COMMUTAZIONE

1. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Dipartimento INFOCOM COMMUTAZIONE Aldo Roveri Lezioni dell’ a.a. 2008-2009 1

2. VII. LA RETE TELEFONICA Aldo Roveri, “COMMUTAZIONE” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2008-2009

3. CONTENUTI VII.1 Caratteristiche generali VII.2 Rete fisica VII.3 Sezione interna della rete logica VII.4 Interfacce di nodo VII.5 Strategie di sincronizzazione VII.6 Indirizzamento e numerazione VII.7 Procedure di instradamento VII. A Appendice

4. VII. LA RETE TELEFONICA VII.1 Caratteristiche generali

5. La IDN telefonica • Dalla seconda metà degli anni ‘60, la rete telefonica ha iniziato, e completato alla fine degli anni ’80, l’evoluzione tecnologica e sistemistica verso l’obiettivo IDN (Integrated Digital Network).

6. Elementi distintivi di una IDN telefonica • Utilizzazione di tecnologie completamente elettro-niche. • Impiego di elaboratori di controllo a programma registrato (SPC – Stored Program Control). • Impiego, nella sezione interna, della segnalazione a canale comune (CCS– Common Channel Signaling).

7. La transizione tecnologica Per ciò che riguarda le apparecchiature di commutazione • la tecnologia utilizzata per circa 50 anni (fino alla prima metà degli anni ‘60) è stata quella elettromeccanica • dalla seconda metà degli anni ‘60 si è passati alla tecnologia semi-elettronica • l’avvento di una tecnologia completamente elettronica può essere collocato all’inizio della seconda metà degli anni ‘70

8. Vantaggi della tecnica SPC • Modularità e modificabilità • Adattabilità al sito ed estensibilità • Autodiagnostica • Adattamento a condizioni di funzionamento anormali

9. Trattamento del traffico (1/3) L’inizializzazione di una comunicazione telefonica su base chiamata richiede lo svolgimento di tre operazioni • nell’autocommutatore di origine, la chiamata è trasferita dalla linea dell’utente chiamante all’insieme dei percorsi di rete ammissibili verso la destinazione desiderata • nella sezione interna della rete viene impegnato, fisicamente e per tutta la durata della comunicazione, uno di questi percorsi • nell’autocommutatore di destinazione, la chiamata è trasferita dal percorso di rete alla linea dell’utente chiamato

10. Trattamento del traffico (2/3) Queste tre operazioni sono dette di • concentrazione • distribuzione • espansione

11. Trattamento del traffico (3/3)

12. Sezioni di un autocommutatore • Stadio (selettore) di utente (di linea): svolge le operazioni di concentrazione e di espansione • Stadio (selettore) di gruppo: svolge l’operazione di distribuzione

13. • • • Modello di IDN telefonica Centro di manutenzione di rete Rete di segnalazione a canale comune Punto di trasferimento della segnalazione Elaboratore di controllo Collegamento di segnalazione Interfaccia DTE/DCE DTE DCE Linee di giunzione Stadio di utente Autocommutatore locale Autocommutatore di transito Stadio di gruppo

14. . . . . . . Struttura di un autocommutatore a circuito Rete di conness. . . . . . . Interfacce Interfacce Sistema di comando Segnalazione Segnalazione

15. Parametri prestazionali (1/2) • Massima intensità media di traffico che può essere globalmente offerta all’autocommutatore con una prefissata probabilità di blocco per le connessioni dirette ingresso-uscita e per ognuno dei fasci di giunzione uscenti • qualifica la capacità di smaltimento di traffico da parte della rete di connessione.

16. Parametri prestazionali (2/2) • Numero massimo dei tentativi di chiamata che possono essere trattati in un fissato intervallo temporale (ad. es. in un’ora) con il rispetto di vincoli di tempo reale • qualifica la capacità di trattamento da parte del sistema di comando.

17. VII. LA RETE TELEFONICA VII.2 Rete fisica

18. Mezzi trasmissivi • Nella sezione interna sono ormai impiegati, in modo pressoché esclusivo, i cavi in fibra ottica mono-modale in luogo dei mezzi in rame (cavi a coppie simmetriche o a coppie coassiali). • Nella sezione di accesso esiste tuttora una larga varietà di soluzioni alternative per il mezzo trasmissivo di legamento degli utenti all’autocommutatore di competenza: accanto al tradizionale mezzo in rame (doppino), sono attualmente impiegate soluzioni in fibra ottica, ovvero di tipo ibrido (fibra+rame) ovvero su portante radio (radio local loop).

19. Impiego della multiplazione numerica I sistemi di trasmissione sono basati sull’impiego della multiplazione numerica (digital multiplexing) • Questa opera un affasciamento a divisione di tempo di segnali tributari numerici in modo da generare un segnale multiplato con ritmo binario più elevato • Consente quindi di interallacciare nel tempo vari segnali numerici, per la trasmissione su un unico canale, con la possibilità di separarli in ricezione.

20. Gerarchia di multiplazione numerica E’ una serie di operazioni di multiplazione numerica, per le quali è definita una scala di livelli (gerarchia) in modo tale che • la multiplazione a un livello combina un numero definito di segnali numerici (ognuno dei quali ha il ritmo di cifra prescritto per un livello inferiore) in un segnale numerico con un prescritto ritmo di cifra • quest’ultimo è disponibile per una ulteriore combinazione con altri segnali numerici dello stesso ritmo in una multiplazione numerica di livello immediatamente superiore.

21. Tecnica della giustificazione • Consente di adattare segnali tributari plesiocroni o mesocroni alla temporizzazione isocrona che è loro disponibile nel segnale risultante da una multiplazione numerica • A tale scopo, con riferimento ad un segnale tributario, viene variato il ritmo di cifra di questo (ritmo di scrittura) in modo controllato, così da poterlo accordare con un ritmo di cifra (ritmo di lettura) differente da quello di scrittura, usualmente senza perdita di informazione

22. Tipi di giustificazione FSi ritmo di cifra di scrittura dell’i-esimo tributario FL ritmo di cifra di lettura nell’operazione di multiplazione numerica • Giustificazione positiva: quando FL > Fsi (i = 1,2,…) (ritmo di lettura sempre maggiore di quello di scrittura) • Giustificazione negativa: quando FL < FSi (i = 1,2,…) (ritmo di lettura sempre minore di quello di scrittura) • Giustificazione positiva/nulla/negativa: quando il ritmo di lettura può essere maggiore, uguale o minore di quello di scrittura).

23. Tipi di gerarchia • 1. Gerarchia numerica plesiocrona (PDH) adotta la giustificazione positiva • 2. Gerarchia numerica sincrona (SDH) adotta la giustificazione positiva/nulla/ negativa.

24. Gerarchia numerica plesiocrona RITMI BINARI GERARCHICI (in kbit/s) per reti con gerarchia numerica basata su un ritmo binario di primo livello uguale a LIVELLO GERARCHICO NUMERICO 1.544 2.048 64 64 1 1.544 2.048 2 6.312 8.448 3 32.064 44.736 34.368 4 97.728 139.264

25. Gerarchia numerica sincrona LIVELLO RITMI BINARI GERARCHICI (in kbit/s) GERARCHICO NUMERICO 1 155.520 4 622.080 8 1.244.160 1.866.240 12 16 2.488.320

26. VII. LA RETE TELEFONICA VII.3 Sezione interna della rete logica

27. Obiettivi della struttura • La topologia della sezione interna di una rete telefonica è normalmente definita in modo da ottenere un rendimento di utilizzazione per ognuna delle linee di giunzione (cioè per ciascuna delle risorse di trasferimento condivise) che sia il più elevato possibile compatibilmente con un’accettabile qualità del servizio offerto.

28. Topologia a maglia completa • Ognuno degli N nodi appartenenti a un insieme della rete è interconnesso a tutti gli altri N-1 nodi dello stesso insieme con un ramo specifico. • Il numero di rami componenti è N (N-1) /2. • Il percorso di rete tra due nodi qualsiasi può essere scelto in una molteplicità di alternative possibili, tra cui quella di lunghezza logica minima è costituita dal ramo che connette i due nodi.

29. Topologia a stella pura • Ogni elemento di un insieme di nodi A1, A2, ... è connesso con un solo ramo a un nodo B: questo costituisce il centro stella. • Se l’insieme B, A1, A2, ... è costituito da N nodi, il numero dei rami è uguale a N-1. • Esiste un solo percorso di rete, che include il centro stella e che è costituito da due rami. • Si dice che una topologia a stella pura è a due livelli gerarchici: il primo livello include i nodi A1, A2, ... , mentre il secondo comprende il solo nodo B.

30. Topologia ad albero (1/3) • E’ una generalizzazione della topologia a stella pura, nel senso che è definita da una struttura a stella multipla: ad esempio: • i nodi B1, B2 di due o più stelle pure sono a loro volta connessi con un solo ramo a un nodo C; • il procedimento può essere ripetuto per i nodi di tipo C, e così via; • gli insiemi di nodi A1, A2 ..., B1, B2 ..., C1, C2 ...sono di rango via via crescente.

31. Topologia ad albero (2/3) • Esiste un solo nodo di rango massimo. • Se N è il numero di nodi della rete, il numero di rami componenti è uguale a N-1; questo è il minimo per assicurare l’esistenza di almeno un percorso di rete tra due nodi qualsiasi. • Esiste un solo percorso di questo tipo.

32. Topologia ad albero (3/3) • Il percorso di lunghezza logica massima è quello tra due nodi di rango minimo, che dipendono da nodi di rango intermedio tutti diversi tra di loro. • Questo percorso attraversa necessariamente il nodo di rango massimo ed è costituito da 2 (M-1) rami, se M è il numero di livelli gerarchici della struttura.

33. Topologia della sezione interna (1/2) • E’ il risultato di un compromesso tra la forma a stella pura (e le sue generalizzazioni) e quella a maglia completa. • Deriva dalla ripartizione delle relazioni di traffico in funzione della distanza tra gli autocommutatori della rete: • due nodi geograficamente vicini possono essere interessati da quote di traffico maggiori di quelle che possono interessare nodi geograficamente lontani; • le quote di traffico per ogni relazione diminuiscono al crescere della distanza tra gli autocommutatori.

34. C B1 B2 A1 A2 A3 A4 Topologia della sezione interna (2/2) 1. Tra i nodi A1 e A2 ovvero tra i nodi A3 e A4 può essere giustificato un ramo diretto. 2. Tra A1 e A4 può non essere giustificato un ramo diretto; il percorso di rete può allora essere quello A1 B1 B2 A4 che attraversa i nodi di rango superiore B1 e B2 , se questi sono connessi da un ramo diretto. 3. Se non lo sono, il percorso di rete attraversa anche il nodo C di rango ulteriormente superio-re.

35. Struttura gerarchica (1/3) • Ragionamenti del tipo precedente conducono a stabilire una gerarchia di centri di commutazione, in modo che la graduale riduzione delle quote di traffico con la distanza venga compensata concentrando il traffico proveniente da zone di territorio sempre più estese. • Ogni centro di questa gerarchia ha, nell’ambito del territorio su cui opera la rete, una sua zona di influenza. • Conseguentemente la zona di influenza di un centro di rango più elevato comprende tutte le zone dei centri di rango più basso da esso dipendenti.

36. Struttura gerarchica (2/3) • I centri di rango più elevato sono di norma connessi con una topologia a maglia completa. • I centri di rango inferiore sono connessi, di norma con modalità a stella, al centro da cui dipendono gerarchi-camente. • Sono anche ammessi, in deroga a queste regole, rami tra centri geograficamente vicini così caratterizzabili • hanno ugual rango e fanno capo allo stesso centro di rango superiore; • hanno ugual rango, ma fanno capo a centri di rango superiore diversi; • hanno diverso rango e sono gerarchicamente indipen-denti.

37. H K A B D F G C D E F B A C E G H I J K I J configurazione geografica Centri di rango 1 Centri di rango 2 Centri di rango 3 Struttura gerarchica (3/3) Struttura ad albero

38. VII. LA RETE TELEFONICA VII.4 Interfacce di nodo

39. Tipi di interfacce (1/2) • Si distinguono • l’interfaccia di utente (tra linea di utente e nodo di commutazione a circuito); • l’interfaccia di giunzione (tra linea di giunzione e nodo di commutazione a circuito).

40. AU UL UL Linee d'utente analogiche Linee PCM a 2.048 Mbit/s AU Nodo di commutazione PCM Tipi di interfacce (2/2)

41. Interfaccia di utente (1/2) • L'interfaccia tra una linea d'utente e un nodo di commutazione a circuito PCM è costituita dall'attacco d'utente (AU).

42. Interfaccia di utente (2/2) • Le funzioni eseguite dall'attacco d'utente possono essere riassunte dall’ acronimo BORSCHT: • Battery (alimentazione); • Overvoltage protection (protezione da sovratensioni) • Ringing (generazione del tono di chiamata) • Supervisory (supervisione della linea) • Coding (codifica del segnale vocale) • Hybrid (passaggio da 2 a 4 fili) • Testing (accesso per prove sulla linea).

43. Interfaccia di giunzione • Nel caso di un nodo di commutazione a circuito in tecnica numerica, è costituita dall’unità di linea (UL), i cui compiti sono: • in ricezione, la conversione da un ambiente mesocrono (esterno al nodo) ad uno sincrono (interno al nodo); • in trasmissione, l’emissione di flussi multiplati staticamente.

44. Ambiente mesocrono Ambiente sincrono Ricezione Memoria elastica Rivelatore Orologio esterno Commutatore TS TL Orologio interno Allineatore di trama Estrattore di temporizzazione Trasmissione Inserimento allineamento di trama Da mesocronismo a sincronismo TS: temporizzazione di scrittura TL: temporizzazione di lettura

45. Unità di linea • L'estrattore di temporizzazione provvede a estrarre il cronosegnale associato al flusso multiplato entrante; • l'allineatore provvede alla verifica dell'allineamento di trama e al recupero dell'allineamento corretto in caso di perdita di allineamento; • la memoria tampone ha lo scopo di compensare le fluttuazioni di fase tra i cronosegnali esterno e interno.

46. Rivelatore Rivelatore di cronosegnale cronosegnale Estrazione della temporizzazione (1/2)

47. Rivelatore Stimatore dell’errore di temporizzazione Filtro di anello VCO cronosegnale Estrazione della temporizzazione (2/2)

48. Allineatore (1/3) • Le funzioni dell'allineatore sono quelle di: • rivelare situazioni di fuori allineamento; • recuperare l'allineamento in caso di fuori allineamento; • le informazioni di allineamento di trama sono contenute nella parola diallineamento composta da M bit collocati in posizione opportuna nella trama stessa.

49. Allineatore (2/3) • Nel caso di trama PCM a 2.048 Mbit/s, la parola di allineamento è composta da M=7 bit (0011011) collocati, a trame alterne, nell'IT numero 0 . • Gli eventi di rivelazione di fuori allineamento e di recupero di allineamento sono generati esaminando le violazioni della parola di allineamento .

50. Rivelazione di un Fuori Allineamento Stato di Allineamento Stato di Fuori Allineamento Recupero di Allineamento Allineatore (3/3) Diagramma di stato di un allineatore