DIVISIóN DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERÍA OEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROYECTO DE INGENIERÍA ELECTR~NICA EN COMUNICACIONES "CONTROL OE SERVICIOS USAN00 OTMF

TESIS QUE PRESENTAN LOS ALUMNOS:

ESQUIVEL VILLAFAÑA ROLANOO MATRICULA 943 17365 OÍAZ SOTO UNO MATRICULA 972na82

PARA LA OBTENCI~N DEL GRAOO DE:

LICENCIAOO EN INGENIERÍA EN ELECTR~NICA ESPECIALIOAO COMUNICACIONES

ASESOR

Or. FAUSTO CASCO SANCHEZ

JULIO/2002

PROYECTO DE INGENIER~A ELECTR~NICA EN COMUNICACIONES CONTROL DE SERVICIOS USANtX) DTMF

ASESOR FAUSTO CASCO SANCHEZ

ALUMNOS

OfAZ SOTO UNO ESQUIVEL VILLAFAÑA ROLANW

JULIO/2002

INOICE

Introducción

1 La red telefónica

1.1 Señalización 1.2 Sistema de Señalización N. 7 (SS7)

2 DTMF

2.1 Descripción 2.2 Aplicaciones 2.3 Dispositivos comerciales

3 Control de servicios

3.1 Descripción del proyecto

4 Desarrollo

4.1 Módulo Colgado/Descolgado 4.2 Detección de tonos 4.3 Módulo de potencia

5 Análisis de mejoras

5.1 Propuestas

Conclusiones Bibliografía

Pág i na

1

2

2 6

11

11 13 13

14

14

15

15 15 19

20

20

23 24

Introducción

Desde el punto de vista de usuario el proceso de establecimiento de una llamada telefónica es transparente, y una vez establecida, la información (en este caso voz) viaja libremente en ambos sentidos. El usuario simplemente descuelga la bocina, verifica que 'tenga línea', marca y espera a que respondan, cuando termina la conversación simplemente cuelga. Desde el punto de vista de la red telefónica ocurre un proceso largo y complejo, dividido en tres partes: establecimiento, transferencia y liberación. Durante la fase de establecimiento la central requiere conocer el número del teléfono al que se desea llamar, cada teléfono tienen una dirección, un número identificador Único, para establecer comunicación entre equipos terminales, el equipo saliente (el que desea comunicarse) debe indicar a la central telefónica el número identificador del equipo entrante (equipo con el que se desea comunicar), para esto se envían señales eléctricas predefinidas que representan dígitos (éstas pueden ser por medio de pulsos o tonos), las cuales son interpretados por la central, los dígitos son representados como sumas de dos señales senoidales con diferentes frecuencias (en el caso de que las señales enviadas sea por medio de tonos) o por medio de pulsos, estas frecuencias son estándares, y cada dígito en el teclado de un teléfono de los llamados 'de tonos' es parte de una matriz de tonos donde a cada renglón y columna de la matriz le corresponde un tono y el dígito en la posición (i,j) de la matriz es caracterizado por las frecuencias i, j; a esta representación se le denomina DTMF (Dual Tone Multi-Frecuency). LOS tonos descritos no se generan exclusivamente durante la fase de establecimiento, ya que se generan en el equipo terminal, una vez establecida la comunicación, los tonos generados pueden viajar como lo hace la voz; gracias a esto, se han creado aplicaciones que trabajan sobre la red telefónica, basadas en la transmisión y recepción de dichos tonos, como los servicios de consulta de saldo, o la venta de entradas a espectáculos; actualmente existen en el mercado dispositivos electrónicos cuyo propósito es el reconocimiento de los tonos, es decir decodificadores DTMF; mediante la decodificación de los tonos se crean señales de control para diversos equipos, tanto electrónicos, como en los ejemplos mencionados, donde se activan grabaciones de menús y submenús, y se puede acceder a bases de datos; como dispositivos mecánicos activados por interruptores, ya sean electromecánicos o electrónicos.

El proyecto desarrollado es un ejemplo de una aplicación sencilla para el manejo de servicios domésticos, las posibilidades son muchas: ahorro de energía, cuando, por ejemplo, olvidamos apagar las luces; de seguridad, trabar puertas o activar alarmas, o simplemente para comodidad, como encender calefactores. be acuerdo a claves predefinidas el usuario puede por ejemplo apagar las luces presionando 1, o activar la alarma presionando 8; se analizan además mejoras para el dispositivo como el uso de claves, o la incorporación de secuencias más complejas que amplíen la capacidad del sistema.

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l. La Red Telefónica. La red telefónica puede considerarse como el conjunto de dispositivos físicos para suministrar el servicio de comunicación telefónica, que permite a los hombres y a los servomecanismos entrar en comunicación cuando cierta distancia los separa. Para proporcionar adecuadamente dicho servicio, es necesario que el sistema telefónico contenga los medios y recursos adecuados para conectar a los aparatos telefónicos específicos al principio de la llamada y desconectarlos una vez que éSta se termine. En el proceso de conexión y desconexión se incorporan las funciones imprescindibles de: conmutación, señalización y transmisión. La función de conmutación comprende la identificación y conexión de los abonados a una trayectoria de comunicación adecuada. La función de señalización se encarga del suministro e interpretación de señales de control y de supervisión que se necesitan para llevar a cabo la operación anterior. El aspecto de transmisión se refiere a la transmisión propiamente dicha del mensaje del abonado y de las señales de control.

El procedimiento para establecer, una llamada telefónica es un proceso complejo, desde el punto de vista de la red; el proceso se divide en tres etapas: establecimiento, transferencia y liberación. burante estas etapas existe intercambio de mensajes entre los equipos terminales y la central telefónica, este intercambio se conoce como señalización, aunque el intercambio se da a través de señales eléctricas, se puede describir, de forma abstracta, como la siguiente secuencia de eventos:

1.- Descolgado: Un usuario, conectado a una central, desea establecer una llamada, esto es, hay una petición de servicio del equipo terminal subscrito a la central. 2.- Invitación: La central envía un mensaje al equipo terminal informandole que su petición fue recibida. 3.- Marcado: El usuario envía, el número del equipo con el que desea comunicarse. 4.- Enrutamiento: La central determina si el equipo identificado con el número enviado por el usuario esta conectado a esa o a otra central. 5.- Resermción: En el caso de que el equipo se encuentre conectado a otra central, la central solicita, al interior de la red la resermción de recursos para atender la petición; la red, dependiendo de la disponibilidad de los recursos, aceptará o rechazará la petición, Si en este punto la petición de servicio es rechazada, se informa al usuario que no es posible dar curso a su petición. &-Timbrado: Se envia un mensaje de aviso al equipo solicitado, si el equipo esta disponible se inicia la fase de transferencia, en caso contrario se informa de esto al usuario solicitante. 7.-Transferencia: Intercambio de información entre equipos terminales. 8.-Liberación: Uno de los equipos da por finalizada la comunicación, se informa al o t ro equipo que la comunicación finalizó y se informa a la red que los recursos pueden ser reciclados.

La figura 1 muestra la sucesión de eventos descrita, esto es solo una parte del total de mensajes que se manejan para establecer, mantener y liberar una llamada, el conjunto total de mensajes se pueden ver en [l].

2

1 Establecimiento

Y llamada en proceso -

Alerta w

Desconectar . hawnnantnr .

TE = Equipo Terminal. IAM= Mensaje Inicial de Dirección. ACM= Dirección Completa. ANM= Respuesta. REL = Liberar. RLSD= Liberación Retrasada. RLC= Liberación Completa.

IAM

"---=a

t"--- A NA4

R EL 6

!LSD --"-+

R LC _c_c

ACM 7

ANM

R EL

"---h

---"+ RL SD

R LC

Establecimiento

"--i lomada en Drocesc -

L

1 I1

3

Como se mencionó anteriormente todo este proceso de intercambio de señales entre equipos terminales y centrales telefónicas se conoce como señalización. El sistema de señalización de una red de telecomunicaciones es un componente esencial que proporciona un mecanismo para que los nodos de la red intercambien información de ruteo, estado del enlace e información de control de la conexión. Los esquemas de señalización han evolucionado significativamente a lo largo del tiempo, en los siguientes párrafos se presentan los diferentes esquemas de señalización y una descripción de ellos.

Señalización en banda

En los años previos a 1970 una llamada telefónica era establecida a través de la red usando señalización en banda. Las señales en la red compartían el mismo canal físico y el mismo rango de frecuencias. Las señales de la red y los datos de usuario no se interferían mutuamente ya que usualmente ellas ocurrían en diferentes instantes de tiempo; la señalización de la red típicamente ocurría previo a que el usuario comenzara a hablar con otra persona. La señalización en la red desarrollaba tres funciones principales: 0 Supervisión. Monitorear el estado del circuito, por ejemplo la señal de colgado, descolgado. 0 bireccionamiento. Proporciona i,nformación de ruteo, por ejemplo el número de la parte

Información de la llamada. Proporciona estado de la llamada y progreso de la información, Ilamante.

por ejemplo señales de ocupado.,,Jlamando, etc.

Inicialmente los nodos de control usaban una variedad de tonos para estos propósitos, los cuales eran conocidos como señalización de frecuencia única (Single Frequency) o señalización multifrecuencia (Multy Frequency). Por ejemplo un tono Único de 2600 Hz en una troncal indicaba un estado ocioso; la ausencia. del tono indicaba una condición de ocupado. Los tonos de múltiple frecuencia fueron usados típicamente para transportar dígitos de direccionamiento. Tonos OTMF son usados para enviar información desde el equipo del usuario hacia la red, mientras que tonos MF son usados dentro y entre las redes. Los esquemas de señalización en banda tenían un pequeño rango de funcionalidad ya que ellos empleaban un conjunto pequeño de c.ódigos (generalmente 16 tonos) y ademds el uso de estos esquemas de señalización resultabcsn grandes tiempos de establecimiento de una llamada (10 a 15 seg.). Adicionalmente ellos eran: susceptibles a fraude; los usuarios podrían construir una variedad de dispositivos que transmitían tonos que podrían confundir a la red haciéndole creer que se habían insertado monedas en un teléfono de paga y con esto tener acceso a los recursos de la red. bebido a estas limitaciones de la señalización en banda surgen otros esquemas de señalización.

Señalización fuera de banda .. ~

bebido a las restricciones impuestas por los sistemas de transmisión, la introducción de la señalización fuera de banda, revolucjonó la industria telefónica. La señalización fuera de banda significa simplemente, que los mensajes de señalización son transportados en un canal distinto al canal de voz.

, .

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LOS primeros sistemas de señalización fuera de banda usaban, ya sea un par de alambres separado (llamado señalización €&M) o un canal de frecuencia fuera del rango de 300 a 3400 Hz del canal de voz (señalización en 3700 Hz). Estos sistemas requerían un circuito de señalización por canal de voz y desarrollaban señalización en una manera similar a los sistemas de señalización en banda. Los amnces en los sistemas digitales de comunicación permitieron el uso de canales de datos dedicados para llevar a cabo la señalización en lugar de un circuito separado. Estos sistemas de señalización orientados a mensaje, permitieron que con un canal de señalización se controlaran muchos canales de voz. Esta señalización en canal común tiene la capacidad de desarrollar las mismas funciones de señalización que los viejos sistemas de señalización en banda y fuera de banda, así como nuevas funciones.

Señalización en canal común

Una red de señalización en canal común (Common Chane1 Signaling) es un tipo de red de señalización fuera de banda, diseñada para intercambiar información de señalización entre los equipos de procesamiento en las- centrales telefónicas usando canales de señalización separados del canal de voz del usuario. Esto permite a la red una asignación, prueba y liberación de los recursos más rápid.a. La red CCS puede examinar todas las partes de la ruta de una llamada para determinar si se encuentran disponibles los recursos o no. Esto permite el establecimiento de una llamada más rápido, minimizando la cantidad de tiempo gastado en reintentos y permite un ruteo más eficiente. Con la introducción de la señalización en canal común, el tiempo promedio para el establecimiento de una llamada disminuyó de 15 a 20 seg. con señalización en banda a aproximadamente de 3 a 5 seg. Las redes de señalización en canal común ofrecen numerosos beneficios al usuario y al proveedor de red. Primero, el ancho de banda a largas distancias es conservado ya que la señalización esta fuera de banda y la señalización para varias troncales puede ser multiplexada en un Único canal de señalización. Segundo, los costos se mantienen bajos ya que se requiere ¿e poco equipo. La señalización en banda requiere facilidades de señalización separadas para cada circuito de usuario, mientras que un Único enlace de señalización fuera de banda puede soportar muchos circuitos de usuario. Tercero, con señalización en canal común se pueden ofrecer servicios adicionales, tales como servicios 800, verificación de tarjeta de crédito e identificador de llamadas.

Componentes de lo red de señalización en canal común

La red se compone de nodos llamados puntos de seña/ización (SP), los cuales están conectados con enlaces especializados llamados en/aces de señakzación. Las funciones de varios SPs definen la estructura de la red de señalización en un canal común. Hay tres tipos de SPs: 0 Las centrales locales y centrales tandem son sistemas de conmutación controladas por

procesador, permitiéndoles el intercambio de señales de supervisión, dirección, progreso de llamada y otras señales de red. Una oficina de conmutación es llamada punto de conmutación de semcio (Service Switching Point). Un SSP puede ser una central local de clase 5, clase 4 o una central tandem dentro de RDSI. Otro nombre para un SSP es un punto de acción (Action Point).

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0 El punto de tronrfemncia de señ¿/(STP) concentra la información de señalización de los SSP'S y conmuta los mensajes dentro de la red de señalización en canal común. Los mensajes de señalización dentro de la red son estructuralmente similares a los paquetes de datos del usuario, y un STP es, esencialmente un nodo conmutador de paquetes.

0 Un STP también proporciona acceso a los puntos de control de sem'co (SCPs). Los SCPs (originalmente llamados puntos de control de red en los sistemas de BELL laboratory), son bases de datos que almacenan información relewnte a los servicios del cliente tales como: información de tarjeta, verificación de crédito, etc.

Modos de señalización en canal común En una red de señalización, el modo de señalización se refiere a la relación entre la ruta actual de señalización de mensajes y la ruta del flujo de información a la cual la señalización se refiere. La red CCS tiene, en general dos modos de señalización. 1. Modo de señalización asociado. Los mensajes de señalización relacionados a un flujo de

información dado entre dos SPs son transportados en una troncal de señalización que conecta directamente a los dos SP's.

2. Modo de señalización no asociado. La ruta de señalización no necesariamente sigue la misma ruta física que la del grupo de usuarios que esta soportando.

Sistema de seílalización N. 7 (557) La seklización en canal común es más flexible y poderosa que la señalización en banda y es más adecuada para soportar los requerimientos de la red digital de servicios integrados (ROSI). Este tipo de señalización es conocida como SS7 (Signaling System Number 7) y fue propuesta por CCITT en 1980, con revisiones en 1984, 1988 y 1992. SS7 esta diseñado para ser un estándar de señalización en canal común entre puntos extremos y puede ser usado sobre una gran wriedad de redes digitales de conmutación de circuitos. Además SS7 esta específicamente diseñada para ser usada en la ROSI. SS7 es el mecanismo que proporciona el control interno e inteligencia de la red, esencial en R O S . La función de SS7 es proporcionar un estóndar internacional de propósito general para los sistemas de señalización con las siguientes características primarias:

Optimizado para el uso de redes digitales de telecomunicaciones, usando canales digitales

0 Diseñado para satisfacer las necesidades de transmisión de información para control de

0 Proporciona un medio realizable para la transferencia de información en la secuencia

Adecuado para la operación sobre canales analógicos y de velocidad por debajo de 64 kbps. 0 Adecuado para enlaces puntos a punto en sistemas tanto terrestres como satelitales. El alcance de 557 es inmenso, ya que este cubre todos los aspectos de control para redes digitales complejas.

de 64kbps.

llamada, control remoto, administración y mantenimiento.

correcta, sin perdida o duplicado.

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ARQUITECTUTA SS7

Arquitectura funcional. Con señalización en canal común, los mensajes de control son ruteados a través de la red para desarrollar manejo de la llamada (establecimiento, mantenimiento y liberación) y funciones de administración de la red. Estos mensajes son bloques cortos o paquetes que deben ser ruteados a través de la red. De donde, aunque la red a ser controlada es una red de conmutación de circuitos, el control de señalización es implementado usando tecnología de conmutación de paquetes. SS7 define las funciones que son desarrolladas en la red de conmutación de paquetes pero no dicta ninguna implementación en hardware particular. Así por ejemplo todas las funciones SS7 podrían ser implementadas en los nodos de conmutación de circuitos como funciones adicionales. Alternativamente, puntos de conmutación que sirvan solo para transportar los paquetes de control y que no se han usado para generar circuitos pueden ser usados. Elementos de la rcd de señalización. SS7 define tres entidades funcionales: puntos de señalización, puntos de transferencia de señal y enlaces de señalización. Un punto de señalización (SP) es cualquier punto en la red de señalización capaz de manejar mensajes de control SS7. Un punto de transferencia de señal (STP) es un punto de señalización que es capaz de rutear mensajes de control; es decir, un mensaje recibido en un enlace de señalización es transferido a otro enlace. Finalmente un enlace de señalización es un enlace de datos que conecta puntos de señalización. Además de los elementos de la red de señalización, podemos considerar que hay dos planos de operación. El primero es el plano de control el cual es el responsable del establecimiento y manejo de las conexiones. Estas conexiones son solicitadas por el usuario sobre un canal O usando Q.931, el diálogo Q.931 es entre el usuario y la central local. Para este propósito, la central local actúa como un punto de señalización, ya que esta debe convertir entre el dialogo con el usuario (Q.931) y los mensajes de control dentro de la red. Interno a la red SS7 es usado para establecer y mantener una conexión; este proceso puede involucrar uno o mas puntos de señalización y puntos de transferencia de señal. Una vez que una conexión es establecida la información se transfiere de un usuario a ot ro mediante el plano de información.

7

STP= Punto de Transferencia de Señal SP = Punto de Señalización TC = Central de Tránsito LE = Central Local

FIGURA 2. Redes de transferencia de señalización e información.

Protocolo de la arauitectura.

La arquitectura SS7 consiste de 4 niveles. Los 3 niveles más bajos de la arquitectura SS7 se conocen como parte de tmnsferencia de mensqie (Message Transfer Part) un servicio no orientado a conexión (estilo datagramas) para el ruteo de los mensajes a través de la red. El nivel más bajo, enlace de datas de señalización, corresponde al nivel físico del modelo OSI, esta encargado de las características físicas y eléctricas de los enlaces de señalización. El nivel enlace de señalización es un protocolo de control de enlace de datos que proporciona una entrega en orden de los datos que cruzan un enlace de datos de señalización, este corresponde al nivel 2 del modelo OSI. El nivel más alto del MTP se conoce como nivel de red de setalizacidn el cual proporciona ruteo de datos a través de múltiples STP’s. Estos tres niveles juntos no proporcionan el conjunto completo de funciones y servicios especificados en las capas 1-3 del modelo OSI, mas notablemente en las áreas de direccionamiento, y servicios orientados a conexión. En 1984 fue añadido un módulo mas, el cual reside en el nivel 4, y conocido como la parte de contml de conexiost (SCCP). El SCCP y el MTP juntos se conocen como la parte de servicio de red (Network Service Part). Una variedad de diferentes servicios de red son definidos en SCCP, para satisfacer las necesidades de los diferentes usuarios de NSP. NSP es simplemente un sistema de entrega de mensajes. La parte de usuario de RDSI (ISUP) proporciona señalización de control necesaria en RDSI para tratar con los usuarios de RbSI y funciones relacionadas. La parte de adminktmción, qvemción y mantenimiento (O&MAP) especifica funciones de administración de la red y mensajes relacionados para la operación y mantenimiento de la misma.

Parte de usuario RDSI (ISUP) La parte de usuario RDSI del sistema de señalización número 7 define las funciones, procedimientos e intercambio de información de señalización requerida para proporcionar servicios de conmutación de circuitos y facilidades de usuario asociados a servicios de voz, o de otras aplicaciones sobre la RDSI. Se pueden establecer 3 requerimientos para el ISUP:

Este debe en la parte de transferencia de mensajes o en la parte de servicios de red de

0 Su diseño debe ser flexible para adaptarse a futuras mejoras en las capacidades de la

0 Debe ser capaz de trabajar con el protocolo de control de llamada Q.931.

SS7 para la transmisión de mensajes.

RDSI.

El protocolo de control de llamada definido en 4.931 se refiere a las facilidades de control de señalización en canal común, abiertas para el uso del suscriptor de la RbSI.

Mensajes Los procedimientos de red para establecer, controlar y terminar una llamada ocurren como resultado de mensajes ISUP intercambiados entre las centrales y los puntos de transferencia de señal dentro de lo red. Los mensajes consisten de campos organizados dentro de las siguientes partes: 0 Etiqueta de ruteo: Esta etiqueta indica los puntos fuente y destino de el mensaje. La

etiqueta también incluye un campo con código del enlace de señalización. Para cada circuito

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individual de conexión debe ser usada la misma etiqueta de ruteo en todos los mensajes asociados con esa conexión. Códgo de identificación delcircuito: Indica a que circuito esta relacionado un mensaje en especial. Epo de mensaje: Identifica que mensaje ISUP esta siendo enviado. El contenido del resto del mensaje depende del tipo de mensaje. Parte fija obligatoria: Contiene los parámetros que son obligatorios para un tipo de mensaje particular y de longitud fija. La posición, longitud y orden de los parámetros son definidos únicamente por el tipo de mensaje. Parte variable obligatoria: Contiene los parámetros que son obligatorios para un tipo de mensaje particular y longitud variable. Cada parámetro requiere un apuntador y un indicador de longitud así como el valor del parámetro. Parte opcionak contiene los parámetros que pueden o no ocurrir para un tipo de mensaje particular. Cada parámetro requiere un nombre y un indicador de longitud, as; como el valor del parámetro.

Los mensajes ISUP pueden ser divididos en 9 categorías: 1) Mensajes de establecimiento directo: Sirven para establecer una llamada, estos mensajes

permiten la especificación de las características de la llamada. 2) Mensajes de establecimiento directo: Son usados durante la fase de establecimiento de la

llamada. Ellos son usados para transportar información adicional que sea requerida durante el establecimiento de la llarnada, además de que sirve para revisar que un circuito cumpla con las caracteristicas deseadas a través de toda la red.

3) Mensajes de establecimiento hacia atrás: Soportan el proceso de establecimiento de la llamada e inician procedimiento de carga y acontecimiento.

4) Mensajes de supervisión de la llamada: Son mensajes adicionales que podrían necesitarse en el proceso de establecimiento de la llamada. Este grupo incluye indicaciones de si una llamada fue respondida o no y capacidad para soportar intervención manual entre RbSI's que cruzan fronteras nacionales.

5) Mensajes de supervisión del circuito: Relacionados a un circuito ya establecido. Tres funciones principales son soportadas. Un circuito puede ser liberado, lo cual concluye una llamada. Un circuito puede ser suspendido y regresado mas tarde. Finalmente, un circuito que no esta siendo usado actualmente puede ser establecido.

6) Mensajes de supervisión para un grupo de circuitos: En el caso en que un grupo de circuitos es tratado como una única unidad a controlar estos mensajes efectúa las mismas funciones que los mensajes de supervisión del circuito.

7) Mensajes de modificación de llamada: Son usados para alterar las características o las facilidades asociadas con la red de una llamada activa.

8) Mensajes entre puntos extremos: Incluye información entre usuarios finales.

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2. OTMF

2.1 Oescripción.

Tradicionalmente la manera de señalizar en telefonía había sido mediante interrupciones controladas (40 mseg. - 60 mseg.) de la línea telefónica y se le denominaba señalización por pulsos, el sistema de marcación era el disco giratorio que al regresar iba abriendo y cerrando la línea telefónica, mediante sistemas mecánicos (levas) y contactos eléctricos, sin embargo desde la década de los 70' S, se empezaron a concebir nuevos métodos que fueran dentro de la banda telefónica de 300 a 3400 Hz. y que la marcación se enviara por tonos, es decir señales audibles y sin que agregaran ruido a la línea o transitorios indeseables, se pudieran enviar y detectar en forma inconfundible, por esto se ideó el concepto OTMF el cual fue diseñado por los laboratorios BELL e introducido por primera vez en los Estados Unidos. DTMF proviene de las palabras en ingles Dual Tone Multi Frecuency, que significa dos tonos de múltiples frecuencias, y que en español más común denominamos señalización DTMF o marcación por Tonos. Se eligió un conjunto de frecuencias bajas y un conjunto de frecuencias altas o tonos bajos y tonos altos. Cada dígito en el número del equipo al que se desea llamar es representado como la suma de dos tonos, el teclado de un teléfono representa una matriz de tonos donde a cada dígito corresponde un tono de los renglones y uno de las columnas, la figura 3 ilustra lo anterior.

Figura 3. Frecuencias OTMF en un teclado telefónico.

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Los teléfonos normales utilizan el teclado comercial y los teléfonos o aparatos especiales utilizan además las teclas ABC y D, que junto con el teclado convencional constituyen el teclado extendido. Así por ejemplo cuando la tecla 4 se pulsa, se envía la señal que es la suma de dos senoidales una de frecuencia 770 Hz. y la otra de 1209 Hz, y la central telefónica podrá decodificar esta señal como el dígito 4 y obrará en consecuencia.

Los tonos de las señales Multifrecuencias fueron diseñados de forma que no sean armónicos de frecuencias muy usadas como de 60 Hz. de modo que si los tonos son enviados con exactitud y así también son decodificados, la señalización DTMF supera a la de pulsos al ser más rápida, tener más dígitos (16 en lugar de lo), ser más inmune al ruido, estar en la banda audible, permitir sobremarcación (DISA, DID, etc.). Además suenan melodiosos al oído y se puede recordar también, para aquellas personas con oído musical, podrán recordar un número telefónico por como suena la melodía al marcarlos.

Las especificaciones I T U 4.24 para la detección DTMF son las siguientes: 0 Tolerancia a la frecuencia: un símbolo válido DTMF debe tener una desviación en

frecuencia dentro del 1.5% de tolerancia. Los símbolos con una desviación en frecuencia mayor al 3.5% deberán ser rechazados.

válido. La duración de la señal no debe ser menor de 23ms.

15db y en el peor caso con una atenuación de 26dB.

ser detectada como dos símbolos distintos.

40ms debe ser detectada como dos símbolos distintos.

invertida.

como un símbolo DTMF válido.

0 Duración de la señal: Un símbolo DTMF con una duración de 40ms debe ser considerado

Atenuación de la señal: El detector debe trabajar con una relación señal- ruido (SNR) de

Interrupción de la señal: Una señal DTMF válida interrumpida por lOms o menos no debe

Pausa en la señal: Una señal DTMF válida separada por una pausa de tiempo de al menos

0 Fase: El detector debe operar con un máximo de 8dB en fase normal y 4dB en fase

0 Rechazo al habla: El detector debe operar en la presencia del habla rechazando la voz

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2.2 Aplicaciones

Durante la etapa de transferencia la información viaja entre puntos terminales, la información que típicamente es transportada por la red telefónica conmutada es la voz, además de voz se pueden transportar datos, como en el caso de una conexión a Internet a través de un módem, también los tonos DTMF pueden ser transportados durante esa etapa, esto ha generado diversas aplicaciones en las que el envío de señales DTMF juegan un papel fundamental; los sistemas de información telefónica, por ejemplo, emplean DTMF para permitir al usuario acceder a diferentes opciones y submenus, los sistemas de consulta de saldo y los de venta anticipada de entradas son ejemplos de lo anterior, otra posibilidad es emplear determinados tonos, o secuencias de estos, como entradas para dispositivos de control, esto permite el control de dispositivos a distancia via telefónica.

Las aplicaciones para este sistema de control pueden ser tanto domésticas como industriales, ya que solo es necesario contar con una línea telefónica para implementarlo y puede controlar cargas tanto de corriente directa como de corriente alterna. El uso más frecuente para este tipo de sistemas es la domótica, la cual es entendida como la incorporación de aplicaciones de control y automatización en el hogar. En los accesorios telefónicos se utiliza frecuentemente la señalización DTMF, para programar alguna función, para ordenar que el. aparato haga alguna operación, para activar/ desactivar alguna caracteristica y muchas otras aplicaciones, sin embargo siempre es necesario que se utilice un teléfono de teclas ó de señalización de tonos.

2.3 Dispositivos comerciales

Actualmente existen una gran variedad de circuitos integrados, tanto generadores, como detectores DTMF (por ejemplo el MT8870D/MT8870D-l de ZarlinkMR semiconductor), así mismo ya empiezan a aparecer en el mercado circuitos microcontroladores que incluyen el detector y generador OTMF como parte interna de los mismos y con capacidad de control del programa.

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3 Control de servicios

3.1 descripción del proyecto

Durante el desarrollo de las actividades cotidianas es común que por descuido, olvidemos desconectar el interruptor de un foco, o activar la alarma, o cerrar la puerta del estacionamiento, en estos casos nos vemos obligados a regresar a casa a corregir nuestro error, esto implica una pérdida de tiempo considerable; si por alguna causa no es posible regresar, enfrentamos problemas que van desde el desperdicio de energía, y por tanto un aumento en la cuenta, hasta el poner en riesgo nuestras pertenencias, por un incendio o por robo; en situaciones como las descritas desearíamos poder apagar el foco con solo pensarlo, esto no es posible, aunque existe una solución que se aproxima bastante si se cuenta con una línea telefónica en casa y un dispositivo de control apropiado.

El proyecto esta pensado para controlar diversos servicios en el hogar desde un lugar remoto usando la línea telefónica como medio de transmisión, como es de esperarse existen una gran variedad de servicios que pueden ser controlados, por ejemplo se podría controlar el apagado o encendido de las luces, control de puertas, activación de alarmas, etc. El proyecto desarrollado será capaz de activarse después de un cierto número de tonos de aviso que se reciban en el lado entrante de la llamada telefónica (de la misma forma en que una contestadora telefónica se activa después de un cierto tiempo de que se detecta una llamada entrante), una vez que el circuito se active será capaz de decodificar los tonos que el usuario envie y mediante claves predefinidas activar o desactivar algún servicio en particular. Una vez que se activa/ desactiva el servicio, el circuito se encuentra listo para recibir una nueva orden, esto hasta que se detecte que el usuario ha colgado. Cabe mencionar que este no afectara de ninguna manera la operación normal del teléfono es decir se podrán hacer y recibir llamadas sin que el circuito se active. Las claves que se pueden tener son desde lo más simple, es decir una clave de un solo dígito con lo cual podemos controlar hasta 12 servicios (usando un teclado comercial el cual tiene 12 teclas) o tener claves de un mayor número de dígitos con el fin de obtener confiabilidad y seguridad, ya que con las claves de un solo dígito se podría accionar algún servicio por accidente, esto además de proporcionar seguridad ampliaría la capacidad del sistema para controlar un mayor número de servicios (si se usaran claves de 3 dígitos se pueden controlar hasta 220 servicios).

El proyecto desarrollado es una aplicación de control a distancia, consta de los elementos mínimos para su operación: un módulo detector de DTMF, un módulo de colgadoldescolgado, un módulo de control, y una etapa de potencia. Las posibilidades para el desarrollo de un proyecto como este son amplias, pero debido a la falta de tiempo solo se implementaron los componentes básicos, las posibles mejoras al proyecto son analizadas en una sección posterior. El proyecto permite, empleando la línea telefónica, el control de hasta 12 cargas, implica la sustitución de los interruptores mecánicos, por interruptores electrónicos o electromecánicos, y una lógica de control que permita el encender y apagar los dispositivos desde casa y vía telefónica, se debe además conectar a la línea telefónica un decodificador de tonos para detectar el tono de llamada entrante y el módulo de colgado. La operación del dispositivo se da del siguiente modo, el usuario realiza una llamada a su número telefónico, el tono de llamada es detectado por éI módulo de colgado/ descolgado y responde a la llamada, el usuario presiona la tecla apropiada,

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cada tono del dígito recibido es detectado en forma independiente, y se activa la señal del dígito, esta s e h l es interpretada como la señal de control de una carga determinada y se activa, o se desactiva, el interruptor correspondiente, el usuario da por finalizada la operación al colgar el auricular, la señal de colgado es detectada por el módulo de colgado/ descolgado y se desconecta el dispositivo de la línea, dejándola disponible.

4 Desarrollo

4.1 Módulo de colgado/ descolgado

Un módulo de colgado / descolgado de la línea telefónica es necesario debido a que la mayor parte del tiempo el sistema de control se encuentra sin conexión directa con la línea en cuestión, para esto, el sistema debe tener forma de conectarse a esta (descolgar) y desconectarse (colgar) cuando se detecte que el usuario ha colgado o después de un cierto tiempo que no halla actividad en la línea telefónica. Una vez descolgada, la línea telefónica se encuentra en posibilidad de llevar las señales DTMF hacia el módulo de decodificación DTMF. Dado que estas señales se propagan por medio del sistema de telefonía y tienen niveles de voltaje que varían de acuerdo a las condiciones de las centrales telefónicas de los abonados y estos niveles son susceptibles de variación de acuerdo a situaciones ajenas a la central, fue necesario implementar una etapa de aislamiento eléctrico del sistema con línea telefónica. El módulo de decodificación de tonos se describe a continuación.

Descolgado (+> Descolgado (-1

Detección de timbre Detección de timbre

(+> (->

Figura 4. Módulo de colgado/ descolgado

4.2 Detección de tonos

Para detectar un tono puro de frecuencia FO se debe fi l trar la señal de la línea de modo que a la salida del f i l tro solo veamos dicho tono, el circuito seleccionado para tal efecto es el LM567, PLL y detector de tonos, dicho circuito entrega un cero a la salida cuando se detecta un tono dentro de su ancho de banda. La detección de cada tono perteneciente a la matriz de tonos DTMF se da en forma individual, el circuito de la fig. 5 presenta la configuración empleada para cada tono:

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Entrada

W

FIGURA 5. Configuración del Detector de Tonos.

En nuestro circuito se propuso el valor de C1 f i jo para todos los tonos, el valor de la resistencia R1 correspondiente a cada tono, se determino basándose en la fórmula anterior, obteniéndose los siguientes valores de resistencias:

Para seleccionar los valores de los demás componentes se consideran las recomendaciones del fabricante que indica que para mayor estabilidad C2 debe ser el doble de C3 y R2>=100KQ, los

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valores de capacitores y resistencias empleados son los siguientes: R2= 100K0, C2=22pF y C3=10pF.

Cuando se envia un digito dos tonos son detectados, la señal de control correspondiente al dígito se obtiene con una compuerta NOR :

De la linea Digit0

LM567

Figura 6. Oecodif icoción de un dígito.

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La detección de las 12 posibles señales de control se da con el siguiente esquema

Figura 7. becodificador Touch- Tone.

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4.3 Módulo de potencia

Este módulo del sistema tiene como finalidad controlar las cargas de manera aislada a todos los demás módulos para protegerlos de picos de voltaje, cortocircuitos y transitorios en la línea de suministro de alto voltaje. Es importante que esta etapa permanezca aislada por completo del sistema digital para prevenir descargas accidentales sobre este último, para este propósito se utilizaron optoacopladores entre cada línea de decodificación y los dispositivos que controlaban la activación o desactivación de las cargas (en el sistema empleamos thirystores). En este módulo lo importante fue elegir el tiristor correcto ya que se debía cumplir con las especificaciones de cada carga, esto para evitar un mal funcionamiento de la misma o inclusive prevenir que esta se fuese a dañar. Los tiristores usados fueron los 2N6071A que cumplían perfectamente con los requerimientos de potencia en las cargas. Es este módulo se tenia la opción de controlar una carga en especial vía telefónica (a través del sistema) y además de manera local, es decir el control de las cargas no estaba limitado a usar el sistema de manera remota. En la figura 8 se muestra un diagrama (para una sola carga) de la manera en que se realizó este módulo.

Figura 8. Módulo de potencia.

Cabe señalar que en la realización del módulo de potencia se tenía la opción de elegir entre tiristores y relés, como se menciono en el párrafo anterior se eligió usar tiristores esto debido a que los relés demandaban demasiada corriente para su activación.

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5 Análisis de mejoras

El dispositivo construido cumple con las funciones básicas de control a distancia, y su desempeño es aceptable aunque su funcionamiento puede ser mejorado, el dispositivo puede ser empleado por cualquier persona sin autorización, el número de elementos que pueden ser controlados se limita a los 12 pares de tonos disponibles, y se requiere que el usuario recuerde que actividad controla cada dígito; además el circuito detector de tonos es muy sensible a variaciones en los valores de los componentes externos.

5.1 Propuestas

La primer mejora propuesta es emplear un dispositivo detector de propósito específico como el MT8870 de zarliink o el MC145740 de Motorola, ambos proveen detección de todos los tonos y entregan una salida digital, el primero lo hace en forma paralela y el segundo en forma serial, el MC145740 puede generar los tonos DTMF por lo que ofrece mayores posibilidades.

I

L

Figura 9. Oetector de propósito específico MT8870.

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Figura 10. Detector de propósito específico M145740

En ambos casos la salida digital requiere el uso de un dispositivo de control mas complejo, como un microcontrolador o un dispositivo programable (PIC,PLC,FPGA). Lo anterior representa la segunda mejora, el empleo de un dispositivo de control de ese tipo amplia las posibilidades, permite el empleo de claves de acceso y empleo de menús, aumentando la seguridad y la funcionalidad, si .se agrega además, como tercera mejora, una tarjeta de sonido con mensajes pregrabados es posible crear un ambiente de mayor interacción entre el usuario y el dispositivo, permitiendo al usuario conocer el estado de las cargas y tomar la decisión de encender o apagar alguna de ellas, con mensajes como "apagar luz principal", "luz principal apagada", etc.

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L I N E A

1 P o - S T “ - A

-

E L N ‘ I

D AUDIO C

I A

A

Figura 11. mejoras

La etapa de potencia no requeriría modificaciones, ya que la configuración presentada trabaja de manera satisfactoria.

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Conclusiones

Durante el proceso de investigación y documentación del presente proyecto se encontró que las aplicaciones de la transmisión de tonos dobles de frecuencia múltiple o DTMF tienen un número de aplicaciones cada vez mayor debido a la creciente demanda de servicios que requieren de confiabilidad en el intercambio de información en una gran variedad de formatos. El número creciente de fabricantes de circuitos integrados especializados provee a los fabricantes y diseñadores de sistemas electrónicos que requieren procesar información en forma de tonos dobles de una amplia gama de opciones, estos circuitos integrados la mayoría de ellos de fácil configuración y costos accesibles que llevan a cabo la tarea de decodificar, generar y transmitir los tonos DTMF también se encuentran dotados de las interfaces mas populares para microcontroladores como son: paralelas con tercer estado o SPI solo por mencionar algunos. Además, es importante tener en consideración que varias de las propiedades deseables en los diferentes circuitos integrados que conforman el sistema de control remoto tienen efectos sobre el desempeño de éste.

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BIBLIOGRAFÍA

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