Telefonia Digital: Comutação Digital

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1 MINISTÉRIO EUCÇÃO Unidde de São José Telefoni igitl: Comutção igitl Curso técnico em Telecomunicções Mrcos Moecke São José - SC, 2005

2 SUMÁRIO 3 COMUTÇÃO IGITL 3 INTROUÇÃO 32 TIPOS E COMUTÇÃO IGITL 32 COMUTÇÃO ESPCIL2 322 COMUTOR TEMPORL COMUTOR TEMPORL/ESPCIL5 33 REES E COMUTÇÃO 7 33 SSOCIÇÃO E COMUTORES T/S8 332 ESTRUTUR TEMPORL-ESPCIL-TEMPORL (TST) ESTRUTUR ESPCIL-TEMPORL-ESPCIL (STS) 34 USO OS COMUTORES EM TELEONI2 ILIOGRI4

3 3 COMUTÇÃO IGITL 3 Introdução O melhor uso d técnic digitl, em telefoni, ocorre qundo tnto trnsmissão como comutção são digitis, um vez que, neste cso, são evitds s sucessivs etps de conversão / e / Um grnde vntgem do uso d comutção digitl se deve o uso de circuitos digitis que resultm em um grnde redução de custo, tmnho e consumo de energi, e tmbém em um melhor confibilidde O uso de circuitos digitis n comutção possibilit formção de um rede digitl n qul qulquer tipo de informção digitl pode ser trnsportd (Voz, Imgem, dos, Texto, Músic, etc) 32 Tipos de Comutção igitl interconexão dos sinis de voz n comutção digitl é feit trvés d redisposição d plvr de código do time slot ds linhs multiplexds no tempo (LMT) s txs de multiplexção mis utilizds n comutção são s de 32 cnis (2 Mbps) e de 28 cnis (8 Mbps) N comutção digitl, cd cnl de 64 kbps é denomindo de port digitl, podendo cd port digitl ser utilizd pr um cnl telefônico evido tx de mostrgem utilizd em telefoni, os ciclos de comutção se repetem cd 25µs Os qudros ds LMTs têm durção igul 25 µs e V2005

4 contém pens s plvrs de código PCM referentes os cnis de voz, sem créscimo de bits Existem dois princípios básicos de comutção digitl que são lrgmente utilizdos: Comutção Espcil: s plvrs de código pens mudm de LMT, sem mudr de time slot Comutção Temporl: s plvrs de código mudm de time slot dentro d mesm LMT 32 Comutção Espcil O comutdor espcil é um circuito digitl que reliz comutção ds plvrs de código ds LMT s de entrd pr qulquer LMT de síd sem mudr de time slot QURO - 25µs ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 TM ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 C E C TM TM 2 E COMUTOR ESPCIL TM 2 C C TM m TM n igur 3 - Princípio de comutção espcil (b) - número de time slots de entrd por linh b - número de time slots de síd por linh, m n m - número de ports de entrd, m - número de linhs multiplexds de entrd, n - número de linhs multiplexds de síd, bn - número de ports de síd igur 32 - Símbolo do comutdor espcil s crcterístics principis do comutdor espcil são: Não existe retrdo n comutção, um vez que s plvrs de código não mudm de time slot V2005 2

5 sistem é sem bloqueio desde que o número de ports de síd sej mior que o número de ports de entrd s plvrs de código dos time slots ds LMTE s podem cessr qulquer LMTS no mesmo time slot Um exemplo de comutdor espcil pode ser construído trvés de ports E disposts nos pontos de cruzmento (CROSSPOINT) ds LMT s s ports E são controlds por um memóri que define, pr cd time slot, qul ds ports deve ser hbilitd memóri de controle é lid de mneir cíclic em 25µs, de modo repetir comutção ns próxims plvrs de código O conteúdo ds memóris de controle é determindo pelo órgão de controle (CP) de cordo com necessidde de cd conexão, e indic pr cd time slot qul port E deve ser hbilitd O número de posições de memóri de controle é determindo pelo número de ports de síd, sendo que existe um bnco de memóri de controle pr cd LMTS ts ts 2 ts 3 ts ts 2 C ts ts 2 ts 3 ts ts 2 TM TM E ts ts 2 ts 3 ts ts 2 TM 2 ts ts 2 ts 3 ts ts 2 C ts ts 2 ts 3 ts ts 2 E 2 2 TM 2 TM 3 linhs TM de entrd ts ts 2 ts ts ts 2 ts pontos de comutção memóris de controle linhs TM de síd igur 33 - Comutdor espcil com ports E V2005 3

6 322 Comutdor Temporl O comutdor temporl é um circuito digitl que reliz comutção ds plvrs de código dos time slots d LMTE pr qulquer time slot d LMTS QURO - 25µs ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts b ts ts 2 C G COMUTOR G C G TM entrd TEMPORL TM síd igur 34 - Princípio de comutção temporl (b) - número de time slots (ports) de entrd, b b - número de time slots (ports) de síd igur 35 - Símbolo do comutdor temporl s crcterístics principis do comutdor temporl são: comutção ocorre pel redisposição dos time slot dentro d LMT sistem é sem bloqueio desde que o número de ports de síd sej mior que o número de ports de entrd cessibilidde é plen, pois s plvrs de código dos time slots d LMTE podem cessr qulquer time slot d LMTS É necessário um circuito de memóri que rmzene o conteúdo do time slot té que este sej lido pr o time slot de síd desejdo, provocndo um trso vriável n comutção O vlor do trso sempre será inferior 25 µs Os comutdores temporis podem ser construídos segundo dois princípios: Escrit cíclic: escrit ds plvrs PCM, n memóri de ddos, é cíclic, e leitur feit de cordo com necessidde de comutção Neste cso, o conteúdo d memóri de controle indic posição d memóri de ddos que deve ser lid em cd um dos time slots d LMTS Existe um posição de memóri de ddos pr cd port de V2005 4

7 entrd e um posição de memóri de controle pr cd port de síd Qundo escrit é ciclic o conteúdo d memóri de controle indic o time slot d entrd e o endereço indic o time slot de síd (por exemplo ts2 5 indic que o conteúdo do time slot de entrd 5 irá pr o time slot 2 n síd) Leitur cíclic: escrit ds plvrs PCM, n memóri de ddos, é feit de cordo com necessidde de comutção, e leitur é cíclic Neste cso, o conteúdo d memóri de controle indic posição d memóri de ddos em que s plvrs PCM d LMTE devem ser escrits Existe um posição de memóri de ddos pr cd port de síd e um posição de memóri de controle pr cd port de entrd Qundo leitur é ciclic o endereço d memóri de controle indic o time slot d entrd e o conteúdo indic o time slot de síd (por exemplo ts2 5 indic que o conteúdo do time slot de entrd 2 irá pr o time slot 5 n síd) ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts ts 2 C E linh TM de entrd memóri de ddos C E ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts 7 ts ts 2 C linh TM de síd memóris de controle E igur 36 - Comutdor temporl de escrit cíclic 323 Comutdor Temporl/Espcil O comutdor temporl é um circuito digitl que reliz comutção ds plvrs de código dos time slots d LMTE pr qulquer time slot de qulquer LMTS, relizndo portnto simultnemente comutção temporl e espcil V2005 5

8 QURO - 25µs ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts b ts ts 2 TM TM TM 2 E G COMUTOR G E G E TM 2 TEMPORL C C TM m ESPCIL C TM n igur 37 - Princípio de comutção temporl/espcil (b) - número de time slots ds TM de entrd, b - número de time slots ds TM de síd, m b n m - número de ports de entrd, m - número de linhs TM de entrd, n - número de linhs TM de síd, bn - número de ports de síd igur 38 - Símbolo do comutdor temporl/espcil s crcterístics principis do comutdor T/S são: comutção ocorre pel redisposição dos time slots dentro ds LMT s e entre LMT s sistem é sem bloqueio desde que o número de ports de síd sej mior que o número de ports de entrd cessibilidde é plen, pois s plvrs de código dos time slots d LMTE podem cessr qulquer time slot de qulquer LMTS mesm form que no comutdor temporl, é necessário um circuito de memóri, provocndo um trso vriável n comutção O vlor do trso sempre será inferior 25 µs tx de bits intern é igul tx de bits extern multiplicd pelo número de entrds (ou síds) Os comutdores temporl/espcil (T/S ) são bsicmente constituídos de 3 módulos: um multiplexdor digitl ds LMTE s, um comutdor temporl de lt velocidde e um demultiplexdor pr formr s LMTS s Os multiplexdores T/S - Time/Spce V2005 6

9 digitis combinm s LMT s pel interclção de plvrs de código, sem crescentr nenhum bit Os comutdores T/S tmbém podem ser construídos segundo dois princípios: escrit cíclic ou leitur cíclic No cso dos comutdores T/S de escrit cíclic, o totl de ports de entrd (Pe) que podem ser comutdos é limitdo pelo tempo de cesso ds memóri de ddos (td) (Pe < 25µs/2td) onde o ftor 2 se deve à relizção de dus operções n memóri de ddos (escrit e leitur) cd 25µs O totl de ports de síd (Ps) é limitdo pelo tempo de cesso ds memóris de controle (tc) (Ps < 25µs/tc) No cso de comutdores T/S de leitur cíclic, temos Pe < 25µs/tc e Ps < 25µs/2td ts ts 2 ts 3 ts ts 2 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts ts ts 2 ts 3 ts ts 2 C E C ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts 7 ts 8 ts 9 ts ts 2 C E G C C G ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts 7 ts 8 ts ts 2 C G E C G ts ts 2 ts 3 ts ts 2 G E ts ts 2 ts 3 ts 4 ts C E C linhs TM de entrd memóris de controle ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 6 ts 7 ts 8 ts 9 memóri de ddos linhs TM de síd igur 39 - Comutdor temporl/espcil de leitur cíclic N prátic, multiplexção e demultiplexção gerlmente são feits diretmente durnte escrit e leitur n memóri de ddos 33 Redes de comutção Em centris de grnde porte, é comum utilizção de redes de comutção, formds prtir de estágios temporis e espciis O uso de ssocições V2005 7

10 pode ser feit de form resultr em redes sem bloqueio, ou em redes com bloqueio 33 ssocição de comutdores T/S Um rede sem bloqueio pode ser construíd pel ssocição em prlelo de circuitos comutdores T/S Pr umentr quntidde de LMTS s, ssoci-se s entrds em prlelo (b) m b n (b) m b 2n (b) m b n igur 30 - ssocição em prlelo ds entrds Pr se umentr quntidde de LMTE s, ssoci-se em prlelo s síds Neste cso, é necessário que s síds sejm normlmente de lt impedânci (3-stte) (b) m b n (b) 2m b n (b) m b n igur 3 - ssocição em prlelo ds síds 332 Estrutur Temporl-Espcil-Temporl (TST) Nest estrutur, múltiplos estágios temporis são utilizdos como estágios de entrd e síd de um comutdor espcil centrl V2005 8

11 b (b) (b) b m n b b igur 32 - Estrutur Temporl-Espcil-Temporl Est estrutur pode presentr bloqueio interno, sendo que o número de time slots internos é o ftor que mis influenci no bloqueio Se o número de time slots internos (b) é o dobro do número de time slots de entrd/síd menos, então rede será sem bloqueio (b 2 - ) Um bom gru de serviço (bix probbilidde de bloqueio) é obtid se o número de time slots de entrd do primeiro estágio for significtivmente menor que o número de time slot de síd deste estágio N comutção digitl, o contrário d comutção nlógic, composição dos estágios é feit trvés d seguinte seqüênci: expnsão do tráfego (o estágio), distribuição (2o estágio) e concentrção (3o estágio) O estágio de distribuição tem o número totl de time slots de síd igul o número totl de time slots de entrd O estágio de concentrção é o espelho do estágio de expnsão operção de um estrutur TST consiste em encontrr um time slot vzio no estágio espcil que possibilite conecção do estágio temporl de entrd com o estágio temporl de síd desejdo V2005 9

12 loqueio ts ts 2 ts 3 ts 4 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts C 3 4 C 4 3 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts E 3 4 E 3 3 E 4 3 E ts ts 2 ts 3 ts 4 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 3 4 C 4 3 C C igur 33 - Rede TST com bloqueio (2 - > b) ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts C C H H H 3 5 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 5 3 E E E C E C 3 5 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 3 3 ts ts 2 ts 3 ts 4 ts 5 ts 5 3 G H I G G I H G I G I G igur 34 - Rede TST sem bloqueio (2 - = b) o fzermos um comprção d estrutur TST sem bloqueio com estrutur TS, podemos firmr que: O ftor velocidde pode ser predominnte n escolh d estrutur TST, um vez que pr um grnde número de ports de entrd o tempo de cesso d memóri de ddos pode ser muito rápido pr tecnologi existente relizção d rede TS exige comutdores que possum memóris de ddos com tempo de cesso menor que n estrutur TST Em redes de comutção de grnde porte, o estágio de distribuição espcil pode ser implementdo pel ssocição de vários comutdores espciis N estrutur TST, pode-se reduzir o gru de serviço (permitindo bloqueio), visndo um reduçãode custo V2005 0

13 (32) (63) EC (63) (32) LC EC - Escrit cíclic ou LC - Leitur cíclic (32) (32) EC LC EC ou LC igur 35 - Comprção ds estruturs TS e TST 333 Estrutur Espcil-Temporl-Espcil (STS) Nest estrutur Espcil-Temporl-Espcil, os estágios temporis estão conectdos às LMT s dos estágios espciis de entrd e síd Os estágios temporis são simétricos, tendo função de possibilitr mudnç de time slot durnte conexão O primeiro estágio espcil fz expnsão do tráfego enqunto o 3o estágio fz concentrção de tráfego (k > n) n k k n igur 36 - Estrutur Espcil-Temporl-Espcil Pr se estbelecer um conexão trvés d estrutur STS, é necessário em primeiro lugr, encontrr um estágio temporl que tenh livre o time slot correspondente o time slot utilizdo no comutdor espcil de entrd, e, o mesmo tempo, o time slot de síd correspondente o time slot utilizdo no comutdor espcil de síd V2005

14 loqueio ts ts 2 ts 3 ts igur 37- Rede STS com bloqueio C C C 3 3 E C C E C E E 3 3 igur 38 - Rede STS sem bloqueio 34 Uso dos comutdores em telefoni No uso dos comutdores digitis pr circuitos telefônicos, comutção deve ocorrer 4 fios, isto é, no sentido d trnsmissão (de pr ) e d recepção (de pr ) est form, pr cd ligção, é necessário o estbelecimento de dois cminhos de comutção escolh deste cminhos pode ser feit trvés d procur de dois cminhos seprdos ("comutção em seprdo"), ou trvés de cminhos estbelecidos de form simétric ("comutção em ntifse") No cso d comutção em seprdo, é necessári um memóri de controle pr cd cminho, enqunto no uso d comutção em ntifse, é necessári pens um memóri de controle pr cd pr de cminhos, um vez que, com o estbelecimento do V2005 2

15 cminho de trnsmissão, o cminho de recepção fic utomticmente estbelecido comutção em ntifse consiste em ssocir de form lógic o cnl de trnsmissão o cnl de recepção N estrutur TST, est comutção é feit fzendo com que, em cd linh multiplex de 2N time slots do estágio espcil, os primeiros N time slots sejm utilizdos no sentido d trnsmissão, enqunto os últimos N time slots no sentido inverso este modo, o ser estbelecido um cminho de trnsmissão trvés do time slot i, o time slot i+n será utilizdo no sentido inverso Pr exemplificr um comutção em ntifse, utilizremos um estrutur TST com um estgio inicil de 3 mtrizes temporis de leitur cíclic de 4 time slots n entrd e 6 time slots n síd, um estgio centrl com um mtriz espcil de 3 linhs de entrd e 3 linhs de síd cd um com 6 time slots, e no estgio finl 3 mtrizes temporis de escrit cíclic de 6 time slots n entrd e 4 time slots n síd Neste cso pr estbelecer comutção do cnl de trnsmissão, utiliz-se pens os time slots ts, ts 2 e ts 3 do estgio centrl, ficndo os time slots ts 4, ts 5 e ts 6 reservdos pr o cnl de recepção ts 7 ts i ts LC ts i 6 32 EC 7 ts i+n ts i+n MC 0 n k k ts ts i+n ts i 6 32 LC ts i n ts ts i 6 32 EC MC i igur 39 - Comutção em ntifse pr um circuito telefônico n estrutur TST V2005 3

16 ibliogrfi [] ELLMY, J: igitl Telepnony, 2nd ed Wiley, 99 [2] ERRRI, M: Telecomunicções: evolução e revolução, Eric, 99 [3] ONTOLLIET: Telecomuniction Systems, rtech House, 986 [4] KEISER, E & STRNGE, E: igitl Telephony nd Network Integrtion, Vn Nostrnd Reinhold, New York, 985 [5] wwwsjcefetscedubr/~moecke V2005 4