La rete fissa 3 · 2012. 1. 13. · su una trama E1 interna e sincrona con il clock di centrale....

La rete fissa 5

Le centrali di commutazione

Schema di principio di una rete telefonica

Autocommutatore locale

Interfaccia DTE/DCE

DTE DCE

• • •

Collegamento di segnalazione

Stadio di utente

Linee di giunzione

Autocommutatore di transito

Elaboratore di controllo

Punto di trasferimento della segnalazione

Rete di segnalazione

a canale comune

La commutazione

La commutazione è l’insieme delle attività che svolge una rete di telecomunicazione per connettere tra di loro due o più utenti , nel momento che la connessione è richiesta , e di disconnetterli nel momento che la disconnessione è richiesta. Fanno anche parte delle funzioni di commutazione la ricezione e l’interpretazione delle richieste degli utenti ed l’invio della informativa sul processamento e lo stato delle loro richieste.

Le principali operazioni della commutazione

Ricezione e interpretazione della richiesta di connessione dell’utente chiamante A.

Ricerca di un canale vocale libero dalla centrale di origine alla centrale di destinazione, attraverso le centrali di transito e la rete di giunzione, e impegno fisico o virtuale del canale trovato (processo di routing).

Inoltro all’ utente chiamato B della richiesta di connessione dell’utente A e comunicazione all‘utente A dell’ invio all’utente B dell’inoltro di tale richiesta.

Le principali operazioni della commutazione

Ricezione della accettazione della richiesta da parte dell’ utente B della richiesta di connessione.

Impegno fisico e per tutta la durata della comunicazione nella rete di giunzione e tra le centrali del canale selezionato.

Monitoraggio della segnalazione degli utenti per rivelarle la volontà di disconnessione.

Attuazione della disconnessione e rilascio del canale vocale utilizzato nella conversazione

Le centrali di commutazione ed i nodi di segnalazione sono i dispositivi della rete che realizzano le funzioni di commutazione.

In una rete telefonica esistono due tipi di centrali

di commutazione

le centrali locali e le centrali di transito.

Le centrali locali hanno gli utenti direttamente connessi ad esse attraverso la rete di accesso ed hanno anche connessioni ad altre centrali. Le centrali di transito hanno solo connessioni ad altre centrali che possono essere a loro volta o di transito o locali. Solo le centrali locali ricevono e interpretano le richieste degli utenti e li tengono informati sul processamento e lo stato delle loro richieste.

Le centrali locali

Ogni centrale locale ha una sua area di responsabiltà (serving area). Tutti gli utenti appartenente ad una serving area sono connessi alla centrale responsabile di quella area. Molte chiamate in una serving area sono per utenti della stessa area e quindi la centrale si limita a fare una connessione interna tra un canale fonico di ingresso ed uno di uscita. Nel caso in cui l’utente chiamato è fuori della serving area la centrale fa partire il processo di instradamento (routing).

Le funzioni fondamentali di una centrale locale

Le funzionalità fondamentali di una centrale locale non sono cambiate sostanzialmente nel tempo.

Una centrale analogica manuale aveva le stesse funzioni di base di una moderna centrale digitale.

Una centrale manuale

- Dispositivi di ingresso uscita dei canali fonici - meccanismi di interconnessione - meccanismi di generazione e di rivelamento di segnali - meccanismi di supervisione di stati - meccanismi di ricezione di informazioni, - meccanismi di trasmissione di informazioni. - La funzionalità di gestione operativa della chiamata che avveniva tramite una o più operatrici, che utilizzavano a tal scopo i meccanismi di cui sopra.

Le centrali digitali

Schema a blocchi semplificato di una centrale digitale

SSS : Subscriber SubSystem GSS:Group Switching Subsystem TSS : Trunk and Signalling Subsystem

ESS: Extend module Subsystem CSS:Common chanell signalling Subsystem

SUS : Subscriber Service subsystem CHS: Charging Subsystem OMS: Operation & Maintenance Subsystem SCS : Supervisor & Control Subsystem TCS : Traffic Control Subsystem

Central processor APZ


Central processor APZ

Tale schema è relativo a una centrale pienamente equipaggiata. Le centrali nella rete reale utilizzano di solito, a secondo del loro ruolo , solo alcuni dei sottosistemi.

GSS Group Switching Subsystem

Il GSS è il sottosistema che opera la funzione di distribuzione dei canali fonici da ingresso ad uscita della centrale , sia verso gli utenti della stessa area di servizio, che verso i link alle altre centrali ed e quindi presente in ogni tipo di centrale.

GSS Group Switching Subsystem

Il GSS ha anche una funzione interna . I dispositivi in pool della centrale vengono collegati dal GSS ai processi che li richiedono tramite connessioni semipermanenti.

Group Switching Subsystem

I 16 K dell’altro ieri non entrerebbero nella slide

Il commutatore analogico

Il commutatore digitale

Con l’ elettronica si possono costruire matrici perfettamente equivalenti dal punto di vista funzionale a quelle analogiche, ma digitali e a divisione di tempo. Gli elementi costitutivi delle matrici digitali sono fondamentalmente due: TSI :Time Slot Interchange. SM : Spatial Matrix.

Il commutatore digitale

Moduli TSI (T) e moduli SM (S) si possono unire a formare matrici di differenti dimensioni alternandoli nelle struttura. Possiamo quindi avere matrici TS, TST, STS , TSST etc.

Il commutatore digitale TST

TSI Time Slot Interchange sequential write, random read

Writing address

Reading address

TSI Time Slot Interchange random write,sequantial read

Writing address

Reading address

La matrice spaziale a divisione di tempo

Il commutatore digitale delle centrali Ericsson

Time switch

PAY for USE

Subscriber Switching Subsystem (SSS)


Il sottosistema SSS gestisce gli ingressi e le uscite alla centrale degli utenti dell’area di servizio della centrale stessa. Vengono equipaggiate con il sottosistema SSS, solo le centrali locali

GSS


Il sottosistema prevede tre tipi di moduli di interfaccia (LSM Local Subscriber module) : -Pots (plane old telephony service): per utenti analogici -BA ISDN Basic Access (2B+D) -PRA ISDN Primary access (30B + D o 23B + D): per utenti digitali

GSS

Subscriber Switching Subsystem

Gli LSM-BA e LSM –PRA ricevano i segnali già digitali, li rigenerano con le modalità tipiche dei ripetitori digitali , e attraverso un processo di concentrazione li multiplano su su una trama E1 interna e sincrona con il clock di centrale. Gli LSM-Pots , generano invece la trama E1 a partire direttamente dai segnali analogici di ingresso . I 128 ingressi analogici di un modulo LSM sono concentrati sui 32 time slot di un link E1 interno.

GSS


Gli LSM-Pots forniscono tutte le funzionalità necessarie all’attacco di utente analogico.

GSS

Subscriber Switching Subsystem . Tali funzioni sono di solito riassunte dall’ acronimo BORSCHT:

Battery (alimentazione) Overvoltage protection (protezione da sovratensioni) Ringing (generazione del segnale di chiamata) Supervisory (supervisione della linea) Coding ( campionamento e codifica del segnale vocale) Hybrid (passaggio da 2 a 4 fili) Testing (accesso per prove sulla linea).

GSS

Subscriber Switching Subsystem LSM Pots: codifica del segnale vocale Il time slot interno è assegnato su base di chiamata

GSS


KDR sono i ricevitori della segnalazione multifrequenza di utente. Tone sender sono i generatori dei differenti toni di avviso necessari durante una chiamata Entrambi sono connessi agli LSM tramite il commutatore di gruppo su base chiamata e quindi sono dispositivi in “pool”

GSS

Trunk and Signaling subsystem (TSS)


GSS

La funzione fondamentale del sottosistema TSS è di gestire i collegamenti verso e da altre centrali attraverso gli ET (Exchange terminal). Sia le centrali locali che le centrali di transito sono equipaggiati con questo tipo di sottosistema

Trunk and Signaling subsystem ET


GSS

Negli ET i flussi entranti, che sono plesiocroni o mesocroni rispetto al clock di centrale,vengono sincronizzati con il clock della centrale.

Il processo di sincronismo è una del funzionalità più critiche della commutazione.

. L’ ideale sarebbe che tutto il mondo della telefonia lavorasse con la stessa temporizzazione , un solo clock per tutta la rete . Questo sarebbe possibile in via teorica equipaggiando ogni centrale con un clock al Cesio e tutti i clock al Cesio della rete tarati sulla la stessa frequenza nominale ( differenza massima fra i clock 2 10-11 ). La soluzione è chiaramente improponibile da un punto di vista economico.

Sincronizzazione di rete

Nella realtà la differenza della temporizzazione tra le varie centrali e mantenuta in limiti accettabili , attraverso un processo di sincronizzazione dei clock delle varie centrali ad un clock di riferimento, che solo a fine catena fa riferimento ad un clock al Cesio. Per ottenere sufficiente stabilità e accuratezza del clock in ogni nodo della rete, si fa uso di circuiti PLL ad altissimo Q che estraggono la frequenza di clock da un flusso dati o da un tono proveniente da un nodo di riferimento, che appartiene a quella che viene chiamata la rete di sincronizzazione. Il clock così estratto viene utilizzato quale clock di centrale


Le reti di sincronizzazione

In Europa nelle reti di sincronizzazione attuali i clock sono divisi gerarchicamente in 3 tipologie che si differenziano per qualità e funzioni offerte: -PRC (Primary Reference Clock) che producono un cronosegnale di altissima precisione e stabilità e che costituiscono le fonti primarie di distribuzione. -SSU (Syncronizzation supply unit) che funzionano normalmente come slave ma che hanno in free running una precisione ed una affidabilità elevata anche se inferiore a quelli a Cesio, ma che in caso di guasto e per un breve periodo di tempo IN FREE RUNNING possono fungere da riferimento nella catena di distribuzione -SEC (SDH Equipment clock ) che sono i clock asserviti dei generici nodi

Le reti di sincronizzazione Ogni nodo con un clock di tipo slave (SSU o SEC) si aggancia al crono segnale di riferimento fornitogli da un assegnato nodo ,lo usa per la sua temporizzazione e lo fornisce rigenerato alle sue uscite. Se si verificano guasti il crono segnale di riferimento viene cambiato secondo una preassegnata sequenza. La pianificazione della rete di sincronizzazione cura attentamente che in nessun caso un nodo possa agganciarsi ad una sorgente generata da un clock di qualità inferiore al suo o che addirittura possa agganciarsi ad un clock che deriva da se stesso creando quello che viene chiamato un “timing loop”.


PRC

SSU SSU SSU

SEC SEC SEC SEC SEC SEC SEC

Schema di principio per la rete di sincronizzazione nel Nord America

Nel Nord America la gerarchia prevede, invece di 3 livelli 5, livelli , ma il principio di funzionamento rimane sostanzialmente lo stesso.

Jitter e Wander

Due segnali si dicono plesiocroni se hanno la stessa frequenza nominale. Si dicono mesocroni se hanno la stessa frequenza media. Si dicono sincroni se hanno se la stessa frequenza in qualsiasi istante di tempo t. Il risultato del processo di distribuzione del sincronismo porta in caso di corretto funzionamento ad avere tutti i nodi con cronosegnale mesocrono.

Jitter e Wander

Cronosegnali perfettamente sincroni per quanto buono sia il processo di distribuzione descritto sono improbabili. La lunghezza delle catene di distribuzione fa si che si accumuli sui crono segnali il rumore randomico di fase chiamato Jitter. Le variazioni climatiche incrementano la componente a bassa frequenza del jitter producendo il Wander. A causa del jitter il cronosegnale di centrale e flusso dati in ingresso non saranno mai perfettamente in fase anche dopo il processo di sincronizzazione per cui e necessario intervenire con una funzione di allineamento

Dal mesocronismo esterno al sincronismo interno

TS: temporizzazione di scrittura

TL: temporizzazione di lettura

Ricezione

Trasmissione

Estrattore di temporizzazione

Rivelatore Memoria elastica

Allineatore di trama

Inserimento allineamento

di trama

Centrale di commutazione

Ambiente mesocrono

Ambiente sincrono

TS TL Orologio interno

Orologio esterno

Estrattore di temporizzazione • L'estrattore di temporizzazione provvede a estrarre il

cronosegnale associato dal flusso multiplato entrante;con tale clock il segnale viene letto nel buffer di entrata

Allineatore di trama • Le funzioni dell'allineatore sono quelle di:

– rivelare situazioni di fuori allineamento;

– recuperare l'allineamento in caso di fuori allineamento;

• le informazioni di allineamento di trama sono contenute nella parola di allineamento composta da M bit collocati in posizione opportuna nella trama stessa.

Stato di Allineamento

Rivelazione di un Fuori Allineamento

Recupero di Allineamento

Stato di Fuori Allineamento

Allineatore di trama

• Con il segnale allineato, la sequenza dei time slot esterni è identificata.

• Il passo successivo e di allinearla con la sequenza di time slot interna.

La memoria tampone

lettura

scrittura

i

N+i+1 N+i N+i-1

cella di memoria

Clock di centrale

Clock esterno

N= lunghezza di trama

Modello di funzionamento

La memoria tampone ha lo scopo di compensare le fluttuazioni di fase tra i cronosegnali esterno e interno e sincronizzare la sequenza dei time slot esterni a quella interna

Grado di servizio e qualità di servizio

I principali parametri tecnici, stabiliti dagli organi di standardizzazione, da mantenere entro prefissati limiti (grade of service GoS) in una rete telefonica digitale, al fine di assicurare una prestazione adeguata alle necessità e alle aspettative degli utenti (quality of services QoS), sono i seguenti:

- Probabilità di blocco (Blocking Probability) - Error performance - Slip

Probabilità di blocco (block probability)

La probabilità di blocco B, come abbiamo visto in precedenza,dipende dal rapporto di concentrazione dei canali fonici in relazione al traffico offerto nei circuiti di giunzione, dalla strategie di instradamento , ma anche dalla capacità di elaborazione delle chiamate e dalla concentrazione in entrata delle centrali locali . Gli organi di standardizzazione hanno fissato il valore limite di questo parametro a

B = 1% Nelle attuali reti il valore misurato di B è intorno a 0.5%

Error performance

Le comunicazioni telefoniche sono soggetto,su qualunque mezzo viaggino al degrado dovuto al rumore. Il rumore può essere di varie natura : rumore termico, rumore impulsivo , da interferenza e diafonia. Nelle trasmissioni digitali il rumore in se non si accumula lungo la catena di trasmissione a causa del processo di rigenerazione ai ripetitori ed ai nodi, si accumula invece il BER (Bit Error Rate).

Error performance Per il solo rumore termico la relazione rapporto segnale rumore/ BER è riportata in tabella:

Ma il contributo più importante al degrado del segnale digitale proviene spesso dal rumore di diafonia e da quello impulsivo , che influenzano anche la tipologia del BER , più a burst che uniformemente distribuito.

Error perfomance

Vale la pena far notare che se si pensa solo alla voce l’ intelligibilità rimane accettabile con la codifica PCM anche con un tasso di errore di 10-2 , ma chiaramente un tale degrado non è accettabile nella trasmissione dati .

Error performance

Per tenere conto anche della trasmissione dati e della tipologia di errori il CCITT con la raccomandazione G.821, ha preso a riferimento il singolo canale a 64 kbit/s della rete ISDN/POTS, sia quando usato come canale voce sia come canale dati ,ed ha specificato una serie di obiettivi prestazionali per una connessione “ end to end “:

Trunk and Signaling subsystem

GSS

Fanno parte del TSS anche il pool di EC ( Echo Canceller ) utilizzati sulle le tratte molto lunghe dove il ritardo può provocare un eco fastidioso. I TRA (Transcoder) sono invece dispositivi utilizzati quando sui link viaggiano codifiche diverse dal PCM

ESS Extend Switching Subsystem

Il calcolatore di una centrale elettronica

Controllo centralizzato o controllo distribuito

Domanda fondamentale negli anni 80


SSS : Subscriber SubSystem GSS:Group Switching Subsystem TSS : Trunk and Signalling Subsystem

ESS: Extend module Subsystem CSS:Common chanell signalling Subsystem

SUS : Subscriber Service subsystem CHS: Charging Subsystem OMS: Operation & Maintenance Subsystem SCS : Supervisor & Control Subsystem TCS : Traffic Control Subsystem

APT

APZ Function Block

Il processore APZ

Duplicazione per assicurare affidabiltà

Gli stati del processore centrale

APZ e il tempo reale

Le caratteristiche del processore centrale

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