre IP y pseudowire - Los Miércoles de Tecnología (II)La cabecera PSN hace referencia a cabeceras IP o MPLS que permiten encaminar el tráfico entre origen y destino a través de la red PSN.

La cabecera RTP (opcional) contiene marcas de tiempo que pueden ayudar a la recuperación del sincronismo en recepción

La palabra de control TDMoIP incluye contadores y números de secuencia que permiten detectar pérdidas de paquetes o alteraciones de la secuencia. También incluye alarmas locales y remotas

El flujo TDM original tiene que ser adaptado, es decir, ajustado de forma que permita:

  • la transmisión de la señalización TDM
  • facilitar la recuperación del sincronismo y la recuperación de paquetes perdidos
  • conseguir un compromiso entre eficiencia (ancho de banda necesitado sobre PSN) y latencia (retardo en la transmisión)

Palabra de control TDMoIP

La palabra de control incluye los siguientes campos:

tdmoip control word - Introducción a la tecnología TDM sobre IP y pseudowire - Los Miércoles de Tecnología (II)

  • PID (4b) para usos especiales
  • flags (4 b)
    • L bit (Local failure)
    • R bit (Remote failure)
  • FRG (2 bits) indica si hay o no fragmentación
  • Length (6 b) se usa para añadir relleno cuando la cadencia de transmisión de la información paquetizada es superior al flujo TDM de entrada
  • Sequence Number (16 b): número de secuencia que permite detectar pérdidas o desorden en los paquetes

TDM payload

En este campo debemos incluir el flujo de datos TDM a transmitir junto con el sincronismo asociado al mismo. En función de cómo adaptamos el flujo TDM a los paquetes encapsulados tenemos diferentes protocolos

Structure-Agnostic Time Division Multiplexing (TDM) over Packet (SAToP)

Se recoge en la norma RFC4553. El payload tiene un número fijo de bytes y siempre se encapsulará un trama completa o un múltiplo de tramas. Por tanto tendremos un payload de 256 bytes para E1 (32 TS), 192 bytes para T1 (24 TS) y 1024 bytes para E3 o T3.

Este protocolo es el más simple de encapsular y desencapsular y suele usarse en aquellas redes de paquetes bien caracterizadas donde tenemos un retardo constante (baja latencia) y un ancho de banda estable y garantizado. Por contra, no es posible encapsular únicamente algunos timeslots de la trama (E1 fraccional).

Structure-Aware Time Division Multiplexed (TDM) Circuit Emulation Service over Packet Switched Network (CESoPSN)

Se recoge en la norma RFC5086. En este caso el payload también tiene una longitud fija pero múltiplo de 1 bytes (9 bits) y por tanto esto payload es capaz de encapsular timeslots de forma individual (E1 fraccional). La seañalización por canal asociado CAS, se obtiene añadiendo unos punteros al primer timeslot de la siguiente multitrama.

AAL1 y AAL2

En TDMoIP se utilizan técnicas idénticas para la encapsulación de flujos constantes a través de redes asíncronas ATM. En concreto tenemos los encapsulamientos AAL1 que se usa para flujos TDM constantes (circuit emulation) o AAL2 para flujos TDM de velocidad variable (Loop emulation). Estos últimos circuitos podrían representar, por ejemplo, el flujo primario de una centralita RDSI donde el flujo útil de datos transmitido varía en función del número  de llamadas concurrentes. Otro ejemplo es detectar silencio en los canales de audio y no encapsular el tráfico TDM durante estos silencios requiriendo un menor ancho de banda.

AAL1 - Introducción a la tecnología TDM sobre IP y pseudowire - Los Miércoles de Tecnología (II)En ambos casos el payload se estructura como un múltiplo de celdas o PDU AAL1/AAL2 de tamaño fijo de 48 bytes. En estas PDUs encapsulamos los datos del flujo, relleno (padding), sincronismo,… Si aumentamos el número de PDUs por paquete TDMoIP tendremos una mayor eficiencia y también un mayor retardo.

Eficiencia vs retardo/latencia

En toda tecnología TDMoIP tendremos siempre un compromiso entre eficiencia y retardo/latencia.

Si tenemos un payload TDM grande, estaremos añadiendo poco overhead y por tanto reduciremos al caudal necesario. Por contra, tendremos que esperar un tiempo mayor antes de completar y encapsular el paquete y por tanto tendremos un retardo mayor en la recepción del flujo síncrono en el extremo remoto.

Si por el contrario tenemos un payload TDM pequeño (por ejemplo, 1 byte para 1 TS), estaremos añadiendo un overhead superior al propio flujo de datos pero tendremos un retardo muy pequeño.

En función del tipo de tráfico TDM y del ancho de banda disponible en nuestra red PSN debemos configurar los parámetros de nuestro payload.

Latencia

Uno de los principales problemas de las redes PSN de conmutación de paquetes es que usan medios de transmisión compartidos lo que provoca con frecuencia problemas de congestión. Estos problemas de congestión se traducen en la incapacidad de poder entregar un flujo de paquetes a un ritmo constante, es decir, paquetes consecutivos de un mismo flujo pueden padecer retardos diferentes. Este fenómeno se traduce directamente en lo que llamamos latencia o variación en el retardo. Este fenómeno puede ser incluso más molesto que el retardo en las comunicaciones por voz. Para compensar estas diferencias de retardo, los sistemas TDMoIP disponen de unos buffers internos que permiten compensar estas diferencias entre el ritmo de entrada al buffer (paquetes TDMoIP recibidos) y el ritmo de salida (flujo TDM reconstruido). Estos buffers se miden en ms. Por ejemplo, un buffer de 32 bytes (una trama E1 completa) nos compensaría un retardo de 125ms (lo que tarda en llenarse el buffer a ritmo de 2048Kbps).