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SISTEMAS DE CONMUTACIÓN TELEFONICA
1 Introducción Una de las funciones más importantes que se deben implementar en una red de telecomunicaciones es la de “ conmutación ”. Toda comunicación generada por el usuario aleatoriamente tiene un destinatario que puede ser cualquiera y, su terminal, estar ubicado en cualquier punto del orbe. Por lo tanto las redes de telecomunicaciones, obligatoriamente deben contar con ese principal elemento que permite establecer una conexión temporal entre dos usuarios cualesquiera, cual es un conmutador (o varios) instalado (s) en las denominadas centrales telefónicas. Los conmutadores tienen una larga e interesante historia. Originalmente las centrales eran manuales; en ellas la función de conmutación era cumplida por una operadora mediante el uso de cordones instalados en un cuadro de conmutación. En la medida en que la cantidad de lineas crecía incesantemente y por ende el tráfico (solicitudes de conexión) que debían atender las operadoras, éstas resultaban insuficientes y demandaban costos cada vez más onerosos. De este modo se gestó la conmutación automática en la que el rol protagónico fue desempeñado por el órgano básico llamado “ selector ”. Prácticamente, la evolución de éste, marcó la evolución tecnológica de la conmutación. A modo de ilustración histórica diremos que los sistemas automáticos se clasificaban en dos categorías conforme al método utilizado para controlar el desarrollo de las conexiones. Es decir, el de “ Mando directo” y el de “ Mando indirecto”. El primero es aquel en que los dispositivos de conexión (selectores) son controlados a partir del terminal de abonado y el segundo es aquel en que los dispositivos de control funcionan por separado utilizándose unos dispositivos de conexión instalados en la propia central (registradores y otros). La historia nos dice también que los primeros selectores fueron electromecánicos de mando directo (strowger y rotary), luego de mando indirecto (cross bar y cross point). Así mismo, por la forma como se procesa las señales transmitidas pasaron de analógicas a digitales. 2 El Selector 2.1 Definición El selector es el elemento de conmutación por excelencia que permite la conexión temporal entre una linea o circuito de entrada (de varios que se le asignan) y otra linea o circuito de salida (de entre varios que dispone). Por lo tanto el selector puede ser representado por el siguiente esquema: Fig. 1 La forma en que se logra la interconexión entre la entrada y una salida varía según el sistema y el tipo de selector. Cada entrada y salida tiene un cierto número de polos o hilos de acuerdo con el circuito de que se trate. SELECTOR Entrada Salidas
Solo a título de ilustración se verá a continuación un resumen global de la evolución conceptual en cuanto a diferentes soluciones logradas y aplicadas en materia de técnicas de selección: 2.2 Evolución de los selectores Selector paso a paso (step by step) generalmente mando directo, analógico y con selección decimal (uso del disco dactilar) Fig. 2 Este primer tipo de selector (con todas sus variantes) dio paso luego a los selectores de barras cruzadas ( cross bar ), electro mecánico, más rápido, utilizado en sistemas analógicos de mando indirecto con posibilidades de selección decimal y de multifrecuencia. Una representación esquemática del mismo es la siguiente: Punto cruzado Barras horizontales Lineas o circuitos horizontales Líneas de entrada Entrada horizontal accionada. Barra Lineas horizontales de la barra Horizontal horizontal Salida vertical accionada Barra Vertical Línea o circuito Lineas de salida de la barra vertical Fig. 3 En este ejemplo las líneas horizontales representan circuitos de entrada y las líneas verticales circuitos de salida. La conexión temporal entre líneas de entrada y líneas de salida se logra por la acción, también temporal, de las respectivas barras (horizontal y vertical), produciéndose lo que se llama un punto de cruce. Con el crecimiento constante, hasta niveles realmente grandes, del tráfico de comunicaciones estos sistemas también resultaron lentos y onerosos. Esa fue una de las razones principales por las que se buscaron nuevas alternativas de suerte que emergieron los sistemas electrónicos analógicos y digitales con velocidades de respuesta mucho mayores a los de barras cruzadas que tuvieron vigencia por larguísimos años. Lo que en principio nos interesa son los conceptos básicos de selección sobre los cuales basar el desarrollo de los selectores y conmutadores electrónicos; en ese afán desarrollaremos un modelo teórico mediante el cual se expondrán algunos aspectos troncales de la organización de los selectores en una unidad de conmutación de central local. Contacto móvil Entrada Control Contactos fijos Salidas
- Un abonado que desee hacer una llamada (abonado A), descuelga el microteléfono para luego recibir desde la central el tono de marcar.
- Cuando el abonado A recibe el tono de marcar, informa a la central, a través del teclado de su teléfono, los datos del destinatario (abonado B) con el que desea comunicarse (envía el número de teléfono del abonado B).
- Cuando la central recibe el número del abonado deseado (abonado B) enviará la señal de llamada a dicho abonado y la correspondiente señal de control (señal de retorno de llamada al abonado A.
- Cuando el abonado B responde a la señal de llamada (descolgando su respectivo microteléfono) las señales de llamada y control son interrumpidas, estableciendosé en seguida la conexión entre ambos abonados que dan inicio a la conversación.
- Cuando cualquiera de los abonados, al terminar la conversación cuelga su microteléfono, se desconecta la vía de conversación recibiendo el otro abonado el tono de ocupado. 3.2 Partes de un sistema de mando indirecto Es importante señalar dos grandes segmentos en la composición de una central de éste tipo: El correspondiente a las vías de conexión y el de los órganos de control. Fig. 5 a. La “ Vía de Conexión” es el segmento constituido básicamente por selectores, a través de cuyas líneas o circuitos (a menudo también denominadas canales) se establecen los distintos tipos de conexión entre abonados, o entre éstos y los distintos tipos de circuitos de enlace (o circuitos troncales). Una descripción con mayor detalle se realiza más adelante. b. Los “ Órganos de Control” que, de manera común a todos los requerimientos de los abonados, se ocupan de cumplir con toda la secuencia del proceso de establecimiento de una comunicación, desde que el abonado levanta el microteléfono hasta que se establece la conversación. 3.3 Red o vía de conexión 3.3.1 Circuito de línea Todo sistema de conmutación telefónica prevé la instalación de elementos de acceso por cada abonado denominado “ circuito de línea” (en los sistemas electromecánicos eran los relés de línea ). Cuando un abonado descuelga su microteléfono cierra su respectivo bucle de abonado accionando su circuito de línea a la vez que este desencadena una serie de operaciones que ponen en marcha al órgano o circuito que se ocupa de establecer la posición de la linea del abonado en el equipo conmutador para luego conectar esta posición con otro órgano común, que puede ser un registrador, Que es el encargado de enviar el respectivo tono de invitación a marcar. VIAS DE CONEXIÓN ÓRGANOS DE CONTROL Abonados Circuitos troncales
Los circuitos de línea por lo general están dotados también de la función especial de “ bloqueo de línea” que precautela el uso inadecuado de equipo común si luego de un razonable periodo de tiempo, luego de haber descolgado el microteléfono, el abonado no da inicio a la operación de marcar el número de abonado deseado o se presentan algún tipo de averías en la línea. El abonado en este caso recibe una señal de advertencia que puede ser el propio tono de ocupado. 3.3.2 Juntores o troncales Después de establecerse una vía de conexión, los órganos que la posibilitaron se liberan pues cumplieron con la función de conectar la posición del abonado A con una troncal (existen varios tipos de ellas) dependiendo de la naturaleza de conexión requerida. Estos circuitos troncales hacen posible por lo tanto completar, dentro de la central o hacia el exterior de ella, el establecimiento del circuito de conversación. Los circuitos troncales funcionan también con los distintos tipos de señalización requeridos para manejar todo tipo de conexión. 3.3.3 Panel de enlace En realidad es un conjunto de bastidores, conteniendo básicamente selectores organizados de forma que se presentan dos grandes secciones. El Panel de Enlace de Línea del lado de la acomodación de los abonados, y el Panel de Enlace de Troncales del lado de los circuitos troncales. Amboa están inter conectados entre sí por enlaces (electrónicos o alámbricos) organizados bajo una secuencia lógica o grading. Fig. 6 Diagrama simplificado de la composición de un panel 3.4 Organos de Control Común 3.4.1 Marcador El marcador es el cerebro de la central que se ocupa de seleccionar los dispositivos libres para conectar los abonados llamador y llamado. Panel de enlace Panel de enlace de línea de troncales Enlaces Primario-secundario Primario-secundario abonados troncales Órganos de control Marcador A (^) B PANEL Fig. 7 Funciones del marcador
El proceso de concentración y expansión se da en las vías de conexión logradas a través de las líneas o circuitos en las diferentes etapas de selectores de puntos cruzados. La función de distribución corresponde a los distintos tipos de circuitos troncales.
- Diagrama en bloques de una central de mando indirecto Con los anteriores antecedentes y como ejemplo referencial la Fig. 9 muestra, en bloques, la composición esquemática de una central de estas características. REFERENCIAS: CTL Circuito de línea MA Registrador de arranque TS Troncal de salida ES Emisor de salida TE Troncal de entrada ME Registrador de entrada TI Troncal interna Fig. 9 Esquema de una central local
- Conexiones básicas A continuación, se representan las conexiones básicas en una central de mando indirecto y los órganos involucrados. Entre ellas tenemos: 6.1 Conexión de tono de marcar A B PANEL DE ENLACE DE LINEA PEL PANEL DE ENLACE DE TRONCALES PET MARCADOR ES RE RA A otras centrales (TS) De otras centrales (TE) CONSULTA Red de conexión Control común TI CTL A PEL PET MARCADOR RA CTL Tono de marcar Fig. 10
El marcador se encarga de establecer, a través de puntos cruzados en los selectores de los paneles PEL y PET, la vía de conexión entre el punto de localización de la línea del abonado A (su CTL) y el punto de localización de un Registrador de Arranque libre que es el que finalmente transmite, al abonado A, el tono de marcar 6.2 Conexión interna entre abonados 6.3 Conexión de salida A B PEL PET MARCADOR RA CTL TI consulta A PEL PET MARCADOR RA CTL TS consulta ES a otra central
A fin de otorgar condiciones de versatilidad en las posibilidades de interfuncionamiento entre las partes de conmutación y control se hace imprescindible el uso de una parte de adaptación o interfaz cuya misión es en realidad hacer apta a la parte de conmutación para una fluida comunicación con el control. Por ejemplo, mientras la parte de conmutación tenga elementos que operen en tiempos del orden de mili segundos, en la parte de control la historia podría realizarse en el orden de los micro segundos. Es entonces el interfaz el expediente utilizable para compatibilizar ese tipo de situaciones. En ese compromiso el interfaz se constituye por circuitos electrónicos suficientemente rápidos para reaccionar en niveles de s, y elementos de memoria capaces de transferir señales en tiempos suficientemente prolongados como para que sean comprendidos por la parte de conmutación. Los selectores electrónicos de puntos cruzados no plantean esta incompatibilidad y la solución de interfaz no confronta dificultades. Pero si asumimos una parte de conmutación con elementos electromecánicos, por ejemplo relés, se presentará el desafío de compatibilizar operaciones de un computador controlando un sistema en “ tiempo real” (como son las conexiones requeridas por los abonados). A a b B ABJ Circuitos de alimentación de señales (llamada, retorno, etc.) Fig. 12 Puntos cruzados El procesador debe estar al tanto de todo lo que ocurre en la parte de conmutación (requerimientos del abonado). También debe estar capacitado para activar los relés de la parte de conmutación, establecer vías de conexión entre abonados y desactivarlos cuando se desconectan, entre otros. Así el interfáz permite el intercambio de información entre el control y la conmutación, en ambos sentidos. mili segundos micro segund micro segundos Fig. 13 Interfáz El procesador, por intermedio del interfáz, puede verificar lo que ocurre en el conmutador mediante el uso de una señal de dirección para apertura de puerta, a través de la cual puede leerse el estado de un relé. Parte de Conmutación A B J Parte de conmutación: * Electromecánica (o electrónica)
- Red y función de conmutación Parte de Interfaz : * Electrónico
- Adaptación de configuraciín de señal Parte de Control: * Procesador electrónico, técnmica de datos
- Funciones inteligentes
Línea Analógica Para que las señales sean detectadas, el procesador debe hacer lecturas periódicas en puntos de prueba. Podemos concluir que una señal debe esperar un pequeño intervalo, hasta que el punto de prueba conectado a él obtenga una nueva lectura. Es evidente que una señal de corta duración exige un intervalo menor de tiempo entre lecturas, caso contrario el procesador puede perder esa señal. Por lo tanto en el caso de elementos electromecánicos (i.e. relés) para poder operar con estos es necesario que el interfáz disponga de un elemento de memoria. Cuando ha de operarse un relé, el procesador da una orden (de operación) mediante la indicación (con una dirección) del flip-flop que controla el relé en cuestión. Entonces el relé será posicionado o reposicionado ( set – reset ) con un dato de escritura en la forma de 1 ô 0. Después de la orden de operación, el flip-flop mantiene su estado para que el relé pueda operar. La CONMUTACIÓN DIGITAL fue desarrollada a partir de mediados de la década de los años sesenta, como una alternativa a la conmutación analógica confinada a la división de espacio y a los componentes electromecánicos (sistemas de barras cruzadas o cross bar ). La naciente conmutación digital por división de tiempo utilizando componentes electrónicos introduciendo, en las redes, el sistema de transmisión PCM cuyo mayor efecto se presenta sobre la función de los selectores de grupo. Un grupo selector digital responde al principio de una red de conmutación digital totalmente electrónica correspondiendo a la naturaleza electrónica del control por programa almacenado, CPA, (Stored Control Program, SCP). La siguiente figura esquematiza el modelo de un selector de grupo digital, incluyendo el CPA. Fig. 1.3 Selector de grupo digital y control asociado El multiplexador PCM para líneas analógicas conectadas al selector de grupo digital realiza la conversión analógico/digital. El Terminal de central , en el que los canales procedentes de las líneas digitales y de los multiplexadores PCM son puestos en fase con los canales de la central. Se puede disponer de información de señalización. La Red de conmutación digital realiza la conmutación entre los buses digitales. Controles Regional y Central. El control del selector de grupo digital realiza funciones, sin mayores diferencias, similares a las necesarias para controlar un grupo selector analógico. El control regional realiza tareas sencillas y frecuentes mientras que el control central constituye el soporte de un trabajo más complejo. Línea Analógica Red de Conmutación Digital Termina l de Central Termina l de Central Línea Digital Múltiplex PCM Línea Digital Múltiplex PCM Central Regional Central Regional Central Regional CONTROL CENTRAL
- El Terminal de Central que da la interfaz entre selector de grupo y línea de transmisión PCM.
- El Control Regional que con el control central toman la función de control centralizado. El USO DE LOS CONCENTRADORES puede justificarse por las siguientes razones:
- Se economiza cobre en el cableado hacia los abonados colocando al concentrador más cerca de los abonados.
- Se mejora el nivel de flexibilización de las redes facilitando las expansiones originadas por demandas imprevistas. Posibilita la reutilización de cables principales de abonados como enlaces PCM. Centrales existentes pueden ser ampliadas vía concentradores inicialmente controlados por un selector de grupo distante.
- Mejora la calidad de transmisión debido a la reducción de las líneas de abonado y básicamente por el uso de transmisión digital entre el concentrador y su selector de grupo.
- Mejora el acceso a servicios de datos, por la proximidad de la transmisión digital hacia los abonados facilitando el acceso, de éstos, a la transmisión de datos de alta velocidad.
- Reduce costos a nivel del control central al aumentar el tamaño óptimo de un área local y así distribuir los costos de equipamiento común entre mayor número de abonados. La INTEGRACIÓN DE LA CONMUTACIÓN Y TRANSMISIÓN DIGITALES da lugar a la Red Digital Integrada, RDI ( Integrated Digital Network , IDN) y permite rescatar, en su totalidad, las ventajas técnicas y económicas de los sistemas digitales. La Fig. 1.5 permite apreciar una red multicentral de esta naturaleza. Esta red consta de centrales principales con selector de grupo conectado a la red controlando un número necesario de concentradores. El acceso a la red troncal se realiza mediante una central digital principal pudiendo utilizarse una central tandem que curse tráfico excedente entre selectores de grupo. De/hacia la red troncal Central troncal/tandem Selector de grupo de CL Concentrador Fig. 1.5 Red digital multicentral Abonado PCM Frecuencia vocal
Transmisión realizada del concentrador a la red es hecha por sistemas PCM. El gráfico señala que las conexiones entre abonado y concentrador son de frecuencia vocal (analógico), pueden digitalizarse. El uso de una central tandem (principal o madre) reduce el número de puntos de acceso a la red troncal y el añadido de tributarios como unidades remotas y/o concentradores disminuye el costo total de la red. Las centrales digitales funcionan con un reloj interno “ clock”. Como se presentan diferencias entre centrales, a fin de evitar pérdidas de información se los programa bajo una misma frecuencia (sincronismo) constituyendo, esta medida, un recurso fundamental en el funcionamiento de la red. El sistema por canal común otorga una gran capacidad de señalización lo que, entre otras cosas, permite diversas facilidades así como la prestación de diferentes servicios de forma integral. SISTEMA EWSD La estructura de un sistema de conmutación EWSD responde al funcionamiento de todo conmutador cuyo propósito sea interconectar líneas de abonado sea cual fuere la naturaleza de las llamadas. Fig. 13 Estructura de una central EWSD Acceso DLU LTG DLUC GP LTG GP Sistema de señalización por canal común CCNC CCNP Coordinación EM OMT CP SYP MB CCG MBC SYPC Conmutación SN SGC
- Servicio de emergencia de la DLU (en caso de colapso de las líneas de transmisión hacia la central principal).
- Mantenimiento y localización de fallas en el lugar de instalación de la DLU bajo condiciones de servicio de emergencia.
- Las DLU remotas pueden ubicarse dentro del área de numeración de una central principal o en un área de numeración diferente. APLICACIONES Y CONEXIONES POSIBLES En la posibilidad de que las DLU pueden usarse local o distantemente, estas últimas pueden estar ubicadas en el área de numeración de la central principal o también en otra área de numeración. Las DLU pueden instalarse en:
- el edificio de una central
- contenedores
- salas usadas con otros fines
