Sistemas de Telefonía

Transcripción

1 Sistemas de Telefonía Conmutación Telefónica M.C. Enrique Stevens Navarro Facultad de Ciencias Una red de Circuitos Conmutados es un red de distribuida geográficamente que consiste en un grafo de switches interconectados por enlaces (links). La función de una red de Circuitos Conmutados es transferir la señal que llega a una entrada con su salida correspondiente. 1

2 Jerarquía del Sistema Telefónico Conexión entre Oficinas Centrales (Clase 5) 2

3 Las funciones de un equipo de conmutación son: 1.- Señalización: monitorear la actividad de las líneas de entrada y de salida y enviar señales de estatus a la función de control. 2.- Control: procesa las señales de información y configura las conexiones. 3.- Conmutación: es realizada por la matriz de conmutación. (arreglo de puntos de cruce de interconexión para unir líneas de entrada con las líneas de salida). 3

4 Un switch (conmutador) relaciona sus entradas con las salidas correspondientes y ese proceso es llamado Conmutación. Network (Red) Switch (Conmutador) Space-Division Switches (Conmutación por División Espacial) Contienen conexiones físicas separadas entre las entradas y las salidas, por lo tanto las señales están separadas en espacio. Crossbar Switch Arreglo de N X N puntos de cruce que pueden conectar cualquier entrada con cualquier salida disponible. El punto de cruce correspondiente es cerrado (conectado) para permitir que el flujo de información pase de entrada a salida. 4

5 Complejida d = 2 N Switch Crossbar de N entradas y N salidas. La complejidad del switch es medida por el número de puntos de cruce. El switch Crossbar es considerado Nonblocking. Multistage Switch (multietapas) Se utilizan para reducir en número de puntos de cruce. Consiste en tres o más etapas de pequeños switches de división espacial. Las N entradas son agrupadas en N/n grupos de n líneas de entrada. Cada grupo de n entradas entra a un pequeño switch en la primera etapa de n X k puntos de cruce. Cada switch de entrada tiene una línea conectada a los k switches intermedios de N/n X N/n. Cada switch intermedio tiene una línea conectada a cada uno de los N/n switches en la tercera etapa de k X n. 5

6 Multistage Switch (3 etapas) Multistage Switch (3 etapas) Complejida d = 2( N / n) nk + k( N / n) 2 Multistage Switch (multietapas) Cada conjunto de n entradas comparte k etapas intermedias. Por lo tanto si k < n el switch multietapa no es nonblocking. Para que el switch multi-etapa sea nonblocking se debe cumplir que: k = 2n 1 6

7 La complejidad del switch en función de n: Complejidad = 2N(2n 1) + (2n 1)( N / n) 2 Derivando lo anterior respecto a n, se encuentra que el número de puntos de cruce es minimizado si: n N / 2 Por tanto, el número mínimo de puntos de cruce es: Complejidad min = 4N((2N) 1/ 2 1) Y existirá una probabilidad de bloqueo diferente de 0 cuando: k < 2n 1 7

8 Probabilidad de Bloqueo con Gráficos de Lee Para el análisis se calculan las probabilidades de bloqueo en un switch en base a porcentajes de utilización o carga de enlaces individuales. Se va a representar como p a la fracción de tiempo que un enlace en particular esta en uso y se conoce también como ocupación del canal. La probabilidad de que el enlace este libre será q. q =1 p Si p representa la probabilidad de que cualquiera de los enlaces internos al switch este utilizado, entonces: p ' = p β Donde: β = k n Las ecuaciones anteriores presentan el hecho de que cuando algunas entradas están ocupadas, el mismo número de salidas están ocupadas. 8

9 El gráfico de Lee de probabilidad de un swithc de 3 etapas es: p p p p p p p p k p =p(n/k) La probabilidad de bloqueo para un switch de tres etapas puede ser determinado por: B = probabilidad de que todas la rutas estén ocupadas = (probabilidad de que una ruta arbitraria este ocupada) k = (probabilidad que al menos un enlace en una ruta este ocupado) k 2 B = (1 q' ) k B p 1 1 β = 2 k 9

10 Time-Division Switches En TDM (Multiplex por División de Tiempo) cada slot dentro de una trama corresponde a un sola conexión. La técnica de intercambio time-slot (Time-Slot Interchange,TSI) remplaza los puntos de cruce del switch espacial con lecturas y escrituras de un slot dentro de una memoria. La técnica TSI puede conectar cualquier entrada con cualquier salida disponible. Dado que las tramas (PCM) llegan a una tasa de 8000 cada segundo y la técnica TSI requiere una operación de lectura y una de escritura de memoria por cada slot, el máximo número de slots por trama que puede manejar es: # slotsmax 125µ seg = 2( ) t memory t memory = tiempo del ciclo de memoria 10

11 La técnica TSI utiliza dos memorias RAM para realizar el proceso de conmutación. Memoria de Alamacenamiento: para almacenar las tramas de datos PCM (8-bits). Memory store = (# slotsmax )(8bits) Memoria de Control: para controlar las direcciones de los slots que pueda manejar. (?-bits). Memory control = [ slots ][ log (# slots ) bits) ] # max 2 max Ejemplo: Cual es el máximo de slots y cual el de conexiones (llamadas) que puede manejar una memoria con tiempo de ciclo de 125 nseg? El desarrollo de la técnica TSI fue crucial para completar la digitalización de la red telefónica. El backbone de las redes telefónicas modernas son completamente digitales en términos de transmisión y conmutación. 11

12 Time-Space-Time Switches Es un diseño de switch híbrido en el cual switches TSI son utilizados en la primera y tercera etapa (entrada y salida) y switches espaciales crossbar en la etapa intermedia. El enfoque es establecer una correspondencia exacta entre las líneas de entrada del switch crossbar (espacial) con los slots de tiempo del switch TSI (temporal). El switch espacial de entrada n X k del switch multi-etapa es sustituido por un switch TSI de n X k ( trama de n slots de entrada por una trama de k slots de salida) Hybrid Switch 12

13 Para que el switch opere de manera sincrónica, el tiempo de transmisión de una trama de entrada debe ser igual que el tiempo de transmisión de una trama de salida. En el caso de: k = 2n 1 La velocidad de operación interna del switch es casi el doble que la velocidad de la línea de entrada. Si consideramos el flujo entre la primera y la segunda etapa y asumimos que las tramas están sincronizadas. El primer slot de cada trama va a dar el primer switch de la etapa intermedia y el resto de los switches intermedios no se usa. En el siguiente tiempo el segundo slot de cada trama va a dar al segundo switch de la etapa intermedia e igualmente el resto de los switches intermedios no se usa. Solo un swich intermedio es usado en cada slot de tiempo, por tanto es posible cambiar los k switches por uno solo y compartirlo en tiempo (Time-Division Switching, TDS). 13

14 Flujo de slots en tiempo Time-Space-Time Switch 14

15 Existen también switches: Time-Space Switch. Space-Time-Space Switch. Debido a los diversos requerimientos y complejidad de los switches se suele utilizar una combinación entre switches espaciales y temporales para obtener el desempeño y costo beneficio recomendable para la aplicación. Lecturas recomendadas: Digital Telephony / Capitulo 5 John Bellamy 3a Edición, Wiley, Comunications Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures / Capitulo 4 Alberto León-García McGraw-Hill,