PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA

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1 PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA CAPÍTULO OITAVO ESTAÇÃO COMUTADORA (SWITCHING CENTER) O sistema de telefonia público mundial é notável em virtude da variedade de equipamento usada em sua construção O propósito das telecomunicações é prover os meios para passar informação de qualquer dispositivo terminal para qualquer outro dispositivo terminal selecionado pelo originador Três componentes são necessários para tais sistemas: 1 Terminais: são entradas ou saídas onde se introduzem os transdutores Eles convertem a informação em um sinal elétrico para transmitir e convertem o sinal elétrico em uma forma utilizável no receptor (voz, dados, imagem) Uma função adicional de um terminal é gerar e transmitir sinais de controle para indicar os requisitos de destino do sinal de informação 2 Links de transmissão: transporta as informações e sinais de controle entre os terminais e as centrais telefônicas 3 Central telefônica (switching center): recebe os sinais de controle e encaminha a informação para o destino desejado AS TÉCNICAS DE COMUTAÇÃO SISTEMAS CENTRALIZADOS Um modo simples de estruturar uma rede comutadora é prover cada terminal com uma ligação de transmissão direta a todo outro terminal, como mostrado na figura Cada terminal possui um enlace para conectar-se a outro Para um arranjo de N terminais, precisamos de um total de ½ N(N - 1) ligações Uma alternativa para diminuir estas N ligações individuais é prover uma ligação por terminal e organizar que todos os outros dotar os terminais de acesso a um sistema de enlaces centralizado, como um barramento, conforme mostrado figura ao lado Isto simplifica o equipamento terminal porque remove a necessidade de ter uma conexão, uma de entrada e outra de saída, para cada terminal do sistema Com este arranjo cada terminal possui uma única conexão com o sistema centralizado Uma chamada é enviada através do M enlaces internos e é recebido pelo terminal recebedor O sinal de chamada informa ao terminal chamado (ou seu usuário) de que há uma chamada entrante O reconhecimento do sinal de chamada e as operações de comutação podem ser executados automaticamente através de controladores de terminais A principal função das centrais telefônicas é conectar um circuito de entrada a um circuito de saída de tal modo que os sinais conduzidos pelo primeiro sejam transmitidos ao segundo através do bloco funcional chamado rede de comutação O número de circuitos a interconectar pode variar de algumas centenas a várias dezenas de milhares, apresentando-se em geral de modo uniforme para acesso a rede de comutação, graças aos órgãos de adaptação eventuais seja sob forma de linhas ou circuitos individuais seja sob a forma de um multiplex digital Existem duas line circuit switching network PCM remote control switch adapter Estagio de linha remoto switch adapter central control Digital switching network main control grandes classes de técnicas de comutação: a técnica eletrônica espacial e a técnica eletrônica temporal, sendo a técnica temporal derivada da técnica de transm issão digital 1

2 A COMUTAÇÃO ELETRÔNICA ESPACIAL PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA O princípio da comutação espacial consiste em estabelecer fisicamente um caminho contínuo entre a linha de entrada e a linha de saída Este caminho é obtido conectando-se ponta a ponta e por partes, um certo número de elementos de vias,elementos estes tidos como "malhas" Isto é feito através de pontos de comutação, de estágios com ou sem bloqueio Esta técnica é, portanto muito próxima daquela utilizada em comutação eletromecânica, pois os pontos de comutação são contatos metálicos de relês "reed" ou microseletores, porém com ambiente totalmente digital Assim que o caminho contínuo estiver Unidade de comutação estabelecido é permitida a passagem Central telefônica direta dos sinais da linha de entrada para Unidade de Controle a linha de saída Este caminho é destinado a uma única comunicação durante toda sua duração A cada instante são estabelecidas um grande Sinalização Sinalização Processamento de entrada de saida número destas ligações simultaneamente através da rede de comutação (em média este número é igual ao número de erlangs escoados pela rede) A função que consiste em identificar os pontos de comutação a serem utilizados Identificação Registro Seleção de linha ou junção de saida para estabelecer um caminho contínuo Analise Transmissão Seleção de entre dois pontos dados, sem interferir Ligação Recepção ligação interna com as conexões já estabelecidas, se chama teste de via Este teste supõe que existe um meio de saber que pontos de comutação estão livres para permitir o estabelecimento do caminho contínuo ou via desejada Na comutação espacial, os pontos de comutação estão dispostos como as linhas e colunas de uma tabela (chamada por esta razão de matriz de pontos de comutação) de modo que cada linha pode ser conectada a cada coluna pela operação do ponto de co mutação que lhe é comum As diversas matrizes são arranjadas em estágios sucessivos e as matrizes dos estágios adjacentes são conectadas entre si através de enlaces Dentre as regras de interconexão de matrizes adjacentes através de enlaces, utilizamos em geral uma graduação de modo a assegurar a maior acessibilidade possível Numa rede de comutação bem projetada existe uma grande quantidade de vias possíveis entre dois pontos extremos, de modo que mesmo quando vários pontos de conexão já estão ocupados, a probabilidade de bloqueio seja a menor possível Pelo princípio utilizado na rede de comutação, a comutação eletrônica espacial é muito semelhante à comutação eletromecânica crossbar / A COMUTAÇÃO ELETRÔNICA TEMPORAL crosspoint, diferindo pela natureza dos seletores utilizados para o feitio das matrizes (em geral menores que os utilizados nas matrizes crossbar / crosspoint clássicas) e pelo arranjo dos estágios (em geral mais numerosos e utilizando graduações regulares e mais ordenadas) A comutação temporal é realizada através de vias multiplexadas no tempo As linhas de entrada e saída interconectadas a uma rede de comutação temporal não são, portanto linhas individuais como na comutação espacial, e sim linhas multiplex comuns com trinta canais,onde cada um dos canais ocupa uma posição de duração fixa (3,9 microssegundos) dentro de um quadro multiplex periódico de 125 microssegundos O problema da comutação temporal consiste em interconectar dois canais que se encontram dentro dos multiplex de transmissão com divisão em tempo Trata-se de transferir uma dada posição temporal de um multiplex de saída às informações transportadas por uma dada posição temporal de um multiplex de entrada que corresponde a um circuito de entrada Como não existe nenhuma relação entre as posições temporais dos multiplex de entrada e saída (que alias não precisam entrar necessariamente em sincronismo) não é suficiente, por exemplo, através de uma porta lógica, colocar os dois multiplex em comunicação por 3,9 microssegundos, deve-se primeiramente efetuar uma defasagem correspondente a diferença de instante da aparição dos dois canais sobre os respectivos multiplex de transmissão O principio da comutação temporal combina sucessivamente dois tipos de operações: 1 Uma troca de posição temporal (operação do tipo T) que realiza a defasagem necessária fazendo os sinais transportados pelo canal de entrada estacionarem um certo tempo em uma memória temporária 2

3 # # # Tandem Local Tandem Local # # 7 9 Tandem Local Tandem Local # # # # # # # 7 9 PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA 2 Uma comutação espacial (operação do tipo S) que se obtém com a utilização de portas lógicas que permitem a transferência dos sinais do canal de entrada para o órgão encarregado de reconstruir o multiplex de transmissão de saída Estas portas lógicas são os pontos de comutação (no sentido de comutação espacial), mas comandadas dinamicamente com uma cadencia igual a dos multiplex internos Uma central automática temporal de grande porte pode combinar estes dois tipos de operação em vários estágios sucessivos Simbolicamente caracteriza-se a estrutura das redes de comutação temporais pelas siglas dos estágios, tais como T, TS, TST, STS, TSST, TSSST, SSTSS Os componentes dos estágios T são memórias temporais onde são armazenados por um curto espaço de tempo os sinais transportados pelos diversos canais do multiplex Os componentes dos estágios S são pontos de comutação eletrônicos cuja operação é comandada periodicamente ao ritmo do multiplex Os instantes de funcionamento destes diversos componentes (leitura e escrita de uma determinada palavra de memória, operação simultânea de uma seqüência de pontos de comutação dinâmicos) são definidos em função da comunicação a estabelecer e registrados em uma ou várias memórias de controle Estas memórias são lidas periodicamente ao ritmo dos multiplex internos, dão os endereços dos órgãos a serem comandados a cada instante e gerenciam, portanto o funcionamento periódico da rede de comutação temporal que assegura a comunicação entre o canal de entrada e o canal de saída Modificando-se o conteúdo das memórias de controle, as conexões através da rede são estabelecidas ou interrompidas Acesso telefonicos De/para outras estações D G V e r t i c a l D G H o r i z o n t a l Assinantes Troncos Equipamento comutador Baterias -48 Vcc O&M C H M Retif O&M Equipamento de ; -Alarme; -Supervisão; -Controle estatisticos; -Grau de serviço; -Testes; -Tarifação; -Observação de tráfego; -Etc Workstation Gerador Frequencias 380 Vac USCA Printer Ring = 25 Hz Tom de discar = 425 Hz Arcondicionado SE 138 kv ARQUITETURA DE UMA CENTRAL TELEFONICA Compõe uma central telefônica genérica: 1 Distribuidor geral DG; 2 Equipamento comutador; 3 Equipamento de operação e manutenção; 4 Geradores de freqüências; 5 Baterias; 6 Retificadores RET; 7 Unidade censora de corrente contínua USCC; 8 Unidade censora de corrente alternada USCA; 9 Grupo motor gerador GMG; 10 Subestação SE; 11 Ar-condicionador; USCC GMG Obs: Recomenda-se rever o capítulo sexto para maiores esclarecimentos sobre a infraestrutra utilizada Todo nosso foco, neste capítulo, será no equipamento comutador Quanto aos equipamentos de operação e manutenção serão tratados no capítulo de Gerencia integrada de rede CLASSIFICAÇÃO DAS CENTRAIS TELEFÔNICAS CENTRAL LOCAL É uma central de comutação à qual se ligam linhas de assinantes, isto é, cursa somente tráfego de assinantes CENTRAL TRÂNSITO LOCAL OU TANDEN É uma central de comutação à qual se ligam centrais locais Tandem Local CENTRAL TRÂNSITO INTERURBANO É uma central de comutação à qual se ligam centrais trânsito local ou centrais locais Central transito Interurbana 3

4 PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA Transito Regional Transito Estadual Transito Nacional Transito Internacional Tandem Local Transito Regional Transito Estadual Satellite Tandem Local Satellite dish Cabo Submarino Satellite dish agrupamento de terminais agrupamento de centrais agrupamento de tandens agrupamento de estados agrupamento de regiões CLASSIFICAÇÃO DAS CHAMADAS EM UM SISTEMA AUTOMÁTICO CHAMADA LOCAL CHAMADA INTERURBANA (IU) É a comunicação telefônica entre dois terminais de assinantes que pertencem a uma mesma área geográfica Classificam-se em três tipos: 1 Chamada local em que ambos pertencem a uma mesma central; 2 Chamada local com assinantes pertencentes a centrais distintas interligadas diretamente; 3 Chamada local com assinantes pertencentes a centrais distintas interligadas por uma central trânsito-local É a comunicação telefônica entre dois assinantes pertencentes a áreas geográficas distintas A chamada se processa através da central denominada trânsito interurbana 4

5 CHAMADA INTERNACIONAL É a comunicação telefônica entre dois assinantes pertencentes a países distintos CENTRAL PRIVADA DE COMUTAÇÃO TELEFÔNICA (CPCT) É uma central particular que tem o objetivo de interligar diversos aparelhos telefônicos internos (ramais) utilizados por uma empresa Essa central pode ou não ter ligação com uma central local PABX Automatic Exchange): (Private Branch São centrais comutadoras automáticas, para uso particular, que se interliga a uma central local através de linhas troncos Interliga ramais internos bem como um ramal interno pode ou não efetuar chamadas externas sem intervenção de uma operadora REDE DE COMUTAÇÃO DIGITAL INTEGRADA Na transmissão digital o sinal telefônico que é essencialmente analógico, é convertido na forma digital através da modulação por código de pulsos (PCM) A vantagem da transmissão digital é dupla: 1 os equipamentos de multiplexagem, compostos basicamente por circuitos lógicos são bem mais baratos 2 a forma digital permite uma integração mais fácil de sinais de diferentes espécies sobre o mesmo multiplex, como sinais de voz, dados, vídeo, etc As centrais digitais comutam os sinais de voz codificados em digital sem necessidade de efetuar uma conversão digital / analógico intermediária nem multiplexar os canais temporais, sendo, portanto conectadas diretamente aos multiplex utilizados na rede de transmissão e realizando funções sem equivalentes na comutação espacial Em particular, elas deverão comutar os canais destinados aos serviços não telefônicos, que classicamente são separados ao nível de distribuidor e participar da operação e manutenção da rede de transmissão Aliás, a distinção que antigamente existia entre comutação e transmissão tende a desaparecer e hoje os diversos equipamentos das duas partes empregam as mesmas tecnologias CONSTITUIÇÃO DE UM ENLACE DIGITAL 5

6 Como nas redes analógicas os níveis hierárquicos de multiplexação estão definidos e são normalizados internacionalmente - nível primário com 30 canais de voz (2,048 Mbit/s) - nível secundário com 120 canais de voz (8,4 22 Mbit/s) - nível terciário com 4 80 canais de voz (34,368 Mbit/s) - nível quaternário com 1920 canais de voz (139,264 Mbit/s) A figura representa esquematicamente um enlace digital que compreende os seguintes sistemas: - os multiplex de canais de voz - as centrais digitais - os terminais de linha - eventualmente os multiplex digitais para passagem a uma ordem hierárquica superior CONSTITUIÇÃO DE UMA CENTRAL DIGITAL - BLOCOS FUNCIONAIS À figura representa uma decomposição funcional típica No caso mais geral, uma central ê conectada a: - linhas de assinantes - circuitos interurbanos ou locais, digitais de 2, 8, 34, 140, Mbit/s Os estágios de assinantes concentram o trafego telefônico dos assinantes, modulando digitalmente os sinais de voz, efetuando as conversões elétricas necessárias à troca de sinalização entre a central e o assinante Eles podem realizar também algumas funções de comando Os circuitos analógicos são multiplexados digitalmente Em certos casos, devem ser utilizados adaptadores para poder inserir a sinalização por canal associado no intervalo de tempo 16 As linhas digitais são terminadas pelos terminais de linha antes de serem conectadas a central Certos sistemas de comutação não admitem enlaces que não sejam de 2 Mbit/s e os sistemas de ordem superior devem ser demultiplexados Em outros casos os enlaces de 8 Mbit/s podem ser feitos diretamente A unidade de comutação digital é constituída de três partes: 6

7 1 Os terminais digitais que efetuam uma adaptação elétrica do sinal emitido na linha, retransmitindo os sinais digitais recebidos dos diferentes multiplexadores 2 A rede de comutação propriamente dita, que assegura a conexão entre dois assinantes ou entre um assinante e um circuito, ressaltando-se, porém que a conexão realizada é sempre do tipo a 4 fios, ou seja, os dois sentidos de conversação são transmitidos por dois circuitos distintos 3 Um relógio, geralmente centralizado, que fornece as freqüências de sincronismo necessárias as diferentes sub-unidades do sistema Enfim, as unidades de controle e processamento da sinalização não diferem funcionalmente de suas homólogas da comutação espacial Suas conexões com os outros órgãos não estão representadas na figura, pois suas disposições variam bastante de um sistema a outro TD: Terminai digital de nível TDL: Terminal digital de linha de nível Evidentemente esta figura não representa mais do que uma decomposição funcional, e corresponde muito imperfeitamente a estrutura real de hardware e software, sendo as implementações muito variáveis O COMUTADOR DIGITAL Tendo surgido após a digitalização da transmissão e com o intuito de facilitar a integração entre esta e a comutação, o comutador digital é basicamente um equipamento que trata exclusivamente enlaces PCM, conforme mostrado na figura Recebendo um conjunto de enlaces PCM de entrada o comutador estabelece as conexões necessárias às chamadas solicitadas, pelo rearranjo espaço-temporal dos conteúdos de seus canais nos canais de enlaces PCM de saída Durante a realização de uma chamada são estabelecidos para a mesma dois caminhos no comutador digital, um relativo a informação transmitida do terminal chamador ao chamado e outra no sentido contrário Durante a duração da chamada, canais fixos de transmissão e recepção são associados ao terminal chamador acontecendo o mesmo com o chamado Dessa forma o ponto de vista do comutador, tanto o terminal chamador como o chamado são definidos durante a comutação de uma chamada pelos enlaces e canais nesses enlaces que lhes são associados A multiplexação dos sinais de voz relativos aos vários terminais ligados a central é realizada através de um estágio de interface com os terminais Esse estágio envolve, em alguns casos, concentração, onde o número de terminais na sua entrada é superior ao número de canais disponíveis na sua saída, como mostra a figura Tal concentração é dimensionada em função das características de tráfego dos terminais Porém, existem casos em que o número de terminais na entrada do estágio de interface nunca deve ser maior do que o número de canais na saída desse estágio Portanto não haverá concentração A figura ilustra essa situação OS ELEMENTOS BÁSICOS COMUTAÇÃO DIGITAL DAS REDES DE COMUTAÇÃO DIGITAL Estudaremos agora os elementos básicos das redes de comutação digital, responsáveis pela comutação das palavras PCM, que vem diretamente da linha de transmissão ou de algum órgão que converte os sinais analógicos em digitais 7

8 Estas palavras PCM chegam em diferentes intervalos de tempo e geralmente são recolhidas em uma memória (tempo) passam através de uma matriz de pontos de comutação (espaço) e se encaminham novamente para outra memória (tempo) Este tipo de rede teria uma estrutura TST, mas como já vimos de pendendo do agrupamento feito, poder-seia ter estruturas diferentes Analisaremos agora mais detalhadamente como são constituídas a matriz de pontos de comutação e a malha de comutação temporal MATRIZ ESPACIAL (S) A comutação espacial é realizada por uma matriz de pontos de comutação NxN, onde cada ponto individual é representado por uma porta lógica Para cada coluna de pontos de comutação teremos uma coluna da memória de controle associada, que por sua vez terá tantas palavras quantos forem o número de intervalos de tempo (F) As configurações de F apresentam valores que vão de 32 a 1024 Durante cada intervalo de tempo, cada matriz trabalhará como uma matriz espacial dividida, com total acessibilidade entre os "buses" de entrada e saída Os pontos de comutação serão controlados por determinadas células da memória de controle Na passagem de um intervalo de tempo para outro, a memória de controle avançará um passo e, durante este novo intervalo de tempo, um conjunto diferente de pontos de comutação será ativado Este procedimento continuará em ciclos de F passos O comportamento de divisão de tempo da parte espacial, aumenta a utilização dos pontos de comutação da ordem exata de F vezes, se compararmos com a comutação normal O comutador espacial comuta qualquer informação de 8 bits de um enlace de entrada a qualquer enlace de saída sem trocar o intervalo de tempo de canal (ITC) Portanto, a informação permanece em seu ITC original durante e após a comutação Há, isto sim, a alteração da sua posição "espacial", isto é, sua atribuição aos diversos enlaces Nesta figura verifica-se que o conteúdo do canal A do enlace N de entrada foi transferido para o enlace M de saída, mantendo-se o canal Da mesma forma, o conteúdo do canal A do enlace M de entrada foi transferido para o enlace N de saída, mantendo-se também o canal Tal operação é conhecida como "Comutador Espacial" e o órgão que a realiza é chamado "Estágio S" O estágio S consiste numa matriz espacial, ou seja, num arranjo de nós capazes de conectar um conjunto de vias de entrada (linhas) com outro de vias de saída (colunas) A abertura ou fechamento dos nós de conexão deve ser feita de modo que no máximo uma linha seja ligada simultaneamente a uma coluna e é administrada por uma lógica de controle Na sua utilização num comutador espacial as vias de entrada e saída correspondem a enlaces PCM que multiplexam 32 canais cada um O controle do estágio S, deve portanto ser também multiplexado de modo que a cada intervalo de tempo de canal imponha a configuração de fechamento de nós correspondentes às comutações que devem ser realizadas nesse intervalo Uma realização bastante simples do estágio S consiste na implementação de cada coluna de nós através de um circuito multiplex digital com uma saída e um número de entradas igual ao número de linhas da matriz, ou seja, igual ao número de enlaces PCM de entrada Para cada multiplex é necessária uma memória de controle (MCR) que comanda a seqüência de multiplexagem Cada memória de controle contém tantas posições quantos forem os canais de cada via que acessa a matriz Seja, como exemplo, comutar o canal 0 da via 1 com o canal 0 da via 2 Para isso, escreve-se na posição 0 da MCR2 o valor 1 Assim, quando a MCR2 for lida na posição 0, o seu conteúdo vai endereçar o MUX2 fazendo com que sua entrada de número 1 (via 1) atinja sua saída (via 2) O endereçamento de leitura das 8

9 memórias de controle é dado por um contador cíclico de canais, sincronizado de modo a fornecer, a cada intervalo de tempo de canal, a numeração do mesmo dentro do quadro Conseqüentemente a comutação da via 1 de entrada para a via 2 de saída se dará no MUX2 exatamente durante o intervalo de tempo de canal 0 conforme desejado Isto se repete a todo quadro, até que a conexão seja desfeita Deve-se notar que uma estrutura como esta, só se comutam canais do mesmo número O comutador espacial comuta qualquer palavra de código de 8 bits de uma linha multiplex de entrada a qualquer linha multiplex de saída sem trocar o " time slot" Portanto, as palavras de código permanecem em seus " time slots" originais durante e após a comutação e, conseqüentemente, não ha retardo Há, isto sim, a alteração da sua posição "espacial" e, isto e, sua atribuição às diversas linhas multiplex Para tornar visível o exemplo, representaram-se apenas três linhas multiplex na entrada e na saída da e quatro (no lugar de p ex 32) palavras de código por período de 125 microssegundos Simplificou-se também a matriz de acoplamento, com só uma porta E por ponto de acoplamento A configuração das portas E liberadas e modificada, de forma síncrona, com cada time slot" Para cada "time slot" das linhas multiplex de entrada e feita uma interconexão através de uma porta E, isto é, uma porta E é liberada 8000 vezes por segundo para cada interconexão As portas E são liberadas simultaneamente durante um determinado "time slot A seqüência correta, na qual determinada porta E deve estar liberada ou bloqueada, e dada por uma memória de controle para cada coluna da matriz (equivalente a cada linha multiplex de saída) Os endereços de controle na memória de controle indicam, por" time slot", a porta E a ser liberada (equivalente a uma determinada linha multiplex de entrada) A MALHA DE COMUTAÇÃO TEMPORAL (T) A malha de comutação temporal é constituída de memórias intermediárias ("buffer") chamadas de memórias de conversação, onde as palavras PCM (de 8 bits), associadas a cada circuito de conversação serão inseridas e atrasadas um determinado número de intervalos de tempo As escritas nas memórias são efetuadas de maneira cíclica, sendo cada amostra memorizada durante um período de 125 microssegundos Podem existir vários acessos para escrever na memória e um único reservado a leitura Todo o conteúdo de uma memória deve ser lido em 125 microssegundos Para a leitura destas memórias de conversação necessitamos de memória de controle A memória de controle de conversação terá tantas células quantos forem os intervalos de tempo e durante cada intervalo de tempo, ela ordenará a leitura de uma célula específica na memória de conversação Obviamente o atraso efetivo que poderá existir, será a diferença de tempo entre a escrita na memória de conversação e a leitura da mesma Ê importante ressaltar que as mesmas células de memória serão usadas exclusivamente para uma certa 9

10 chamada e ficarão ativadas durante todo o tempo que levar esta conexão Enquanto as informações na memória de controle não forem alternadas a mesma seqüência de comutação será ciclicamente executada, quadro por quadro Os controles regional e central serão os responsáveis pelas alterações das informações nas memórias, nos casos de conexão e desconexão de chamada Apresentaremos agora um exemplo de malha de comutação temporal onde para executar a operação de leitura se decompõe cada intervalo de tempo elementar de 4 microssegundos em n+1 subintervalos de tempo, T o a T n O primeiro destes intervalos de tempo (To) é utilizado para efetuar n escritas simultâneas na memória de conversação Os outros são utilizados nas operações de leitura da seguinte maneira: 1- durante o sub-intervalo de tempo T i do intervalo de tempo elementar i, é lido o octeto (8 bits) da memória de conversação e encaminhado para a saída nº 1 Este octeto constitui-se então no conteúdo do canal temporal i sobre o multiplex digital 2- durante o sub-intervalo de tempo T n os 8 bits extraídos da memória serão encaminhados para a saída de número n Eles constituirão então o conteúdo do canal temporal i sobre o multiplex digital Um trem de bits de leitura é associado, portanto, de forma rígida, a um canal digital na recepção A conexão é caracterizada então pelo endereço de leitura na memória de conversação, o qual corresponde a um canal digital na recepção Este endereço é fornecido por uma memória de conexão, chamada memória de controle na qual cada palavra, associada a um canal de saída, contém o endereço do canal de entrada interligado Esta memória é lida de modo cíclico: as inscrições são feitas pelos processadores de controle da central O dispositivo descrito acima permite a construção de uma matriz de comutação sem bloqueio de (32n x 32n) canais Os limites na capacidade deste gênero de malha de comutação provem da velocidade de funcionamento necessária ao seu funcionamento O conteúdo da memória de conversação deve ser lido em 125 microssegundos, o que permite (8 x 10 3 x 32n) leituras por segundo A principio nenhuma restrição existe quanto à cadência de leitura Entretanto, as memórias a semicondutores utilizadas raramente oferecem mais de um acesso a escrita resultando uma cadência de escrita freqüentemente da mesma ordem de grandeza Deve-se quando possível utilizar tecnologias de alto nível de integração O limite atual de operarão está situado em torno de 20 a 40 MHz, o que corresponde na pratica a malhas de comutação de 2048 (4096) canais De fato, a tendência é de se utilizar, por razões econômicas (densidade de integração, consumo) componentes da família MOS A capacidade máxima atual de uma malha de comutação temporal ê da ordem de 500 canais Para finalizar, diremos que os 8 bits constituintes de cada palavra são recebidos em série na entrada da rede A transferência destes octetos, no entanto, será feita em paralelo, em função da velocidade de funcionamento das memórias, tal como vimos anteriormente A malha de comutação contém então em suas extremidades, conversores série - paralelo, cujo custo não é desprezível A malha de comutação apresenta a forma mais comum de malha de comutação temporal Diz-se que este tipo de malha é comandado pela saída pois cada palavra da memória de controle está associada rigidamente a um intervalo de tempo de saída determinado Existem também as malhas de comutação temporal comandada pela entrada O princípio de comutação é inalterável Todas as vezes que aparece uma palavra da memória de controle ela é associada a um canal de entrada, e seu conteúdo indica o número do canal de saída a ser conectado Diremos, então, que a malha de comutação temporal permite acessibilidade plena, sem bloqueio A capacidade é função da tecnologia disponível no momento As grandes redes, 10

11 porém, se constituirão de redes a estágios, com estágios T e S Ê evidente que as implementações da malha temporal T evoluem com o tempo e com o progresso da tecnologia O comutador temporal pode transferir toda informação de 8 bits de um enlace de entrada a qualquer intervalo de tempo de canal de um enlace de saída Portanto, a informação muda de ITC, porém, permanece no mesmo enlace Nesta figura é mostrada a comutação temporal do conteúdo do canal A do enlace de entrada N para o canal B do enlace de saída N e vice-versa O órgão que realiza esta comutação é chamado Estágio T O Comutador Temporal tem um único enlace de entrada e um único enlace de saída O número de intervalos de tempo de canal em cada um desses enlaces costuma ser 32 ou um múltiplo de 32 A utilização de uma memória RAM com um número de posições igual ao número de canais de entrada C permite a introdução dos atrasos necessários as comutações temporais de todos os canais Durante cada intervalo de tempo de canal, dois acessos são feitos na memória, um de escrita do conteúdo do correspondente canal de entrada e um de leitura do conteúdo do correspondente canal de saída Todos os bits de um mesmo canal de entrada são escritos simultaneamente de modo que o número de bits por posição de memória deve ser igual ao número de bits dos canais PCM Para isto, previamente a escrita, o sinal digital correspondente ao enlace de entrada deve ser convertido do modo série para o paralelo Da mesma forma, o conteúdo dos canais de saída é também retirado na forma paralela e deve, se necessário, ser re-convertido para o modo série Há necessidade do uso de uma segunda memória RAM para o controle da comutação Existem duas técnicas possíveis para a implementação do Comutador Temporal: - Técnica de escrita cíclica - Técnica de leitura cíclica TÉCNICA DE ESCRITA CÍCLICA Neste caso os conteúdos dos canais de entrada são escritos ciclicamente na memória de comutação sob o endereçamento fornecido por um contador de canal Conseqüentemente, em cada intervalo de tempo de canal o conteúdo do correspondente canal de saída deve ser procurado na posição de memória de número igual ao do canal de entrada que forneceu tal conteúdo para armazenamento Para tanto a memória de controle de comutação deve fornecer, a cada intervalo de tempo de canal e como endereçamento de leitura para a memória de comutação, o número do canal de entrada cujo conteúdo deve ser comutado para o correspondente canal de saída Na figura que ilustra o comutador é destacada a comutação do conteúdo do canal A de entrada para o canal B de saída e vice-versa Para isso, na posição B da memória de controle é armazenado o endereço A e na posição A é armazenado o endereço B A memória de controle é lida ciclicamente também sob o controle de um contador de canal de modo que durante os intervalos de tempo de canal A e B fornece respectivamente os endereços de leitura B e A, propiciando as comutações solicitadas TÉCNICA DE LEITURA CÍCLICA Neste caso os conteúdos dos canais de saída 11

12 são lidos ciclicamente da memória de comutação sob o endereçamento fornecido por um contador de canal Conseqüentemente, em cada intervalo de tempo de canal o conteúdo do correspondente canal de entrada deve ser armazenado na posição de memória de número igual ao do canal de saída para o qual deve ser comutado Neste caso, a memória de controle de comutação deve fornecer, a cada intervalo de tempo de canal e como endereçamento de escrita para a memória de comutação, o número do canal de saída para o qual dever ser comutado o conteúdo do correspondente canal de entrada A memória de controle de comutação, que em ambos os casos é lida ciclicamente, tem seu conteúdo alterado em uma dada posição unicamente quando o estado de comutação do correspondente canal controlado é modificado, por exemplo, no início ou fim de uma chamada ESTRUTURA MULTI-ESTÁGIO Conforme visto anteriormente, um estágio espacial (S) realiza a comutação de enlaces enquanto que um estágio temporal (T) realiza a comutação de canais Portanto, é impossível, utilizando unicamente estágios espaciais ou unicamente estágios temporais, realizar a comutação de canais e também de enlaces A figura ilustra a realização das operações de comutação temporal e espacial num único bloco, onde o conteúdo do canal A do enlace N de entrada é comutado para o canal B do enlace M de saída e vice-versa O comutador, neste caso denominado espaço - temporal, pode ser implementado a partir de estágios S e T É possível mostrar que uma estrutura TS ou ST com um número de estágio T igual ao número de enlaces de entrada ou saída é sempre bloqueante Dessa forma, se ao desejar implementar um comutador não bloqueante é necessária a utilização de estruturas com pelo menos 3 estágios As estruturas mais usadas são as TST, STS, TSSST, SSTSS e TSTST, denominadas estruturas multiestágios COMUTADOR MTD Denomina-se aqui Multiplex Temporal - Demultiplex (MTD) ao comutador que, tendo vários enlaces de entrada e de saída, realiza as duas funções de comutação espacial e temporal utilizando unicamente um conjunto de circuitos multiplex, um estágio temporal e um conjunto de circuitos demultiplex Tanto a implementação do comutador MTD como seu software de controle são extremamente simples No entanto, sua utilização é viável técnica e economicamente apenas em casos de número reduzido de enlaces de entrada e saída A figura abaixo ilustra a implementação de um comutador MTD com 8 enlaces de entrada e 8 enlaces de saída, cada qual com 32 canais Um conjunto de 8 registradoras série paralelo (S-P) converte o conteúdo dos canais dos enlaces de entrada (que é suposto de 8 bits) da forma serial para a paralela Admite-se também uma defasagem de um período de bit de um enlace para outro de modo que os instantes de término do preenchimento dos respectivos registradores são também defasados no tempo No intervalo em que um registrador se encontra preenchido com o conteúdo de um canal e que tem duração de um período de bit, os circuitos multiplex (um para cada bit de canal) habilitam a passagem desse conteúdo, já na forma paralela, para um Bus de Canais a Comutar correspondente a entrada do Comutador Temporal O Bus de canais a comutar consiste, portanto, num enlace PCM com 256 canais, ou seja, o total de canais de entrada do comutador O estágio temporal realiza então a comutação temporal dos canais do Bus de Canais a Comutar para os de um Bus de Canais Comutados, também de 256 canais É importante notar que existe uma relação biunívoca entre o número do canal do Bus de Canais a Comutar e o número do enlace de entrada e do canal dentro do mesmo A mesma relação existe entre o Bus de Canais Comutados e os enlaces e canais de saída e é a seguinte: Comutador MTD ncb = nce x 8 + ne onde: ncb = número do canal no bus nce = número do canal no enlace 12

13 ne = número do enlace PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA Dessa forma, conhecidos os números dos enlaces de entrada e saída e dos canais a serem comutados, os ncb dos Buses de Canais a Comutar são calculados e utilizados na memória de controle do estágio T para realizar uma comutação temporal convencional Os canais do Bus de Canais Comutados são demultiplexados seqüencialmente, ainda na forma paralela, sendo necessário um demultiplex para cada bit de canal Essa demultiplexação reconstitui os 8 enlaces de saída que finalmente são re-convertidos do modo paralelo para o serial Portanto, para se saber a posição do canal 15 do enlace 3 de entrada no Bus de Canais a Comutar, utilizamos a seguinte equação: Representação Temporal das estruturas dos enlaces de entrada e ncb = nce x 8 + ne onde: nce =15 ne = 3 logo: ncb =15x8 + 3 ncb = 123 É importante se observar que a posição de um determinado canal de um enlace de entrada no Bus de canais a comutar é a mesma no endereço da memória de comutação do Estágio T, ou seja, o conteúdo do canal 15 do enlace 3 de entrada ficará armazenado no endereço 123 da memória de comutação do Estágio T COMUTADOR TEMPORAL-ESPACIAL O comutador temporal-espacial é uma variante de alta velocidade de trabalho do comutador temporal Por causa da grande velocidade de trabalho, o comutador temporal-espacial pode transferir palavras de código de 8 bits das linhas multiplex de entrada a qualquer "time slot de diversas linhas multiplex de saída Para tanto, e necessário reunir (multiplexar) as palavras de código das linhas de entrada e levá-las a memória de dados Isto significa, que na linha entre o multiplexador e a memória de dados ocorre uma taxa de bits muitas vezes maior que a nas linhas de entrada No exemplo, a taxa de bits entre o multiplexador e a memória de dados e quatro vezes maior que em uma linha multiplex de entrada Após o processo de comutação, o demultiplexador distribui as palavras de código as 4 linhas de saída da com a taxa de bits original No mais, o comutador temporal-espacial tem os mesmos princípios de funcionamento que o Comutador temporal - espacial 13

14 comutador temporal Portanto, também aqui toda palavra de código entrante pode ser transferida, sem bloqueio, a qualquer "time slot" das linhas de multiplex de saída (acessibilidade plena) A figura mostra os símbolos (não normalizados) do comutador temporal - espacial e seus parâmetros Símbolos do comutador temporal-espacial (não normalizados) ENLACE DIGITAL a = quantidade de "time slots" por linha multiplex de entrada b = quantidade de "time slots" por linha multiplex de saída m = quantidade de linhas multiplex de entrada n = quantidade de linhas multiplex de saída, a e b bem como m e n podem ser iguais Para uma melhor compreensão do que seja um enlace digital, é preciso compreender inicialmente como é constituída uma malha de comutação digital Vejamos o caso de uma malha TST A malha digital que é utilizada em centrais locais tem mais ou menos posições de múltiplos Uma malha totalmente ocupada consiste (em termos de hardware) de 32 módulos de comutação temporal (TSM) conectados um a um ao modulo de comutação espacial (SPM) para prover as facilidades de conexão entre os diferentes TSM A cada TSM podem ser conectados 16 "enlaces digitais" que são numerados de 0 a 15 A malha digital é duplicada por razões de segurança, formando dois planos: Plano A e Plano B Como vemos na figura a única maneira de se conectar alguma coisa a malha digital, é através de enlaces digitais Um enlace digital compõe-se, portanto de dois trens de pulsos: um para o sentido de transmissão e outro para o sentido de recepção Cada trem de pulsos é composto de 8000 quadros por segundo, cada quadro contendo 32 subdivisões chamadas de intervalos de tempo A taxa de Enlaces digitais transmissão no trem de pulsos é de 2048 Mbit/s Como dá para perceber um enlace digital deve ser constituído da mesma forma que um terminal PCM de 30/32 canais BLOCO DE CONVERSÃO ANALÓGICO / DIGITAL - PCD Conexão de um órgão analógico a malha de grupo Vamos supor que nós temos algum tipo de órgão analógico que deva ser conectado a malha de comutação de grupo Como vemos os órgãos analógicos não podem ser conectados diretamente a malha digital, e por esta razão é preciso converter os sinais analógicos em sinais digitais Para isto nós conectamos um PCD, que é um dispositivo de multiplexaçao por código de pulsos UNIDADE DE SELEÇÃO DE PLANO E TEMPORIZAÇÃO A figura mostra que o PCD tem uma unidade especial para servir de interface com a malha digital Esta unidade é chamada de Unidade de Seleção de Plano e Temporização Quando o trem de pulsos passa por esta unidade, estabelece-se um enlace digital que pode ser conectado aos dois planos da malha digital exatamente ao mesmo tempo Os intervalos de tempo são inicialmente armazenados na Unidade de Seleção de Plano e Temporização e a partir do armazenamento nos "buffers" os "intervalos de tempo totais" são temporizados na saída A freqüência de "clock" é determinada pelo TSM o qual em principio, controla as operações de sincronização para a malha Como já vimos, a malha de comutação de grupo é duplicada por razões de segurança, ou seja, existem os Planos A e B Desde que os dois planos trabalhem em condições normais, os intervalos de tempo são enviados em paralelo aos dois planos, onde serão comutados (em paralelo) e daí retornam ao PCD também em paralelo Após a comutação, o PCD recebe os dois intervalos de tempo que contêm a mesma informação porque são originários da mesma chamada 14

15 A Unidade de Seleção de Plano e Temporização então selecionará a informação de um dos planos, por exemplo, do Plano A Entretanto, se o Plano A apresentar defeito então a Unidade de Seleção de Plano e Temporização imediatamente passa a recolher informações do Plano B, evitando problemas na conexão MATRIZ DE COMUTAÇÃO A figura nos mostra uma malha de comutação digital pertencente ao Subsistema de Comutação de Grupo (GSS) Fazem parte deste sub sistema, os blocos funcionais de comutação de grupo (GS) e de sincronização da rede (NS) A rede de comutação de grupo digital ("hardware" do GS) é constituída dos módulos de comutação temporal (TSM), dos módulos de comutação espacial (SPM) e do módulo CLM ("Clock Module) Uma malha de comutação de grupo digital é uma malha de comutação temporal que trabalha com informações codificadas em PCM O código PCM utilizado é do tipo padrão do ITU-T, ou seja, com sistema de 30 canais A conversão dos canais telefônicos de analógico para digital é Comunicação PCD-TSM-PCD realizada pela unidade funcional de conversão analógico-digital (PCD) que pertence ao Subsistema de Sinalização e Troncos (TSS) Veremos também mais adiante o Circuito Terminal da Central (ETC) que também pertence ao TSS e é utilizado como interface entre os enlaces PCM de entrada e a parte in terna de comutação A interface entre o GSS e os outros subsistemas é constituída uma parte de software e outra parte de hardware A malha de comutação de grupo tem as seguintes funções: 1 Seleção, conexão e desconexão de um circuito de conversação ou sinalização através de si mesma 2 Supervisão do hardware no subsistema GSS ou periodicamente ou continuamente no caso de processamento de tráfego 3 Supervisão dos enlaces digitais conectados a malha de comutação 4 Geração de uma freqüência de "clock" estável (serviço plesiócrona) ou sincronização do "clock" da central para toda a rede (mestre-escravo) Malha de comutação digital PCM PCM PCM TSS PRINCIPIO DE COMUTAÇÃO TEMPORAL O principio de comutação temporal está ilustrado na figura ao lado Vindos do sistema PCM, os intervalos de tempo (time slots) de entrada são armazenados de maneira seqüencial em uma memória de conversação A (SSA, Speech Store A) Assim, o intervalo de tem pode entrada 1 é memorizado no endereço 1 na SSA Uma nova palavra PCM é memorizada na SSA após 125 microssegundos vindo da mesma conexão PCM de entrada A memória de controle A (CSA, Control Store A) controla a leitura da SSA, e o intervalo de tempo interno tem o mesmo número nas duas memórias Portanto, para o intervalo de tempo de entrada nº 5 a ser comutado, nós temos de selecionar um intervalo de tempo interno que esteja livre na CSA Tanto o intervalo de tempo interno 3 como o 5, estão livres A CSA indicará então, para 15

16 cada intervalo de tempo interno, o endereço da SSA a ser lido Diz-se, portanto que a seqüência de canais PCM de entrada (6, 5, 4, 3, 2,1) foi comutada no tempo (2,,1,,4, 3) O MODULO DE COMUTAÇÃO TEMPORAL TSM Principio de funcionament o da malha de comutação temporal que o OTC nº 3 está conectado ao ETC 0 e o ITC nº 2 ao ETC 1 O modulo de comutação temporal é mostrado na figura abaixo Ele é composto de duas memórias de conversação e duas memórias de controle O lado A é utilizado no sentido de entrada enquanto que o lado B é utilizado no sentido de saída é preciso ressaltar que através da comutação temporal é possível conectar um circuito tronco de saída de uma central a um circuito tronco de entrada em outra central, porém uma conexão telefônica necessita de duas linhas uma em cada direção de conversação, circuitos troncos de saída OTC e circuitos troncos de entrada ITC O módulo TSM da figura contém 512 intervalos de tempo internos e portanto podem ser conectadas 512 linhas ao módulo Como um sistema PCM de 30 canais necessita de 32 canais por quadro, com dois canais reservados para sinalizarão, podemos conectar 16 enlaces PCM, com 32 canais cada ao modulo TSM Para estabelecer a primeira conexão mostrada na figura seguinte do OTC nº 3 na central X para o ITC nº 2 na central Y, consideremos A informação do OTC nº 3 é armazenada no endereço 3 na memória de conversação A (SSA) O ITC nº 2 utilizou o endereço 34 na SSA, pois o ETC 0 utiliza os endereços 0-31 Neste instante procura-se um intervalo de tempo livre na memória de controle A (CSA) No nosso exemplo foi escolhido o intervalo de tempo interno nº 1 Desse modo o endereço 1 da CSA indica o endereço 3 da SSA onde a informação de conversação do OTC nº 3 esta armazenada Durante o intervalo de tempo interno nº 1, o conteúdo do endereço 3 da SSA (informação de conversação do OTC nº 3) é colocado no endereço 34 da SSB de onde será lido para ser enviado ao ITC nº 2 A escrita na SSB é controlada pela CSB Isto significa que durante o intervalo de tempo interno nº 1 na CSB a informação de conversação do OTC nº 3 é transferida para o endereço 34 na SSB Portanto o nº 34 está escrito no endereço 1 da CSB que Exemplo do estabelecimento de duas conexões utilizando a malha de comutação temporal corresponde ao intervalo de tempo nº 1 Quando o intervalo de tempo 34 for lido, a informação de conversação do OTC nº 3 é transferida para o ITC nº 2, estabelecendo, portanto a conexão entre as centrais É necessária outra conexão no outro sentido, isto é, do endereço 34 na SSA onde a informação de conversação do ITC nº 2 está armazenada para o endereço 3 na SSB onde a informação de conversação Conexão entre centrais X e Y (Z e W) para o OTC deve ser armazenada Um intervalo de tempo interno livre na CSA e CSB deve ser escolhido Qualquer um poderia servir, mas por razões práticas utiliza-se o método da antifase Neste método, escolhe-se um intervalo de tempo que esteja após 256 outros intervalos de tempo (geralmente o nº de intervalos de tempo internos dividido por dois) para ser utilizado no outro sentido da conversação Isto implica em que no nosso exemplo seja escolhido o intervalo de tempo nº 257 (256+1) A informação de conversação do ITC nº 2 é transferida do endereço 34 na SSA para a SSB no intervalo de tempo nº 257 conterá o endereço relativo ao intervalo de tempo de salda para o OTC nº 3 na SSB Portanto no endereço 257 na CSB encontra-se o valor 3, Desta maneira são alcançados os dois sentidos 16

17 de conversação necessários para estabelecer uma conexão entre as duas centrais Na figura é mostrada uma outra conexão, entre o OTC nº 30 na central Z e o ITC nº 1 na central W A central Z é conectada ao ETC nº 14 e a central W é conectada ao ETC nº 15 A figura ao lado nos mostra como as memórias CSA e CSB podem ser combinadas para formar uma memória de controle comum (CS) Utilizando o método da antifase o conteúdo da memória de controle CSB é alocado após 256 endereços em comparação com CSA A mesma memória de controle pode ser utilizada então para leitura da SSA e para SSB, pois a diferença no endereçamento é prédefinida (256 no nosso caso) Este método simplifica a seleção de via e economiza espaço Memória de conversação CSAB, utilizando o método da O MODULO DE COMUTAÇÃO ESPACIAL SPM Conexão no SPM controlada pela CSC na direção de saída Conexão nas duas direções através da malha de comutação de grupo digital Para estabelecer uma conexão entre dois módulos de comutação temporal (TSM's) utiliza-se um módulo de comutação espacial A malha espacial se assemelha com uma malha eletromecânica, pois durante um intervalo de tempo interno a informação de conversação é transferida da mesma maneira No intervalo de tempo seguinte é estabelecida outra conexão e assim por diante A malha espacial é controlada pela CSC Na CSC-0 do TSMO para o intervalo de tempo interno 259 o valor 31 indica que o ponto de comutação no SPM será utilizado para estabelecer uma conexão entre as memórias de conversação de entrada (SSA) e saída (SSB) A um módulo de comutação espacial podem ser conectados um número máximo de 32 TSM's, e como cada TSM contém 512 intervalos de tempo internos, utilizando um SPM juntamente com 32 TSM's pode-se alcançar um nº de canais igual a (32x512) A figura seguinte apresenta uma conexão entre o OTC nº 3 (TSM-0) e o ITC nº 5 (TSM-1) através do módulo de comutação espacial (SPM) Selecionando uma via livre (intervalo de tempo livre) em TSM-0 e TSM-1, escolhemos como exemplo o intervalo de tempo interno nº 1 Na CSAB-0, é escrito um 3 no intervalo de tempo interno nº 1, referente ao endereço nº 3 na SSA onde a informação de conversação de entrada vinda do OTC nº 3 é memorizada No TSM-1, a leitura do ponto de comutação do SPM para a SSB-1 ocorrera no intervalo de tempo interno nº 1 A informação de conversação é então transferida para o endereço 5 na SSB onde está conectado o ITC nº 5 O ponto de comutação no SPM é dado pela CSC No nosso exemplo no intervalo de tempo interno nº 1 o ponto de comutação é indicado, pelo endereço 1 da CSC-1, como sendo 0 (coluna 1) Como já vimos anteriormente, deve ser estabelecida uma conexão também para o outro sentido da conversação Utilizando o método da anti-fase temos que deve ser usado o intervalo de tempo interno nº 257 (1+256) No TSM-0 o ponto de comutação deve ser definido por CSC-0 Desde que o intervalo de tempo interno nº 257 é usado o endereço nº 257 na CSC-0 indicará o ponto de comutação utilizado, sendo no nosso exemplo o ponto de comutação nº 1 na coluna 0 A leitura deste ponto de comutação no intervalo de tempo nº 257 para a SSB-0 no TSM-0 estabelecerá a conexão desejada entre o ITC nº 5 no TSM-1 e o OTC nº 5 no TSM-0 Desta maneira, portanto, é feita a conexão em ambos os sentidos entre o OTC nº 3 e o ITC nº 5 através da malha de comutação de grupo digital O ESTÁGIO DE LINHAS (LOCAL / REMOTO) O estágio de linhas possibilita economia global, pois com o processo de comutação distribuído, o mesmo é instalado no 17

18 PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA centro da demanda evitando que as linhas de assinantes se estendam de uma central até o usuário Há uma otimização dos custos da rede, pois são substituídas as linhas de acesso por linhas de transmissão digitais O estagio de linhas possui um adaptador de sincronismo e temporização para sua conexão com a central mãe, um equipamento PCM para possibilitar a conexão, um processador local escravizado um processador regional instalado na central, que tem por finalidade o controle e comutação dos assinantes, uma pequena matriz de comutação, opcional, para comutar assinantes dentro do próprio estágio de linhas um scaner para fazer varredura nos assinantes visando detectar que retirou o fone do gancho e se conectar a este para troca de informações e o próprio circuito de linha que tem por finalidade a interface do assinante ao equipamento comutador INTERFACE DE LINHA DE ASSINANTE line circuit Muitos sistemas de comutação digital privados, locais ou trânsito são planejados para serem insta lados isoladamente ("standalone"), sem alteração nas linhas de assinante, terminais de assinante, bem como em equipamentos de transmissão de juntores adjacentes Um dos sérios fatores em uma rede de telefone pública convencional é como implementar a assim chamada função "BORSHT" Este é um problema essencialmente técnico e econômico, que deve ser resolvido no sistema de comutação digital FUNÇÃO "BORSHT" Na comutação digital local, os circuitos de interface de linha de assinante representam grande parte do custo total do sistema Deste modo, o projeto deve ser cuidadosamente determinado Isto esta diretamente relacionado ao problema referente a função "BORSHT", que é a abreviação dos mais importantes pontos para o circuito de linha de assinante ; Função "BORSHT" B - Bateria - fornecimento de corrente de conversação O - Sobre-tensão - proteção contra sobre - tensão R - Corrente de toque - envio de corrente de toque S - Supervisão - supervisão do estado da linha H - Híbrida - conversão de 2 para 4 fios T - Teste - teste da linha de assinante Cada função e descrita brevemente a seguir: BATERIA Nos sistemas de comutação convencionais com matriz de relê, a corrente de conversação (aproximadamente 10-20nA com -48V) e fornecida pelo tradutor, localizado no ponto onde o trafego é concentrado Quando o canal de conversação é eletrônico, é impossível passar a corrente de conversação através dele, portanto, um circuito que forneça esta corrente para cada linha de assinante é necessário SOBRE-TENSÃO Os componentes utilizados na comutação convencional são suficientemente resistentes para suportar interferências eletromagnéticas Todavia, nos circuitos eletrônicos da rede de comutação é difícil obter estas características Deste modo, eles requerem maior proteção contra tais interferências CORRENTE DE TOQUE O sinal de corrente de toque é geralmente de 120V e 10 (20, 30, 40, etc)hz Isto causa um problema técnico e econômico, similar àqueles já previstos nos dois itens anteriores SUPERVISÃO switching network PCM remote control switch adapter Estagio de linha remoto switch adapter central control Digital switching network main control 18

19 Nos sistemas de comutação, convencionais, a detecção de originação da chamada e supervisão de atendimento são executados por relés de linha, fornecidos a cada assinante, e a detecção de desconexão e executada nos tradutores Todavia, nos sistemas de comutação digital, para possibilitar que tais funções sejam executa das eletronicamente, problemas tais como, corrente apropriada para executar as detecções, eliminar ruídos, etc, devem ser solucionados HÍBRIDA Para executar a comutação temporal a conversão, de 2 para 4 fios para codificar e decodificar o sinal de voz, é necessária Mas, a inserção da híbrida no canal de conversação afeta as características da transmissão, o que também deve ser solucionado TESTE Nos sistemas de comutação convencionais, os diferentes testes de cada linha de assinante devem ser executados no ponto onde o tráfego é concentrado Todavia, no sistema de comutação digital, é impossível executar estes testes do mesmo modo, pois, no canal de conversação digital a necessária continuidade física não existe Portanto, um circuito que tenha acesso a cada linha de assinante é necessário Isto é, faz-se necessário fornecer um elemento para este fim, como por exemplo, um relê de teste para cada linha No sistema de comutação digital, para resolver tais problemas, alguns tipos de micro-circuitos híbridos de filme fino foram especialmente desenvolvidos Diagrama de circuito de linha: ESTRUTURAS DE REDES DE COMUTAÇÃO As propriedades estruturais básicas de uma rede de comutação, a estrutura interna dos nós de comutação e as relações que devem existir entre eles para que comutações telefônicas possam ser realizadas Serão abordados também os diversos problemas encontrados na implementação de redes espaciais de grande porte Técnicas digitais envolvendo o domínio do tempo e do L12 2 Demarcação de Fronteira L23 espaço para se fazer uma comutação, devem ser usados para minimizar os problemas apresentados por essas redes de grande porte Basicamente existem duas estruturas para as redes: as redes interligadas por enlaces e as redes interligadas por malhas 1 3 Redes Interligadas por enlaces L1N N L3N A figura mostra uma rede de comutação distribuída, composta dos nós de comutação 1,2,N, que estão conectados através dos enlaces L12,L13,Lij Os nós de comutação são utilizados para que chamadas telefônicas sejam completadas através da rede A descrição topológica de uma rede específica indica quais nós estão interligados por enlaces A rede da figura é inteiramente conectada, pois qualquer nó é alcançado por qualquer outro nó, através de um 19

20 caminho independente; portanto não há necessidade da existência de nós tanden para conectar bidirecionalmente dois pontos Um enlace apresentado na figura pode constituir-se de um feixe de fios, de canais multiplexados por freqüência, ou por canais multiplexados no tempo (enlaces PCM) Além da descrição topológica de uma rede, deve-se especificar o procedimento de encaminhamento das chamadas dentro da rede Geograficamente distribuídas, as redes raramente são inteiramente conectadas Na figura 2a apresenta-se uma rede em que os nós estão conectados a um nó tanden As conexões entre assinantes de nós diferentes são feitas através do nó tanden Essa estrutura apresentada na figura ao lado Sw 2 o Nível de Comutação 1 o Nível de Comutação Troncos Sw (a) Rede em Estrela (b) Conexão em R edes em Estrela pode ser ligada topologicamente com outras estruturas desse tipo de diversas maneiras Uma delas pode ser, por exemplo, concentrar o tráfego através de troncos e nós de comutação tanden Os nós de comutação tanden se encontram em níveis de comutação mais altos, como pode ser observado na figura A rede apresentada nessa figura, topologicamente é uma árvore Quanto os encaminhamento, chamadas para serem completadas podem ou não prosseguirem para o segundo nível de comutação Se os nós do primeiro nível realizam somente a função de central local de assinantes, todas as chamadas para serem completadas de uma área local para outra, devem passar pelo segundo nível de comutação Em certos casos há a necessidade de se introduzir enlaces entre nós de um mesmo nível, ou de qualquer outro nível Esse recurso é usado devido à existência de alto tráfego Tais enlaces são chamados de enlaces de alto uso e a sua incorporação na topologia da rede introduz rotas alternativas no procedimento de sua operação, para acomodar picos de tráfego e aumentar a confiabilidade do sistema REDES INTERLIGADAS POR MALHAS Sw Sw Nó de Comutação TANDEM Sw 2 1 N enlaces e malhas 3 Nesse tipo de rede são utilizadas malhas para ligar 2 ou mais nós de comutação unidirecionalmente A figura mostra uma rede contendo as malhas N 1 e 1 2 N 1 A distinção entre enlace e malha está no tipo de controle adotado nos nós de comutação Os nós conectados por malha, utilizam um modo de controle que faz com que a malha tenha continuidade ao passar por um nó não selecionado Portando, os sinais circulam livremente na malha através dos nós Quando os sinais de controle selecionam um particular par de nós da malha, é formado um circuito a 2 vias entre esses particulares nós, e os nós não selecionados não são afetados Normalmente em redes de grande porte, usam-se conexões envolvendo CHAVES COMUTADORAS ESPACIAIS E n t r a d a L 1 L 2 L 3 L 4 L N L 1 Saída L 2 L 3 L 4 L N n n x k Representação de uma matriz comutadora retangular A mais simples estrutura interna para conectar caminhos nos nós que compõem uma rede, é um grupo de chaves binárias, distribuídas espacialmente como uma matriz quadrada figura Nessa matriz as entradas são representadas horizontalmente e as saídas verticalmente Assumindo transmissão a 2 vias, cada via requer uma entrada e uma saída da matriz Portanto, na figura, a entrada L1 é associadas a saída L1 Tal par de entradas e saída associado com uma outra matriz de uma outra central, constitui um meio de ligação para o enlace que liga essas duas centrais Como exemplo, suponha que um assinante colocado em L1 é conectado a um assinante colocado em L2 através dessa matriz quadrada Quando o assinante colocado em L1 fala, a sua voz é transmitida pela entrada horizontal L1 e, através da matriz, alcança a saída vertical L2 O assinante colocado em L2, por k 20

21 sua vez responde; a sua voz é transmitida pela entrada horizontal L2 e, através da matriz, alcança a saída vertical L1 Dessa forma se realiza uma conversação entre dois assinantes A figura mostra uma representação simplificada de uma matriz comutadora retangular com n entradas e k saídas O número obtido da divisão de k por n será denotado por β e é chamado de taxa de expansão espacial O uso de uma matriz retangular com k # n é apropriado para ligar grupos de diferentes tamanhos Por exemplo, pode ser desejável ligar vários terminais de assinantes a um pequeno número de troncos compondo um enlace entre duas centrais de comutação Se β for menor que um, a matriz opera com concentração Se β for maior que um, dizemos que a matriz opera com expansão Analisando a figura observa-se que os pontos de comutação diagonais não são usados, pois eles servem somente para ligar as entradas às saídas, as quais, essas entradas estão associadas Portanto o número de pontos de comutação para uma matriz quadrada N x N é N2 N Uma configuração desse tipo é dita ser estritamente não bloqueante, pois como cada par de pontos de comutação é associado, por exemplo, a um assinante, a qualquer instante ele poderá se conectar com um outro assinante, caso esse assinante esteja livre Na terminologia de comunicações, este tipo de comutação é dito a 4 fios, pois se utiliza dois pares de fios diferentes para se realizar a transmissão É comum na prática utilizar-se um único par de fios para se realizar as conexões entre assinantes Pode-se assim usar para se fazer às comutações uma matriz triangular como mostrada na figura 5, e com isso reduzir o número de pontos de comutação para: (N 2 N) / 2 O uso de um único par de fios para realizar uma transmissão Entrada/ Saída n bidirecional introduz alguns problemas, tais como: perdas, ecos, capacidades restritas Portanto, para distâncias longas, usam-se canais a 4 fios, e para áreas locais, canais a 2 fios, devido principalmente a fatores econômicos Usando matriz retangular, o número de pontos de comutação cresce aproximadamente com o quadrado do número de linhas Por exemplo, para uma matriz de linhas, são necessários pontos de comutação A matriz triangular utiliza metade dessa quantidade, mas é ainda um número muito elevado Sob o ponto de vista estrutural, o problema básico dessas matrizes é que elas não permitem dividir os pontos de comutação entre os assinantes Assim, em um dado instante, a utilização dos pontos de comutação é muito baixa REDES DE CLOS Os seletores Strowger, crossbar, e várias outras chaves mecânicas, começaram a ser usadas em 1920, e se tornou comum agrupar matrizes formando redes de vários estágios Esse recurso permite a maior eficiência do uso dos pontos de comutação do que nas matrizes retangular e triangular de apenas um estágio Uma rede típica de 3 estágios composta de matrizes retangulares é mostrada na figura abaixo As N entradas e saídas da rede são particionadas em grupos de tamanho n Portanto haverá N / n elementos nos 1 o e 3 o estágios Cada elemento do 1 o e 1 o Est 2 o Est 3 o Est 3 o estágios se conectará em cada um dos k elementos do 2 o estágio Isto faz com que os n k N elementos dos 1 o e 3 o s N s k n estágios sejam n x k e n n os do 2 o estágio de N/n x N/n O número total de pontos de comutação C, nos três N N estágios será n k N s n N s n k n C = 2(N/n)nk + k(n/n)(n/n) ou C = 2Nk + k(n/n) 2 (2) Só será possível realizar uma conexão entre um elemento de entrada e um elemento de saída da figura 6, se houver um elemento no estágio central que tenha ligações livre entre os elementos de entrada e saída de interesse Se não existir algum elemento livre no estágio central, devido às outras chamadas estarem ocupando tais elementos, a conexão é dita bloqueada, pois uma entrada livre não pode ser conectada a uma saída livre Portanto ocorrerá bloqueio interno quando não existir caminho livre para conectar um elemento do 1 o estágio e um elemento do 3 o estágio Com k=1, por exemplo, haverá somente um elemento no 2 o estágio, e somente uma chamada poderá ser feita proveniente de um elemento de entrada para um elemento de saída a qualquer instante A condição para que a rede de 3 estágios da figura 6 seja estreitamente não bloqueante foi publicada em 1953 por Charles Clos Clos assumiu que, no pior caso, as n 1 entradas de um elemento de interesse do primeiro estágio poderiam estar ocupadas, conectadas com os n 1 elementos do 2 o estágio Por outro lado, 21

22 as n 1 saídas compondo o elemento do 3 o estágio de interesse poderiam estar ocupadas devido estarem elas conectadas com os n 1 elementos do 2 o estágio Se esses dois grupos de elementos do 2 o estágio fossem completamente disjuntos, eles poderiam representar 2n 2 elementos do 2 o estágio que ainda, no pior caso, não seriam suficientes para fazerem a conexão desejada Assim, no mínimo mais um elemento no 2 o estágio é necessário, dando um total para k de 2n 1 Assim a rede torna-se não bloqueante Para ficar mais claro, apresenta-se um exemplo Nomenclatura: A 1 o Estágio 2 o Estágio 3 o Estágio Elemento 1 x ocupado O livre Entrada A deve ser ligada com saída B Z A não pode utilizar os Elemento 2 elementos Y e Z, só sobra o elemento T Mas no pior caso o fio C pode estar sendo ocupado pelas T saídas 1 ou 2 Colocando-se mais um Elemento 3 C elemento: 1 D Agora no pior caso o fio C 2 pode estar sendo ocupado pela B saída 1 e o fio D pela saída 2, ou vice-versa Colocando-se mais um elemento: Agora com certeza A poderá ser conectado com B Portanto para n=3 deve-se ter 2n 1=5 elementos no estágio central para que a rede se torne estritamente não bloqueante Com k=2n 1 a equação 1 fica: C = 2N(2n 1) + (2n 1) x (N/n) 2 (2) Y O valor ótimo de n para minimizar o número total de pontos de comutação ocorre quando dc/dn = 0 ou dc/dn = 2n 3 nn + N assim: dc/dn = 2n 3 nn + N = 0(3) Para N grande, a solução da equação 3 é dada, aproximadamente, por: n = N/2 (4) Por exemplo, para uma rede de 8192 linhas, a equação 4 dá para n o valor 64 A equação 2 pode estão ser resolvida para C, dando um valor de pontos de comutação que comparado com os da rede retangular apresenta uma significante redução dos pontos de comutação de um fator de 16 Os princípios básicos usados na rede de 3 estágios de Clos podem ser estendidos para redes com mais estágios Redes a 2 fios podem ser projetadas usando esses princípios, e outras estruturas são possíveis O uso dessas técnicas reduzem o número de pontos de (1) (2) (n) Elem de Entrada n x k (1) (2) k Elem de Saída k x n K = Elementos (1) (2) (n) comutação necessários, e com isso reduz o custo de tais redes PROBABILIDADE DE BLOQUEIO NAS REDES ESPACIAIS MÉTODO DE JACOBAEUS Pode-se projetar redes espaciais com um certo grau de liberdade na escolha da quantidade de pontos de comutação, devido à baixa probabilidade de bloqueio apresentada com a variação dessa quantidade Em 1950, em uma publicação clássica, Jacobaeus 22

23 PEDRO DE ALCÂNTARA NETO - TELEFONIA ESTAÇÃO COMUTADORA apresentou um método para calcular probabilidade de bloqueio em redes com multiestágios, com diferentes configurações e com várias probabilidades de distribuição de tráfego Usando-se essas técnicas, pode-se calcular a probabilidade de bloqueio apresentada por redes com um número de pontos de comutação menor do que aquele calculado pela aplicação direta dos princípios de Clos A técnica será ilustrada para uma rede de 3 estágios mas, no geral, ela pode ser usada para qualquer número de estágio Considerando-se a rede de 3 estágios da figura 6, como já apresentada anteriormente, ocorrerá bloqueio entre uma entrada de um elemento e a saída de outro elemento, se o estágio central não apresentar enlaces livres para esses elementos As possíveis conexões entre uma dada entrada e uma saída de um elemento estão ilustradas na figura O método de Jacobaeus pode ser explicado usando-se a figura abaixo Os k círculos à esquerda (entrada) correspondem aos k enlaces provenientes de um elemento de entrada Os círculos da coluna à direita correspondem aos k enlaces que se conectam ao elemento de saída de interesse Os círculos marcados com X representam enlaces ocupados, enquanto os vazios representam enlaces livres No máximo, n dos k enlaces conectados a qualquer elemento de entrada ou a qualquer elemento de saída poderão estar ocupados Portanto, no máximo n dos k círculos em ambas as colunas da figura estarão marcados com X Assim, fixando um elemento de entrada e um de saída, uma conexão só será possível se, na figura 8, os círculos imediatamente opostos estejam livres G(m) denotará a probabilidade de que m enlaces estejam (1) (2) (3) (k) Coluna de Entrada x x x n B = H(k m) x G(m)(5) m=k n ocupados na coluna de saída Com m enlaces ocupados na coluna de saída, haverá k m enlaces livres Ocorrerá bloqueio se esses k m enlaces livres na coluna de saída correspondem aos k m enlaces ocupados na coluna de entrada H (k m) denotará a probabilidade desses k m enlaces estarem ocupados na coluna de entrada Assumindo independência do estado de livre e ocupado dos elementos de cada uma das duas colunas, a probabilidade de haver bloqueio com m enlaces ocupados na coluna de saída, será dada por G(m) x H(k m) Com no máximo n enlaces em a ambas as colunas, segue-se que k m n e m n ou k n m n A probabilidade total de bloqueio B, é obtida somando-se as probabilidades com m variando entre seus limites, assim: Q(j) denotará a probabilidade de j enlaces estarem ocupados na coluna de entrada A probabilidade de que na entrada existam k m enlaces ocupados e que esses correspondam a enlaces livres na saída, é dada pela lei da probabilidade hipergeométrica: Q(j) x (k i m) (6) k ( m ) logo: n H (k m) = Q(j) x (k i m) (7) j = k m k ( m ) As equações 5 e 7 são a base do método de Jacobaeus para calcular bloqueio A probabilidade de bloqueio B é expressa em termos de G(m), Q(j) e k G(m) é a probabilidade de m enlaces estarem ocupados na coluna de saída A probabilidade de j dos k enlaces de entrada estarem ocupados é a mesma que a probabilidade de j das n entradas estarem ocupadas p denotará a probabilidade de que uma das entradas estejam ocupada Se a probabilidade de uma entrada estar ocupada é independente do estado das outras entradas, então a probabilidade que j estejam ocupadas pode ser descrita por uma lei de probabilidade binominal Assim: Q(j) = ( n j ) x p j x (1 p) n j (8) e para a saída: Coluna de Saída x x x x x No máximo, n Enlaces ocupados por coluna G(m) = ( n m ) x p m x (1 p) n m (9) Substituindo as equações 8 e 9 nas equações 7 e 5, resulta: 23

24 B = (n!) 2 x p k x (2 p) 2n k (10) k! (2n k)! onde: B = probabilidade de bloqueio k = número de elementos no estágio central n = número de entradas por cada elemento no 1o estágio p = utilização de entrada Usando a equação 10, a probabilidade de bloqueio pode ser calculada para diferentes valores de n, k, e p A tabela 1 apresenta valores para B calculados para n = 8 e 16 para vários valores de p e k p k=8 k=10 k=12 k=14 k=16 k=20 k=24 k=28 0,1 0,2 0,3 0,005 0,4 0,028 0,001 0,5 0,100 0,007 0,010 0,6 0,248 0,028 0,001 0,7 0,470 0,085 0,006 0,221 0,007 0,8 0,721 0,199 0,020 0,9 0,923 0,384 0,058 0,003 0,851 0,143 0,003 1,0 1,000 0,622 0,141 0,009 1,000 0,376 0,017 0,002 Tabela 1 Probabilidade de bloqueio em redes de 3 estágios: (n = 8 e 16, Método de Jacobaeus) representa B < 10-3 Analisando a tabela nota-se que para k menor que 2n 1 a probabilidade do bloqueio existente é pequena A tabela 1 também mostra que grupos grandes apresentam rendimento melhor do que grupos pequenos Este é um fato importante e pode ser explorado PROBABILIDADE DE BLOQUEIO NAS REDES ESPACIAIS MÉTODO DE LEE Em 1955, CYLee apresentou um procedimento alternativo do método de Jacobaeus para calcular probabilidade de bloqueio Embora o método de Lee envolva aproximações adicionais, ele nos fornece resultados confiáveis, e uma formulação mais simples, especialmente para redes de multiestágios Essa técnica será descrita para uma rede de 3 estágios O método de Lee usa gráficos de probabilidade O gráfico de probabilidade da rede de 3 estágios da figura 6 é apresentado na figura No gráfico da figura os k nós centrais correspondem aos k elementos centrais, e os 2 nós que se encontram no extremo correspondem a um particular par de elementos de entrada e saída Entre os nós estão representados os enlaces que possibilitam conectar o dado elemento de entrada ao de saída No caso existem k caminhos possíveis Assumindo independência entre os estados de livre ou ocupado dos enlaces, e denotando por q a probabilidade de um enlace estar livre, tem-se que a probabilidade de haver um caminho livre para conectar o elemento de entrada ao de saída será q2 Desta maneira a probabilidade de que ele esteja ocupado será 1 q2 Se todos os k caminhos estiverem ocupados, haverá bloqueio (B), e ele será dado por: B = (1 q 2 )k(11) Como cada elemento de entrada da matriz apresenta n entradas e k saídas, a taxa de expansão espacial é: β q k q = Probabilidade de um enlace estar livre q = k/n Se a probabilidade de que uma certa entrada deste elemento esteja ocupada for p, então a probabilidade de um certo enlace estar ocupado será p/β Assim: [ ] q = 1 p, e B = 1 (1 p ) 2 k (12) β β É interessante comparar o resultado do método de Lee e de Jacobaeus Basicamente o método de Lee não leva em conta que no máximo n dos k caminhos podem estar ocupados ao mesmo tempo, enquanto o método de Jacobaeus considera tal fato 24

25 Para β = k/n = 1, as duas equações, 10 e 12 se reduzem a: B = p k (2 p) k (13) Em outras palavras, o método de Lee engloba o método de Jacobaeus para pequenas taxas de expansão espacial A tabela 2 apresenta valores de B calculados usando-se a equação 12 para os mesmos valores de n, k, e p usados na tabela 1 P k=8 k=10 k=12 k=14 k=16 k=20 k=24 k=28 0,1 0,2 0,3 0,005 0,4 0,028 0,002 0,5 0,100 0,012 0,010 0,6 0,248 0,043 0,005 0,061 0,002 0,7 0,470 0,116 0,018 0,002 0,221 0,014 0,8 0,721 0,250 0,052 0,006 0,520 0,062 0,003 0,9 0,923 0,442 0,123 0,023 0,851 0,195 0,015 1,0 1,000 0,665 0,243 0,058 1,000 0,442 0,059 0,003 Tabela 2 Probabilidade de bloqueio em redes de 3 estágios: (n = 8 e 16, Método de Lee) representa B < 10-3 Comparando a tabela 1 com 2 nota-se que há concordância entre os métodos, o de Lee e Jacobaeus, especialmente para pequenas taxas de expansão Deve-se também notar que diferenças de 0,01 em valor absoluto entre valores de duas tabelas representam somente 1% de discrepância no valor estimado para B Como exemplo ilustrativo do que já foi dito, tem-se que para redes espaciais de N=128, 256, 512, 1024, onde N é o número de entradas e saídas da rede, o número de pontos de comutação necessário usando-se uma matriz quadrada ou uma rede de Clos sem bloqueio ou uma rede de 3 estágios com uma probabilidade de bloqueio menor que 0,007 com p=0,7 é dado na tabela 3 N Matriz Quadrada Rede de Clos Rede com 3 estágios (B = 0,007, p=0,7) Tabela 3 Comparação do n o de pontos de comutação necessário para os três tipos de estrutura Para N = 128 e usando-se a equação 4, n resulta igual a 8; para N = 512, n resulta igual a 16 Na tabela 3 para as colunas que se referem à rede de Clos e a de 3 estágios com bloqueio, foi usado n=8 para N=256 e n=16 para N=1024 Para se preencher a tabela na parte que se refere à rede de Clos foi usada a equação 2 Para a rede com bloqueio os valores de k foram determinados com base na tabela 1 Observando-se os valores da tabela 3, nota-se que uma razoável redução no número de pontos de comutação pode ser conseguida usando-se redes com múltiplos estágios Essa redução ainda é mais acentuada se a rede for projetada com algum bloqueio Contudo, redes puramente espaciais envolvem um número muito grande de pontos de comutação Com o avanço da tecnologia, as redes temporais permitirão contornar esse problema COMUTAÇÃO ENVOLVENDO TEMPO E ESPAÇO Quando se usam técnicas de comutação espaciais já estudadas, o custo dos nós de comutação representam cerca de 40% do valor total da rede telefônica O desenvolvimento ocorrido nas técnicas de estado sólido, torna econômico converter os sinais de voz em forma digital e multiplexar vários desses sinais de voz para transmiti-los em um único par de fios O uso dessa transmissão usando divisão por tempo permite economizar enlaces, mas não reduz o alto custo dos nós espaciais Os sinais digitais multiplexados ao chegarem no nó de comutação, são convertidos em analógicos e comutados através dos equipamentos eletromecânicos espaciais já descritos Como resultado, o custo dos nós não é alterado Essa alteração de custo pode ser conseguida, usando-se comutação envolvendo tempo e espaço, pois essa técnica permite trabalhar diretamente com os sinais digitais e dividir no tempo o uso dos caminhos de comutação existentes entre os nós O formato básico 1 Trama de um enlace que usa transmissão por divisão em tempo é ilustrado na figura TEMP 3 o Canal 25

26 O tempo é dividido em c intervalos formando uma trama ou quadro Cada intervalo é definido como um canal, e para cada assinante desse enlace é reservado um canal Na figura a seguirapresenta-se N enlaces bidirecionais chegando a um nó de comutação Cada enlace possui c canais temporais Para que uma informação pertencente a um determinado canal de um enlace de entrada, seja comutada para um outro canal de um outro enlace de saída, é necessário que haja uma translação no tempo e no espaço Translação no tempo pode ser conseguida através do uso de memórias que armazenam as informações, e permitem que elas sejam retiradas quando necessário O problema se resume em projetar um nó de comutação que permita comutar qualquer enlace de entrada, com qualquer canal de qualquer enlace de saída E 1 Entrada E 2 Entrada E N Entrada C Canais C Canais C Canais REDE TST (TIME-SPACE-TIME) Nó de Comutação Existem algumas configurações dos estágios espaciais e temporais que permitem fazer isso Essas diferentes configurações acarretaram numa variação de custo, da eficiência e da probabilidade de bloqueio do nó projetado Na figura abaixo é apresentada a estrutura básica de uma rede TST As memórias de entrada armazenam as informações provenientes dos N enlaces bidirecionais que chegam à rede Elas têm capacidade de armazenar uma trama, onde cada palavra dessa memória armazena um canal Assim se cada trama possui c canais a memória terá C palavras As memórias de saída são similares às de entrada As informações lidas das memórias de entrada chegam e são escritas nas memórias de saída através do estágio espacial central Com N enlaces bidirecionais haverá 2N memórias, e se for usada uma matriz quadrada como estágio espacial, ela terá N 2 pontos de comutação Com base na figura, suponha que se queira comutar o canal 5 do enlace 1(L1) com o canal 10 do enlace N(LN) A informação contida no canal 5 do enlace 1 é armazenada na posição de palavra 5 da memória de L1 Essa informação é então lida dessa memória, é transferida via estágio espacial à entrada da memória de saída do enlace N, onde é escrita na posição 10 da referida memória Quando ocorrer na saída do intervalo de tempo 10, a informação é lida da memória e transmitida no enlace N Memórias Da mesma maneira, a informação contida no canal 10 do C Canais L Canais L Canais C Canais L 1 Entrada L enlace de entrada C5 C5 1 Saída N(LN) é armazenada na N x N posição de palavra 10 da memória de C Canais L Canais L Canais C Canais L N Entrada L C10 C10 N Saída LN Essa informação é então lida dessa memória e transferida via estágio espacial à entrada da memória de saída do enlace 1, onde é escrita na posição 5 da referida memória Quanto ocorrer na saída o intervalo de tempo 5, a informação é lida da memória e transmitida no enlace 1 Assim uma comutação bidirecional é realizada via canais 5 e 10, respectivamente Os enlaces da matriz espacial N x N que conectam as memórias de entrada às de saída, também operam por divisão temporal Nesse estágio deve-se determinar o número de canais, necessários em cada enlace para tornar a rede estritamente não bloqueante Essa situação á análoga à determinação do número de elementos necessários no segundo estágio da rede de Clos A resolução de Clos para redes espaciais estritamente não bloqueante, pode ser aplicada para redes temporais Osϕ canais existentes em cada enlace de entrada correspondem às n entradas existentes em cada elemento de entrada da rede de Clos Da mesma forma, os canais temporais existentes em cada enlace do estágio espacial, correspondem às k saídas de cada elemento no 1o estágio da rede de Clos Ocorrerá bloqueio quando os canais livres existentes no enlace que se liga a memória de saída de interesse, correspondem a canais ocupados no enlace de saída da memória de entrada de interesse Assim, para a rede ser estritamente não bloqueante, ϕ l = 2c 1 REDE STS (SPACE-TIME-SPACE) Matriz Espacial C Canais C Canais C Canais E 1 Saída E 2 Saída E N Saída Memórias 26

27 Uma estrutura análoga pode ser construída, como mostrado na figura, usando-se Espaço-Tempo-Espaço (STS) A comutação espacial existente nesse tipo de estrutura permite transferir informação de qualquer enlace de entrada para qualquer memória e, de qualquer memória para qualquer enlace de saída O conteúdo do canal de um determinado enlace de entrada que se quer comutar, é armazenado em qualquer uma das memórias do estágio temporal, que apresente posições da palavra de escrita e leitura apropriadas para a Memórias comutação Para uma rede C Canais C Canais L 1 Entrada L 1 Saída STS com N enlaces de entrada L N Entrada ser estritamente não bloqueante, é necessário, aplicando o critério de Clos, que ela apresente 2N 1 memórias O número total de pontos de comutação será então 2(N) x (2N 1) = 4N 2 2N Reduzindo o número de memórias no estágio temporal a rede apresentará bloqueio PROBABILIDADE DE BLOQUEIO EM REDES TST Como já foi visto, para uma estrutura do tipo TST ser não bloqueante é necessário a existência de ϕ = 2c l 1 canais internos, e que o estágio espacial central seja sem bloqueio Foi visto, também, que em redes puramente espaciais, diminuindo-se substancialmente o número de pontos de comutação, a probabilidade de bloqueio permanece entre níveis aceitáveis Este fato pode ser também aplicado a estrutura TST, que faz uso do domínio do tempo e do espaço Para analisar tal fato, considere inicialmente uma estrutura TST, com o estágio central sem bloqueio, mas com ϕ < 2c 1; ϕ é o número de canais nos enlaces internos, e c é o número de canais nos enlaces de entrada e saída A taxa ϕ / c será denotada por α, e se refere a uma taxa de expansão temporal Para c grande, e ϕ = 2c 1, α é aproximadamente 2 Com um número de canais internos menor que 2c 1, a rede apresentará uma probabilidade de bloqueio finita Assim, uma nova chamada pode encontrar uma situação na rede, em que não é possível ser gerada uma nova conexão entre uma memória de entrada e de saída, devido não se poder combinar canais temporais livres nos dois enlaces internos de interesse A probabilidade disso ocorrer pode ser calculada pelo método de Jacobaeus ou Lee A situação é análoga à situação das redes espaciais Nesse caso, os circuitos da figura 8, representam os canais nos enlaces internos No máximo c dos circuitos existentes na coluna estarão ocupados Usando-se a equação 10, vem: B = ϕ! C Canais 2 ( c! ) ( 2c ϕ ) p! ϕ 2c ϕ ( 2 p) N x M (14) Onde: B = probabilidade de bloqueio c = número de canais para cada enlace de entrada / saída ϕ = número de canais no enlace interno p = probabilidade de um canal de entrada e saída estar ocupado M x N C Canais L N Saída Para C = ϕ, a equação 14 fica: B ( p) ϕ ϕ = p 2 (15) A figura apresenta valores de B x ϕ ; com : ϕ = C, ϕ = 1, 27

28 ϕ =1c, e com: p = 0,9 e p = 0,85 Como pode ser observado pela figura, grupos maiores apresentam probabilidade de bloqueio menor do que grupos menores Por exemplo, para ϕ = l c = 500 e p = 0,9 a probabilidade de bloqueio B é 0,0066 Para ϕ = c = 100 e p = 0,9, B é 0,37, ou seja, a cada 100 chamadas 37 são bloqueadas Com p = 0,85 e ϕ = c = 100, B é 0,10 e para ϕ = c = 500, B é 0, Portanto, do exemplo observa-se que a diferença entre os dois casos é bem grande l A tabela 4 contém valores de β calculados com α = 1,1 e α = 1,2 para c = 100, 200, 300, 400 e 500 e com p = 0,9 A tabela 5 apresenta o mesmo cálculo, só que p = 0,85 Das tabelas observa-se que uma boa melhoria na probabilidade de bloqueio pode ser conseguida com um pequeno aumento de α Pode-se concluir, sob o ponto de vista probabilístico, que não há necessidade de se ter ϕ = 2c 1, pelo menos para c com um valor grande l CONTROLE DAS REDES TEMPORAIS Primeiramente será analisado o controle que deve existir em uma estrutura TST para que esta opere satisfatoriamente Para se fazer essa análise, considere a estrutura abaixo: Por facilidade, a estrutura apresen l ta-se somente com 3 enlaces de entrada, cada um com 32 canais, e esta particularmente para c = No 1o estágio temporal, as memórias A1, A2 e A3 armazenam as informações provenientes dos enlaces 1, 2 e 3, respectivamente Portanto, cada memória dessas deverá armazenar 32 canais (1 trama) As memórias MCA1, MCA2 e MCA3, também de 32 posições, pois ϕ = c, controlam a leitura de A1, A2 e A3, respectivamente O estágio espacial consta de uma matriz quadrada de 3 x 3 em que cada coluna é associada a uma memória de controle (MC1, MC2 e MC3) O 2o estágio temporal consta também de 3 memórias de armazenamento (B1, B2 e B3), cada qual associada a uma mémória de controle para a sua escrita Uma comutação nessa estrutura é feita da seguinte maneira: suponha que se queira comutar o canal 2 do enlace 1 com o canal 4 do enlace 3 Para essa comutação ocorrer é preciso encontrar primeiramente na memória de controle de A1 e de B3 um mesmo intervalo de tempo livre Suponha que se encontre o intervalo 6, então nesse intervalo em MCA1 é escrito o número 2, em MCB3 o número 4 e em MAC1 o número 0 Assim quando ocorrer o intervalo de tempo 6 em A1 é lido o conteúdo do canal 2, a matriz espacial fecha o caminho levando essa informação à entrada da memória B3, que está de posse do endereço de escrita 4 Portanto, em B 3 no endereço 4 estará armazenado o conteúdo do canal 2 do enlace 1 Nota-se assim que uma comutação unidirecional foi realizada 28