Conmutación telefónica

Conmutación telefónica
Conmutación
Conmutación
Justificación y definición
Conmutación de circuitos
Conmutación de mensajes
Conmutación de paquetes
Comparación de las técnicas de conmutación
Justificación y definición.
Si se atiende a las arquitecturas y técnicas utilizadas en la conexión entre
terminales telefónicos, la red telefónica se encontraría entre las denominadas
redes de telecomunicación conmutadas, formada por un conjunto de nodos
interconectados, de forma que la información se transmite de un origen a un
destino mediante su encaminamiento a través de distintos nodos que se
encuentran conectados mediante rutas de transmisión. La información que accede
a la red desde un terminal se encamina a su destino, siendo conmutada de un
nodo a otro.
Aparece así la conmutación como uno de los primeros conceptos que se
necesitó desarrollar para conseguir interconectar entre sí a los usuarios de los
diferentes sistemas de telecomunicación a un coste razonable, pudiendo ser
definida la conmutación como la parte de la telecomunicación que estudia los
sistemas que permiten establecer conexiones semipermanentes entre dos
terminales cualesquiera enlazados al sistema.
Las redes conmutadas se pueden clasificar en base a los procedimientos que
se utilizan en la conmutación de la información de un enlace a otro, dando lugar a
las redes conmutadas en circuitos, mensajes y paquetes.
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Grupo de Electromagnetismo
Conmutación de circuitos.
La telecomunicación por conmutación de circuitos implica que en un momento
dado hay una ruta dedicada entre dos terminales. Esta ruta se compone de una
secuencia de enlaces entre nodos, dedicándose en cada enlace físico un canal a la
conexión.
Para llevar a cabo la comunicación por conmutación de circuitos se necesita
seguir las tres fases siguientes: establecimiento del circuito, transmisión de la
información y desconexión del circuito.
Puesto que la ruta de conexión se establece antes del comienzo de la
transmisión de la información, habrá de reservarse la capacidad de un canal entre
cada par de nodos de la ruta y cada nodo habrá de disponer de la necesaria
capacidad interna de conmutación para manejar la conexión requerida. Así pues, la
capacidad del canal está totalmente asignada aun cuando no haya transferencia de
datos.
En las comunicaciones telefónicas la utilización del canal puede ser alta. Sin embargo, en
una conexión de transmisión de datos el canal puede no estar utilizado durante la mayor
parte del tiempo.
En este tipo de conmutación, desde el punto de vista del rendimiento, va a
existir una demora previa a la transferencia de información debida al
establecimiento de la llamada. Una vez que el circuito se ha establecido la red es
transparente a los usuarios, transmitiéndose la información a una velocidad
determinada sin otro retardo que el de propagación a través de los enlaces,
considerándose que el retardo en cada nodo es despreciable.
Cada nodo en una red de conmutación de circuitos es una central de
conmutación.
Conmutación de mensajes.
En este tipo de comunicación conmutada, cuando un terminal requiere enviar
un mensaje incorpora a éste una dirección de destino. El mensaje pasa a través de
la red de un nodo a otro, recibiéndose en cada uno de ellos el mensaje completo
que es almacenado y retransmitido al nodo siguiente. De esta forma no se necesita
establecer una ruta dedicada entre dos terminales.
Un nodo de conmutación de mensajes es típicamente un miniordenador con
algunas características de entrada/salida que lo hacen particularmente adecuado
para el tratamiento de los mensajes entrantes y salientes.
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Conmutación de paquetes.
La conmutación de paquetes trata de combinar las ventajas de las
conmutaciones de mensajes y circuitos, minimizando las desventajas de ambas. Es
una técnica similar a la de mensajes, con la diferencia de que la longitud de las
unidades de información (paquetes) está limitada, en tanto que en la conmutación
de mensajes la longitud de estos es mucho mayor.
Las longitudes típicas de los paquetes oscilan entre 1000 y varios miles de bits. En algunas
recomendaciones los tamaños máximos de los paquetes están normalizados a 128, 256 ó
512 caracteres.
En el caso de las redes de conmutación de paquetes, los mensajes que
superan la máxima longitud preestablecida deben ser divididos en unidades de
información más pequeñas por los equipos terminales. Cuando una estación
terminal desglosa un mensaje en paquetes y envía estos a su nodo, existen dos
métodos de tratamiento de los paquetes por parte de la red:
f Método datagrama, en el que cada paquete es tratado
independientemente, de forma análoga a como se tratan los mensajes en
las redes de conmutación de mensajes, dándose el caso de que paquetes
con la misma dirección de destino no siguen la misma ruta, lo que puede
dar lugar a que los paquetes se reciban en una secuencia distinta a la que
han sido emitidos, por lo que el terminal de destino será el encargado de
reordenar los paquetes en la secuencia original.
Sea la red de la figura siguiente. Supongamos que la estación A tiene un mensaje de tres (3)
paquetes para el equipo terminal D.
La estación A envía todos los paquetes en su orden correcto al nodo 1, al que está
conectada. Este nodo realiza una decisión de encaminamiento a nivel de cada paquete. Así,
puede ocurrir que el nodo 1 determine que para el paquete 1 la cola más corta es la
correspondiente al nodo 5. Sin embargo, para los paquetes 2 y 3 el nodo 1 decide que la
cola más corta es la correspondiente al nodo 4. De esta forma el paquete 1 ha seguido la
ruta determinada por el encaminamiento a través de los nodos 1-5-4, en tanto que la ruta
seguida por los paquetes 2 y 3 ha sido la determinada por el encaminamiento entre nodos 14. Además, es posible que los paquetes 2 y 3 lleguen a su destino antes que el paquete 1.
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f Método de circuitos virtuales. En este caso se establece una conexión
lógica antes de proceder a la transmisión de la información, pudiendo ser
esta conexión permanente o transitoria, denominándose respectivamente
circuito virtual permanente o conmutado.
En el caso del circuito virtual permanente la ruta está predeterminada para
un par de terminales, lo que implica que está dedicada. En el caso del
circuito virtual conmutado la ruta se establece en la fase de establecimiento
de la llamada, siendo necesario en cualquiera de los dos casos que cada
paquete contenga un identificador de circuito virtual además de la
información.
Supongamos nuevamente que el terminal A de la red de la figura siguiente tiene
información que enviar a D.
El nodo 1 decide encaminar, en base a un paquete de petición de llamada emitido por A,
todos los paquetes enviados en la conexión al nodo 5, y éste, al nodo 4. Si D está preparado
para aceptar la llamada envía un paquete de llamada aceptada al terminal A, a través de la
ruta establecida (nodos 4-5-1). Los terminales A y D pueden ahora intercambiar datos sobre
la conexión lógica o circuito virtual establecido.
La principal característica del método de circuito virtual es que la ruta entre
terminales se establece con anterioridad a la transferencia de información,
lo que no significa que haya una ruta dedicada. Los paquetes se almacenan
en cada nodo y se aseguran a la línea de la cola de salida. La diferencia con
el método datagrama estriba en que cada nodo no necesita realizar una
decisión de encaminamiento para cada paquete, sino que se realiza una sola
vez la decisión por cada conexión.
Comparación de las técnicas de conmutación.
En la figura 1 se realiza una comparación gráfica de las técnicas de
conmutación de circuitos, mensajes y paquetes (método de circuito virtual conmutado), desde un punto de vista cualitativo. En dicha figura se representa la
transmisión de un mensaje a través de cuatro nodos.
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Figura 1. Comparativa de diferentes tipos de conmutación.
En la gráfica comparativa se aprecian tres tipos de demoras, a saber: retardo
de propagación (RP), que es el tiempo que requiere una señal para propagarse de
un nodo a otro, tiempo de transmisión, que es el tiempo que precisa un terminal
emisor para enviar un bloque de información, y retardo nodal (RN), que es el
tiempo requerido en un nodo para conmutar la información.
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A continuación, en la tabla 1, se indican un conjunto de características que,
junto con el rendimiento, se deben tener en cuenta a la hora de efectuar un
análisis de utilización de las distintas técnicas de conmutación en aplicaciones de
telecomunicación.
Conmutación
de circuitos
Vía de transmisión
dedicada
Transmisión
transparente de
información
Adecuada para uso
interactivo
Mensajes no
almacenados
Conmutación
de mensajes
Conmutación
Conmutación
de paquetes
de paquetes
(Datagrama)
(Cto. Virtual)
Vía de transmisión no dedicada
Transmisión de
mensajes
Transmisión de paquetes
No adecuada para
Adecuada para uso interactivo
uso interactivo
Almacenamiento de
Almacenamiento de paquetes hasta su
mensajes para envío
envío
diferido
Ruta establecida
Ruta establecida
Ruta establecida
Ruta establecida
para toda la
para cada mensaje para cada paquete
para toda la
comunicación
comunicación
Retardo de llamada. Retardo de transmi- Retardo de
Retardo de llamada
Retardo de
sión de mensajes
transmisión de
en circuitos virtuales
transmisión
paquetes
conmutados.
despreciable
Retardo de
transmisión de
paquetes
Sobrecarga puede
Sobrecarga
Sobrecarga
Sobrecarga puede
bloquear la llamada. incrementa el
incrementa el
bloquear la llamada.
No hay retardo una retardo de los
retardo de los
Incrementa el
vez establecida la
mensajes
paquetes
retardo de los
llamada
paquetes
No hay conversión
Conversión de velocidad y código
de velocidad y
código
Ancho de banda fijo
Ancho de banda dinámico (función del tráfico)
No hay caracteres
Caracteres de
Caracteres de control en cada paquete
de control una vez
control en cada
realizada la llamada mensaje
Tabla 1. Características de los distintos tipos de conmutación.
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Conmutación telefónica
Conmutación telefónica
Conmutación telefónica
Introducción
Abonados y enlaces
Red de conexión y unidad de control
Diferencias entre red de conexión y unidad de control
Red de conexión
Etapas T
Etapa S
Unidad de control
Funciones básicas de los equipos de conmutación
Introducción.
De las distintas técnicas de conmutación que se han analizado de una manera
concisa en los apartados anteriores, es la de conmutación de circuitos la que
vamos a estudiar más en profundidad y, dentro de ella, la conmutación realizada
en los sistemas telefónicos, por ser estos los de mayor implantación.
Avanzábamos al hablar de la conmutación de circuitos que los nodos de la red
correspondiente se denominaban centrales de conmutación. Pues bien, todos los
tipos de centrales de conmutación que se utilicen en la red telefónica, independientemente del sistema de que se trate, han de poder cursar diferentes clases de
llamadas y proporcionar una serie de funciones básicas elementales. Así mismo, en
todas ellas puede hacerse una división clásica entre la red de conexión y la
unidad de control.
En este punto, y entendiendo que los enlaces punto a punto pueden no ser los
más adecuados en determinadas condiciones (largas distancias entre terminales,
gran número de usuarios del sistema,...) podríamos hacernos una serie de
preguntas: ¿cuál es el motivo de la utilización de las centrales de conmutación?,
¿existe más de un motivo que justifique su existencia?, ¿qué implicaciones tiene la
utilización de las centrales sobre la red?,...
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Uno de los motivos de la existencia de las centrales de conmutación en
telefonía es el ahorro del número de conexiones, consecuencia lógica de la propia
concepción de la conmutación, basada en la interconexión de los diferentes
usuarios a un coste razonable. Sin embargo, no es este el único motivo. Pensemos
en lo que ocurre cuando un usuario o abonado efectúa una llamada telefónica.
El usuario descuelga su teléfono e, inmediatamente, escucha una señal ininterrumpida que
le indica que puede proceder a marcar cifras. Cuando termina la operación de marcar cifras
el abonado ha de ser conectado con el colateral (abonado llamado), a través de la central o
centrales implicadas y, en su caso, de las uniones entre centrales.
Una vez efectuada la conmutación entre abonados, estos quedan conectados y la central ha
de enviar al abonado llamante la señal correspondiente que le indique si el colateral está
libre u ocupado, o bien si la llamada no ha tenido éxito por cualquier motivo.
Simultáneamente, la central ha de enviar otra señal al terminal telefónico del colateral si es
que este se encuentra libre.
Por fin, han de mantenerse conectados los dos abonados mientras están en conversación y
al término de la misma hay que desconectarlos.
Se produce un "diálogo" entre una central y el terminal telefónico del abonado
llamante. Pero también entre las centrales implicadas en la comunicación; y entre
una central y el terminal del abonado llamado (colateral). Estos diálogos,
necesarios en el establecimiento de una comunicación, y agrupados bajo la
denominación genérica de señalización, justifican la existencia de las centrales de
conmutación.
Además de las citadas, en el proceso de la comunicación entre abonados hay
que realizar una serie de funciones auxiliares, pero no por ello menos importantes,
como la tarificación de la llamada al abonado llamante,....
Es evidente que la realización de las funciones citadas (conexión, señalización,
tarificación,...) requiere un cierto grado de "inteligencia" de la red telefónica. Dicha
inteligencia, por razones de complejidad y de tamaño, no está distribuida en los
aparatos telefónicos, sino que está concentrada en las centrales, de manera que
son las centrales telefónicas o centrales de conmutación las que deben
proporcionar tales funciones, de las cuales la más importante es la de conexión o
conmutación de los abonados llamante y llamado, de la que reciben el nombre.
El componente fundamental de una central de conmutación es el denominado
equipo de conmutación, compuesto por una serie de órganos automáticos y de
circuitos, de naturaleza más o menos compleja, que pueden estar realizados con
tecnología electromecánica o electrónica, y dentro de la tecnología con la que
estén realizados pueden responder a distintas y variadas concepciones de la
conmutación. En otras palabras, la solución que se dé a la realización del equipo
de conmutación no es única, pudiendo existir distintas soluciones que cumplan con
las funciones básicas que son requisito indispensable de cualquier sistema de
conmutación. Cada solución distinta, suficientemente diferenciada de las demás, se
conoce como un sistema de conmutación.
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Abonados y enlaces.
Al equipo de conmutación de una central telefónica se conectan abonados y
enlaces o circuitos individuales de unión con otras centrales. Por un enlace
concreto y en un instante determinado solamente puede cursarse una
comunicación. Si un enlace puede utilizarse para establecer comunicaciones,
lógicamente no simultáneas, en direcciones contrarias, se denomina enlace
bidireccional. Si, por el contrario, un enlace está especializado en cursar
comunicaciones que se establecen en una determinada dirección, y sólo en ésa, se
denomina enlace unidireccional, siendo de este segundo tipo la mayoría de los
enlaces actualmente en servicio.
Desde el punto de vista de una central telefónica se tienen dos tipos de enlaces unidireccionales: los enlaces de salida, que sirven para cursar llamadas que se establecen saliendo
de la central hacia otra, y enlaces de llegada (o entrada), que sirven para cursar las
llamadas que se establecen entrando a la central desde otra.
Si consideramos una central con abonados y enlaces, tanto de salida como de
entrada, nos podemos encontrar con la existencia de distintos tipos de llamadas,
que son las siguientes:
1. Llamada local. Es la producida entre dos abonados conectados a la misma
central, efectuando el equipo de conmutación la conexión entre ambos
abonados.
2. Llamada saliente. Es la producida cuando un abonado de la central llama
a otro abonado que no es de la central. El equipo de conmutación, en este
caso, ha de efectuar la conexión entre el abonado llamante y uno cualquiera
de los enlaces de salida libres que encaminen la llamada hacia la central a la
que se conecta el abonado llamado, ya sea directamente o a través de otras
centrales intermedias.
3. Llamada entrante. Es la producida cuando un abonado que no es de la
central llama a un abonado de la central. El equipo de conmutación ha de
efectuar la conexión entre el enlace de llegada por el que se presenta la
llamada en la central y el abonado llamado.
4. Llamada de tránsito intermedias. Esta llamada es la que se produce entre
dos abonados que no pertenecen a la central aunque hace tránsito en la
misma. La llamada se presenta en la central por un enlace de llegada y el
equipo de conmutación ha de realizar la conexión de éste con uno de los
enlaces de salida libres que encaminen la llamada hacia la central a la que
se conecta el abonado llamado, ya sea directamente o a través de otras
centrales intermedias.
Sobre estos cuatro tipos de llamadas queda añadir que una misma
comunicación entre dos abonados puede originar distintos tipos de llamada en las
distintas centrales que atraviese, y que no todos los tipos de centrales han de
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cursar los cuatro tipos de llamadas diferentes, siendo realmente muy pocas las que
lo hacen.
Red de conexión y unidad de control.
El conjunto de órganos y circuitos que forman el equipo de conmutación se
divide en dos partes bien diferenciadas, denominadas red de conexión y unidad de
control. Cada una de ellas está formada a su vez por un cierto número de órganos
y circuitos que pueden ser de tecnología electromecánica o electrónica.
La red de conexión comprende el conjunto de órganos y circuitos que
constituyen el soporte físico de la comunicación. Por tanto, los abonados se
conectan entre sí a través de las redes de conexión de las centrales. La
comunicación o conversación es soportada físicamente por los órganos y circuitos
de la red de conexión, siendo por tanto a ésta a la que se conectan las líneas de
abonado y los enlaces (conexiones de entrada o de salida con otras centrales), tal
y como se ilustra en la figura 1.
Figura 1. Arquitectura básica de una central de conmutación.
Los abonados se conectan a la red de conexión a través de sus correspondientes equipos de línea (EL), de los que existe uno individual para cada abonado
y cuya misión principal es la de detectar el descuelgue del terminal de abonado.
Cuando a través del equipo de conmutación se establece una llamada de cualquier tipo se efectúa la conexión oportuna que es físicamente soportada por la red
de conexión.
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Si en la figura 1 el abonado 1 marca las cifras correspondientes a un abonado de otra
central, a través de la red de conexión se establecerá un camino que unirá al abonado 1 con
un enlace de salida libre que encamine la llamada en la dirección deseada.
El camino formado una vez que se han realizado todas las conexiones
necesarias se denomina camino de conversación, puesto que por el mismo fluirá la
conversación entre los abonados, y está definido por un cierto número de los
denominados puntos de cruce (X) de la red de conexión, siendo cada punto de
cruce una conexión individual. El camino de conversación no es único, en el
sentido de que entre dos terminales de la red de conexión existen multitud de
caminos distintos, definidos por puntos de cruce diferentes que pueden
conectarlos. Según cuales sean los puntos de cruce elegidos, los caminos de
conversación serán diferentes.
En la figura 1 se han señalado otros caminos de conversación, correspondientes a otras
llamadas, como una llamada entrante, a través de uno de los enlaces de entrada a la central,
al abonado 2, o una llamada local entre el abonado 3 y el abonado 4.
Ahora bien, aunque la comunicación se establece físicamente a través de la red
de conexión, las funciones de mayor inteligencia las realiza la unidad de control.
Entre las funciones realizadas por esta unidad se encuentra la de determinar
qué puntos de cruce se efectuarán para una determinada llamada, de acuerdo con
una información externa a la central formada por las cifras marcadas por el
abonado llamante y una información interna a la central, siendo fundamental la
información relativa a la ocupación de los puntos de cruce.
En virtud de tales informaciones la unidad de control elabora órdenes hacia los
órganos y circuitos de la red de conexión, efectuando y/o deshaciendo puntos de
cruce, lo que determina los caminos de conversación para cada llamada.
Haciendo un símil con la telefonía manual, podemos decir que la unidad de control
equivale a la operadora, mientras que la red de conexión equivale a los circuitos y clavijas
que la operadora maneja.
Además del establecimiento de los puntos de cruce, la unidad de control realiza
otras muchas funciones adicionales que se estudiarán oportunamente.
DIFERENCIAS ENTRE LA RED DE CONEXIÓN Y LA UNIDAD DE CONTROL.
Los órganos y circuitos de la red de conexión y la unidad de control se
diferencian fundamentalmente en cuanto a su complejidad y en cuanto a su
número.
En efecto, puesto que los órganos de la unidad de control son los que
deben tomar decisiones inteligentes, habrán de ser más complejos y sofisticados
que los órganos de la red de conexión. Tanto es así que en los sistemas de
conmutación modernos la unidad de control está constituida por un ordenador o
un conjunto de ordenadores.
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En cuanto al número de órganos, es mayor en la red de conexión, debido a
que los órganos y circuitos de la unidad de control sólo han de estar presentes
durante el establecimiento de la misma y, en algunos sistemas, durante su liberación. Cuando la llamada se ha establecido, el órgano de la unidad de control se
libera y pasa a ocuparse de otra llamada.
Esta forma de actuar es análoga a la realizada por una operadora.
Sin embargo, los órganos de la red de conexión han de estar ocupados durante
toda la comunicación, ya que si se deshace un punto de cruce a través del cual dos
abonados están en conversación, estos dejan de estar al habla. Por tanto, los
órganos de la red de conexión al estar ocupados durante más tiempo que los de la
unidad de control, necesitan ser diseñados en mayor número.
Red de conexión.
En una central con abonados, la red de conexión está formada por tres etapas
distintas denominadas etapa de concentración, etapa de distribución y etapa de
expansión, tal y como se puede apreciar en la figura 2.
Figura 2. Etapas de la red de conexión.
Los abonados se conectan directamente a la entrada de la etapa de concentración. Sin embargo, el número de circuitos a la salida de la etapa de concentración
es menor que el número de abonados, no siendo necesario equipar un número de
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circuitos y de órganos de conmutación igual al número de abonados, ya que estos
no tienen su aparato telefónico descolgado durante la mayor parte del tiempo.
El equipo de conmutación se diseña de modo cada abonado dispone de un
equipo de línea (EL), encargado de detectar el descolgado del abonado, que se
conecta a la entrada de la etapa de concentración, teniendo acceso el conjunto de
los equipos de línea a un número inferior de órganos y circuitos situados al final de
la etapa de concentración.
Se define como índice de concentración o severidad de la concentración
al cociente entre el número de entradas y el número de salidas de la etapa de
concentración.
Si a la entrada de una etapa de concentración se conectan 10000 abonados y a su salida se
disponen 500 circuitos, el índice de concentración será de 10000/500 ó de 20:1.
La etapa de concentración permite economizar el número de circuitos, no
permitiendo que todos los abonados puedan comunicar simultáneamente, ni
estando obligada a la existencia de accesibilidad total entre las entradas y las
salidas. El número de circuitos que se van a disponer a su salida se va a
determinar mediante procedimientos estadísticos de tráfico.
Los circuitos que constituyen la salida de la etapa de concentración acceden a
la unidad de control, formada por un número inferior de órganos, y constituyen, a
su vez, la entrada de la etapa de distribución, también conocida como etapa de
grupo.
La etapa de distribución tiene el mismo número de entradas que de salidas,
justificándose su existencia por razones de mejora de la accesibilidad entre los
órganos y los circuitos de la red de conexión.
La etapa de expansión tiene menor número de entradas que de salidas. Las
entradas de la etapa de expansión son los circuitos de salida de la etapa de
distribución, siendo las salidas de la etapa de expansión los mismos abonados que
constituyen la entrada de la etapa de concentración.
La razón de la existencia de la etapa de expansión es que aunque el número
de circuitos de abonado se haya concentrado en un número inferior de circuitos, la
comunicación ha de poder finalizar en todos y cada uno de ellos. Para esta etapa
se define el índice de expansión como el cociente entre el número de entradas y el
número de salidas de la etapa de expansión.
Si el número de circuitos de salida de la etapa de distribución es de 500 y el número de
abonados de 10000, el índice de expansión será de 500/10000 ó de 1:20.
Los enlaces de salida y llegada se conectan en la etapa de distribución de la
central y para representarlos simplificadamente se divide la etapa de distribución
en dos partes, tal y como se puede ver en la figura 3.
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Figura 3. División de la etapa de distribución para favorecer la conexión de los enlaces de
salida (ES) y llegada (ELl).
Como se puede apreciar, en este caso una llamada local iría por las etapas de concentración,
distribución 1, distribución 2 y expansión; una llamada saliente iría por las etapas de
concentración, distribución 1 y enlaces de salida; y una llamada entrante por los enlaces de
llegada, etapa de distribución 2 y etapa de expansión.
Existen sistemas de conmutación que tienen red de conexión replegada, lo que
significa que las etapas de concentración y expansión están materializadas por los
mismos órganos. En este caso la etapa de expansión se representa superpuesta
sobre la etapa de concentración.
Por motivos económicos y de calidad de transmisión se somete frecuentemente
a la señal analógica proporcionada por el abonado a un proceso de modulación,
haciéndose necesario concebir una red de conexión que conmute señales
moduladas de cualquier tipo. En la práctica, existen redes de conexión que
conmutan señales moduladas según la técnica MIC (Modulación de Impulsos
Codificados) que, al ser una técnica digital, hace que la red de conexión capaz de
conmutarlas sea una red de conexión digital, que surge como una aplicación del
múltiplex por división en el tiempo (MDT) a las redes de conexión.
Con independencia del sistema múltiplex MIC de que se trate, en este caso la
misión fundamental de la red de conexión consiste en trasladar un conjunto de bits
(normalmente 8 bits), pertenecientes a un intervalo de tiempo "i" de un múltiplex
"n", a un intervalo de tiempo "j" de un múltiplex "m", siendo necesario indicar que
cada múltiplex MIC es un circuito físicamente separado de los demás múltiplex
MIC, y está soportado por conductores distintos a los que soportan a los demás
múltiplex MIC.
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Como en cada múltiplex MIC existe un conjunto de canales y por cada canal
útil se puede enviar información vocal referente a un abonado o a un enlace, una
conexión individual puede ser una conexión abonado-abonado, abonado-enlace,
enlace-abonado o enlace-enlace, según lo que haya conectado a los múltiplex MIC
a través de los correspondientes interfaces.
En el caso europeo, en cada múltiplex MIC existen 30+2 canales, que forman una trama de
125 µs dividida en 32 intervalos de tiempo de aproximadamente 3.9 µs. Como cada uno de
estos intervalos de tiempo está formado por 8 bits, la duración de cada bit será de unos 488
ns, lo que da lugar a una velocidad de transmisión de 2048 kb/s.
Así, si al múltiplex MIC n se conectan 30 abonados y al múltiplex MIC m se conectan 30
enlaces, la conexión i-j indicada es la conexión entre el abonado i (de los 30 del múltiplex
n) con el enlace j (de los 30 del múltiplex m).
Añadir que el múltiplex MIC es un tren binario que transporta la información
unidireccionalmente, mientras que una comunicación telefónica necesita el
transporte de información bidireccional. Quiere esto decir que, para establecer una
comunicación telefónica a través de una red de conexión digital, hace falta
establecer una conexión completa en cada una de las direcciones de la
comunicación, con sus puntos de cruce diferenciados.
Así, la conexión i-j anterior es solamente capaz de transmitir información en la dirección ij, pero no en la dirección j-i.
Como cualquier camino físico a través de la red de conexión puede ser
compartido por varias comunicaciones distintas de manera simultánea, el proceso
de efectuar la conmutación puede precisar, en general, dos operaciones:
1. Una transferencia física de un múltiplex a otro u operación de conmutación
espacial, realizada por los conmutadores espaciales (o etapas S). En estas
etapas la transferencia de bits es instantánea, manteniéndose el intervalo
de tiempo de canal que les había sido asignado al transferirse los bits de un
múltiplex a otro.
2. Un almacenamiento de la muestra en una memoria durante un tiempo
menor que el de duración de una trama u operación de conmutación
temporal, realizada por los conmutadores temporales (o etapas T). En este
caso lo que se pretende es que se modifique el intervalo de tiempo de canal
que le había sido asignado a la muestra. Por tanto, la conmutación temporal
no es instantánea, pues presupone un almacenamiento en memoria, y hace
que las redes de conexión digital introduzcan un retardo en las señales
debido a la conmutación.
Lógicamente, los tiempos de trabajo de una red de conexión digital obligan a
que la tecnología utilizada sea totalmente electrónica. Como una red de conexión
digital que utiliza la técnica MIC necesita disponer, en general, de etapas S y
etapas T, podemos decir que es una red espacio-temporal, aunque a veces se le
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llame simplemente red temporal, por diferenciarla de la red analógica, que es
espacial.
Para un mejor entendimiento de una red de conmutación espacio-temporal,
con etapas separadas temporales y espaciales, se estudia a continuación el
conmutador temporal (T), que puede ser controlado por la salida o controlado por
la entrada, y a continuación se hará el estudio del conmutador espacial (S). Por
simplicidad, supondremos que la señal múltiplex MIC a conmutar es la conocida de
2048 kb/s, con 32 intervalos de tiempo interno. Combinando los distintos tipos de
conmutadores podemos encontrarnos con etapas de conmutación T-S, S-T ó T-ST.
ETAPAS T.
La operación de conmutación temporal consiste en una retención en memoria
de la muestra a conmutar, durante una fracción del tiempo de duración de la
trama (125 µs) formada por los 32 canales del múltiplex MIC.
El conmutador temporal consta de una memoria tampón, una memoria
control y un circuito lógico combinacional (CLC). La memoria tampón, que
utiliza para almacenar las muestras a conmutar el tiempo necesario, constan de
direcciones de memoria, una para cada canal de entrada; cada dirección consta
8 bits, correspondientes a la muestra a almacenar.
de
se
32
de
La memoria de control, que almacena direcciones de la memoria tampón,
consta de 32 direcciones de memoria, una por canal saliente; cada dirección
consta de 5 bits, necesarios para codificar las 32 direcciones de la memoria
tampón.
El control del conmutador temporal se puede hacer por la salida o por la
entrada. En el caso de un conmutador temporal controlado por la salida, en
la memoria tampón la escritura es secuencial, en tanto que la lectura está
controlada por la memoria de control a través del CLC, leyéndose la memoria
tampón en función de lo que se haya escrito en la memoria de control. En la
memoria de control la lectura (hacia la memoria tampón a través del CLC) es
secuencial, en tanto que la escritura se realiza desde el procesador central, siendo
controlada por éste, tal y como se muestra en la figura 4.
Si consideramos el conmutador temporal controlado por la entrada, su
memoria de control es de escritura controlada por el procesador central y de
lectura secuencial, al igual que en el conmutador controlado por la salida, en tanto
que su memoria tampón es de escritura controlada y lectura secuencial. El control
está en la entrada de la memoria tampón, en la que los sucesivos canales del
múltiplex MIC de entrada se almacenan en las direcciones indicadas por la
memoria de control a través del CLC. Este procedimiento se muestra en la figura 5.
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Figura 4. Etapa de conmutación T controlada por salida (lectura).
Figura 5. Etapa de conmutación T controlada por entrada (escritura).
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ETAPA S.
Con cualquiera de estos conmutadores temporales se consigue conmutar un
intervalo de tiempo de canal de un múltiplex de entrada por un intervalo distinto
de un múltiplex de salida. Sin embargo, se hace necesario disponer de un
conmutador capaz de realizar transferencias de información entre múltiplex MIC
distintos manteniendo el intervalo de tiempo en el que se encuentra la muestra a
conmutar.
Este conmutador es el conmutador espacial, compuesto de una matriz espacial
y una memoria de control. La matriz espacial es un multiconmutador electrónico
con tantas entradas como múltiplex MIC de entrada y tantas salidas como
múltiplex MIC de salida, capaz de realizar puntos de cruce distintos para los
diferentes tiempos de canal. El accionamiento de los puntos de cruce de la matriz
espacial se hace mediante la lectura de una memoria de control de la etapa
espacial que dispone de 32 direcciones (una por canal) y está dividida en tantas
zonas como múltiplex MIC de entrada. Los contenidos de esta memoria son una
codificación de los puntos de cruce de la matriz espacial. La escritura de esta
memoria es controlada desde un procesador; mediante su lectura secuencial se
actúan los puntos de cruce. Un ejemplo de actuación del conmutador espacial se
muestra en la figura 6.
Figura 6. Etapa de conmutación S de 3x3 vías MIC.
Unidad de control.
La unidad de control está constituida por un conjunto de circuitos, encargados
de recibir informaciones y de producir las órdenes necesarias para el completo
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encaminamiento de las comunicaciones, mediante el tratamiento de la información
recibida, por lo cual puede decirse que tales circuitos se caracterizan por un cierto
grado de inteligencia.
Toda línea de abonado, o enlace de llegada, por el que se recibe una llamada,
proporciona una serie de informaciones, según las cuales deben realizarse las
selecciones (búsquedas de caminos de conversación libres) en la red de conexión a
la central.
El control recibe la información, la procesa o interpreta y ordena lo necesario
para que, a través de la red de conexión, se realice la conmutación. Físicamente
esto significa actuar los puntos de cruce de la red de conexión.
Siendo muy compleja la función de control, normalmente se confía por tareas a
órganos muy especializados, de modo que no es un solo órgano, sino normalmente varios, los que realizan el control. En los sistemas digitales el órgano de
control es un procesador o un conjunto de procesadores.
El número y la situación de los puntos de cruce, e incluso la posición de la
unidad de control, puede variar de unos sistemas a otros.
En la figura 7 se representa esquemáticamente la función de la unidad de
control en el encaminamiento de una llamada saliente.
Figura 7. Representación esquemática del tratamiento de una llamada saliente.
La unidad de control recibe informaciones numéricas desde el terminal del abonado
llamante, que se corresponden con las cifras marcadas por éste. Estas informaciones
numéricas alcanzan la unidad de control a través de los puntos de cruce 1 y 2, en cuya
elección y actuación no ha intervenido la unidad de control.
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Mediante el procesado de las informaciones numéricas recibidas, la unidad de control
elabora órdenes, mediante las cuales se elige un camino de conversación que conecte al
abonado llamante con uno cualquiera de los enlaces de salida libres en la ruta de la central
distante que se quiere alcanzar.
Dichas órdenes implican la actuación de los puntos de cruce 3 y 4. El abonado queda
conectado al enlace de salida, a través de 1, 2, 3 y 4, camino por el que posteriormente
discurrirá la conversación.
En los sistemas digitales la unidad de control es electrónica, y está
materializada por uno o varios procesadores, cuyas ventajas fundamentales son la
mayor potencia y velocidad en el procesamiento de la información, la seguridad del
servicio y la adaptabilidad a las necesidades del ambiente telefónico y a las
peticiones de los clientes del servicio.
En los sistemas digitales el control utilizado es el control por programa
almacenado, conocido como control SPC (SPC, Stored Program Control), en el
cual el funcionamiento de la unidad de control obedece a las instrucciones de los
programas almacenados en las memorias de los procesadores de la central.
Las peculiaridades más significativas de los sistemas telefónicos con control
SPC derivan de la utilización de procesadores en la unidad de control y de la
incorporación de software a las mismas. El diseño del software para los sistemas
SPC utiliza muchas de las técnicas de la programación de tiempo real, pero ha
introducido también un gran número de técnicas propias. Estas técnicas se
precisan para hacer frente a las características especiales asociadas con los
sistemas de conmutación SPC, entre las que cabe destacar las siguientes:
especificación funcional compleja, necesidad de un interfaz hacia un conjunto de
terminales periféricos enorme, con requerimiento de tiempos de respuesta
inferiores a un segundo, previsión automática de servicio ininterrumpido en
presencia de fallo hardware y errores software, necesidad de un gran número de
variantes de aplicación, presentando cada una de ellas diferencias funcionales, y
sistema de soporte completo para permitir su modificación y mejora en un ciclo de
vida aproximado de veinte años.
Un sistema de conmutación telefónico ha de tratar decenas de miles de líneas
de entrada y procesar varios miles de llamadas en paralelo. Una llamada típica
dura entre 100 y 200 segundos, pero durante este tiempo se requiere que el
control efectúe pocas operaciones de conmutación: conectar o liberar un camino
de conversación. El tiempo restante se destina a la supervisión de la llamada,
consistente en observar las condiciones de señalización que indican las peticiones
de cambio de estado de la conexión. La supervisión está asociada a las unidades
hardware por las que transcurre el tráfico telefónico y es realizada mediante la
ejecución de una rutina periódica que explora el hardware en busca de tales
cambios. Una vez se detecte un cambio válido, debe ser procesado para
determinar su significado y se han de ejecutar las órdenes apropiadas para modificar el diagrama de conexión, o transferir información de señalización hacia otra
central.
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El control SPC, en cuanto a su arquitectura interna, presenta la posibilidad de
elegir entre los siguientes tipos de control:
1. Control SPC centralizado. Es el que se realiza cuando un procesador
dado tiene acceso directo a todos los recursos de la central y ejecuta todas
las funciones de la misma. Normalmente esto implica que la central dispone
de un único ordenador central, duplicado por seguridad.
Este control se denomina también control SPC común.
2. Control SPC distribuido. En este caso, un procesador en un estado dado
no tiene acceso más que a una parte de los recursos y/o no es capaz de
ejecutar mas que una parte de las funciones del sistema. En la práctica esto
lleva, en el sistema digital existente, a que exista un elevado número de
microprocesadores que llevan, en su conjunto, el control de la central.
3. Una forma intermedia entre los dos tipos de control anteriores es la descentralización parcial del control, que quedará constituido por un procesador
central y, según el dimensionamiento, una cierta cantidad de procesadores
regionales. A este tipo de control se le denomina control SPC
semidistribuido.
Actualmente han desaparecido las motivaciones económicas para la
concentración de la inteligencia de control en un ordenador grande, debido a las
posibilidades de obtener un gran número de funciones en un único chip
semiconductor. El microprocesador es el representante más notable de esta nueva
generación de circuitos electrónicos. El coste del hardware es, hoy en día, una
fracción del coste del desarrollo y mantenimiento del software. Por ello, existe una
tendencia a trasladar las operaciones de tiempo real a los niveles de software más
bajos, es decir, más próximos al hardware de la periferia.
Funciones básicas de los equipos de conmutación.
Un equipo de conmutación, sea cual sea el sistema de conmutación con el que
está realizado, ha de proporcionar un conjunto de funciones básicas
imprescindibles para conseguir un servicio adecuado. Estas funciones son las
siguientes:
1. Interconexión. Esta es una de las funciones más importantes en un
sistema de conmutación. Consiste en la capacidad del sistema de
conmutación, a través de su red de conexión, para suministrar vías de
comunicación entre abonados de una central dada, o entre estos abonados
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y cada uno de los enlaces que la unen con otras centrales, o entre los
enlaces.
Como ya se ha comentado, la función de interconexión supone un ahorro en
el número de conexiones, lo que es uno de los motivos del uso de las
centrales.
2. Control. Esta es la otra función básica más importante en el sistema de
conmutación. La realizan un conjunto de órganos y circuitos, que pueden
ser electromecánicos o electrónicos, que almacenan y procesan la información recibida en la central y controlan la red de conexión, estableciendo y
liberando los distintos caminos de conversación. Tales órganos y circuitos
constituyen la unidad de control.
La función de control está constituida por la integración de un gran número
de funciones menores que, en conjunto, controlan el sistema. Puesto que
estas funciones secundarias varían de unos sistemas a otros, no pueden ser
consideradas individualmente como funciones básicas.
Por su importancia puede citarse la función prueba de ocupación,
generalmente asociada a la función de control. Esta función consiste en la
verificación, por parte del sistema, de la condición de libre (no ocupado), de
un determinado órgano o circuito, antes de proceder a la conexión con él. A
pesar de su importancia, existen algunos sistemas de conmutación que
carecen de esta función.
3. Supervisión. Esta función en una central puede considerarse desde dos
puntos de vista.
Por una parte, el equipo de conmutación ha de someter a supervisión
continua las líneas de abonado y a los enlaces por los que puede
presentarse una llamada. En los sistemas digitales se realizan exploraciones
periódicas sobre las líneas de abonado, cada pocos milisegundos, que,
ordenadas por la unidad de control, son capaces de detectar las llamadas.
Por otra parte, el equipo de conmutación ha de supervisar los caminos de
conversación que ya están establecidos a través de su red de conexión, es
decir, las comunicaciones ya existentes, para proceder a su liberación o
retención, según proceda. La unidad de control efectúa la supervisión,
usualmente mediante exploraciones periódicas, y ordena la liberación o
retención correspondiente, siendo la orden ejecutada sobre la red de
conexión.
4. Señalización con los terminales de abonado. En las centrales con
abonados es preciso que el sistema de conmutación intercambie un
conjunto de señales con el abonado, que permitan acciones como las
siguientes:
a. Detectar que un abonado desea realizar una llamada. Esta
acción pertenece a la función de supervisión antes descrita, pero la
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facultad de la central de recibir la señal de descuelgue del abonado
pertenece a la función de señalización con los terminales de
abonado.
b. Avisar al terminal de abonado. Conocida también como función
de aviso, para esta acción se utilizan una serie de tonos y señales
que se denominan tono de marcar (avisa al abonado llamante que
puede empezar a marcar el número del abonado llamado), tono de
llamada (indica al abonado llamante que se ha seleccionado el
abonado llamado y que se le está enviando corriente de llamada),
tono de ocupado (indica al abonado llamante que el abonado llamado
no tiene su línea libre), tono de información (indica al abonado
llamante que hay congestión, normalmente en los enlaces, por
ocupación total de los mismos), tono de nivel muerto (se envía al
abonado llamante cuando la conexión se ha encaminado hacia un
abonado inexistente) y corriente de llamada (se envía al abonado
llamado para hacer sonar el timbre de su aparato telefónico).
c. Recibir información de selección para establecer una
conexión. Se trata de información numérica, recibida desde una
línea de abonado. La información numérica la produce el abonado
llamante con el dispositivo de su terminal telefónico, que puede ser
un disco o un teclado.
5. Señalización con otras centrales. No sólo es necesaria la función de
intercambio de señales con el abonado, sino también con las centrales
conectadas, señalización que se produce a través de los enlaces. Tal
señalización debe permitir acciones tales como las siguientes:
a. Detectar la toma de un enlace de llegada por la central
distante, es decir, detectar una llamada entrante o de tránsito. Esta
acción pertenece a la función de supervisión descrita, pero la facultad
de la central de recibir la señal desde la otra central pertenece a la
función de señalización con otras centrales.
b. Provocar la toma de un enlace de llegada de la central
distante, desde un enlace de salida de la propia central.
c. Recibir información de selección para establecer una
conexión. Se trata de información numérica, recibida desde un
enlace de llegada.
d. Transmitir información de selección para que la central
distante establezca una conexión. Se trata de información
numérica, enviada por un enlace de salida.
6. Almacenamiento y análisis de la información recibida. La información
de selección, recibida por una línea de abonado o enlace de llegada, en
virtud de las señalizaciones con los terminales de abonado o con otras
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centrales, debe ser almacenada en elementos de memoria, denominándose
también a ésta función de registro. Estos elementos de memoria pertenecen
a la unidad de control.
En algunos sistemas se somete a la información recibida a un proceso de
traducción o codificación por razones de flexibilidad.
El almacenamiento, así como el análisis de la información recibida, forma
parte claramente de la función de control, pero por su importancia se ha
destacado separadamente.
7. Selección y conexión. Se entiende por selección el proceso de buscar un
camino libre entre los muchos posibles que pueden unir eléctricamente a los
extremos, ya sean abonados o enlaces, y elegir uno de ellos. Una vez
elegido, la función de conexión permite operar los puntos de cruce
individuales que constituyen el camino de conversación seleccionado.
Algunos sistemas ponen en memoria la identidad del camino elegido para
poder efectuar su liberación cuando termina la conversación.
8. Explotación y mantenimiento. Para manejar las centrales, desde el
punto de vista de su explotación, es preciso que los sistemas de conmutación soporten un conjunto de funciones de operación, conservación,
administración y tarificación que permitan una explotación racional y
económica de la red. El grado de fiabilidad y automatismo de las funciones
de explotación debe ser muy alto.
9. Sincronización. Cuando se instalan centrales digitales interconectadas
entre sí con medios de transmisión digitales, se requiere, de forma
ineludible, la sincronización entre los diferentes sistemas de conmutación
equipados en las centrales de la red. De otro modo se producirían efectos
indeseables degradándose la calidad del servicio ofrecido por la red.
La función de sincronización consiste en conseguir que todas las centrales
digitales de la red trabajen en una señal de reloj básica idéntica, o lo más
parecida posible en frecuencia y fase. Para lograr dicho objetivo, las
centrales digitales disponen de relojes internos, referencias externas y
procedimientos de selección de unos u otros en función de la situación de la
red.
10. Temporización. Una vez que, mediante la función de sincronización, el
sistema de conmutación posee una señal de reloj, han de generarse una
gran variedad de señales de tiempos de referencia, derivadas de la señal de
reloj básica, que permitirán el funcionamiento armonizado de todo el
sistema de conmutación.
11. Conmutación de paquetes. Cuando se desea realizar una red digital de
servicios integrados (RDSI), es preciso que la central de conmutación
admita la conexión de terminales de datos que requerirán, en determinados
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servicios, que el sistema digital sea capaz de soportar funciones de
conmutación de paquetes y no sólo funciones de conmutación de circuitos.
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