Principiile comutatiei digitale

Principiile comutatiei digitale

1. Partea teoretica

1.1. Transmisia digitala

Semnlele telefoniei digitale utilizeaza un sistem sincron de transmisie, care combina Time Division Multiplexing (TDM) si Pulse Code Modulation (PCM). Fiecare cale trebuie sa trimita un cod binar de 8 biti cu un debit de 8000 de coduri pe secunda.

Codurile sunt organizate in grupuri numite cadre. Fiecare cod este transmis intr-un interval temporar (timeslot). Cadrele includ coduri speciale de sincronizare astfel incat fiecare timeslot sa poata fi identificat si codul sa fie in mod corect convertit inapoi in forma analogica.

In sistemul CEPT, care isi are originea in Europa, exista 32 de timeslot-uri in fiecare cadru. Fiecare cadru are o durata de 125 us, si fiecare timeslot este transmis in 3.9 us cu un debit de 2.048 Mbps.

In sistemul T1 care a fost creat in America de Nord exista 24 timeslot-uri in fiecare cadru. Fiecare cadru are o durata de 125 us si fiecare timeslot este transmis in 5.2 us. Pentru sincronizare se foloseste un bit suplimentar astfel incat debitul transmisiei este de 1.544 Mbps.

Conectarea la fiecare telefon se face utilizand 2 fire ce sunt parcurse de semnale analogice in ambele directii. Pentru comutatia digitala, caile de intare si de iesire sunt separate folosind circuite hibride. Apoi, circuitele de codare/filtare realizeaza conversia analog - digitala si digital - analogica.

1.2. Caile de convorbire

Circuitele de codare/filtrare sunt conectate la comutatorul digital prin fluxuri de intrare si de iesire. Fiecare flux poate realiza 24 sau 30 conexiuni, depinzand de sistemul PCM folosit.

Fiecare codor este conectat la fluxurile de intrare si iesire la un anumit moment, pe durata unui timeslot.

1.3. Comutatia digitala de baza

Comutatia digitala transfera continuturile fiecarui timeslot de pe fluxul de intrare in cel mai apropiat timeslot de pe fluxul de iesire.

Comutatia datelor din fiecare timeslot de pe fluxul de intrare necesita schimbarea momentului la care datele sunt transmise pe fluxul de iesire. Procesul este cunoscut sub numele de "comutatie temporala" (Time Switching).

1.4. Comutatia temporala si spatiala

Majoritatea sistemelor de comutatie au peste 24 sau 30 de cai si folosesc mai multe timeslot-uri decat pot fi transmise pe un flux. Ca urmare, este necesara comutatia intre fluxuri.

Comutatia digitala prezentata in figura trebuie sa comute intre diferitele timeslot-uri si, de asemenea, intre diferitele fluxuri.

2. Lucrarea practica nr. 1: Comutatia temporala

Procesul de baza al comutatiei digitale pentru sistemele de telefonie este transferul a 8 biti de informatie in format digital de pe un timeslot pe altul.

Semnalele vocale ale fiecarui telefon sunt conectate printr-un codor la comuatator pe durata unui timeslot stabilit. Conexiunile sunt realizate de-a lungul fluxurilor de intrare/ iesire. Cea mai simpla conexiune intre 2 telefoane se realizeaza in conditiile in care ambele utilizeaza aceleasi fluxuri de intrare si de iesire. Ele, desigur, trebuie sa foloseasca diferite timeslot-uri.

Apoi de 8000 de ori pe secunda continuturile timeslot-urilor de intrare ale fiecarui telefon trebuie sa fie transferate timeslot-urilor de iesire ale celuilalt telefon. Acesta poarta denumirea de "comutatie temporala" (Time Switching).

Timeslot-urile sunt organizate in cadre. Fiecare cadru are 32 (sistemele CEPT) sau 24 (sistemele T1) timeslot-uri. Cadrele succesive sunt transmise prin acealeasi conexiuni fizice, de exemplu: aceleasi fluxuri de intrare si de iesire.

Realizarea partii practice

Se realizeaza comutarea intre 4 telefoane ce sunt conectate la un singur flux. Informatia este disponibila in fecate timeslot asa cum sugereaza imaginea de mai jos.

Realizati o conexiune intre oricare doua telefoane. Ele sunt numerotate de la 1 la 4. Observati care timeslot-uri si-au schibat continuturile pentru a transporta semnalul vocal de la un telefon la altul.

Realizati o alta conexiune fara a renunta la prima si observati noua comutatie a timeslot-urilor.

Renuntati la conexiunile facute si realizati altele noi.

Raspundeti la intrbarile urmatoare:

Care este procesul principal al comutatiei digitale?

Cate transferuri de informatie intre timeslot-uri sunt necesare pentru conectarea unui telefon?

Cat de des sunt realizate transferuruile de informatie?

Cat timp este disponibil fiecare esantion de informatie pe un flux?

Cate conexiuni pot fi facute intre telefoane cu un flux de 30 de cai?

Lucrarea pracitca nr. 2: Comutatia temporala si spatiala

Un flux de 30 de cai CEPT poate gazdui 30 de telefoane si fiecare flux T1 poate gazdui 24 de telefoane. Asadar, fiecare sistem de capacitate mai mare necesita mai multe fluxuri de intrare si de iesire. Ca urmare, comutatia intre fluxuri este la fel de necesara ca si comutatia temporala. Aceasta este cunoscuta sub denumirea de comutatie temporala si spatiala.

In aplicatie se folosesc doua fluxuri de intrare si doua de iesire.

Intr-un sistem mare sunt multe asemenea fluxuri si sunt folosite combinatii complexe de comutatii temporale si spatiale.

Realizarea partii practice

Patru telefoane sunt conectate la doua timeslot-uri de pe diferite fluxuri.

Realizati diferite conexiuni intre telefoane. Ele unt numerotate de la 1 la 4. In fiecare situatie observati comutatia timeslot-urilor. Unele dintre ele se afla pe fluxul corespunzator (spre ex, de pe fluxul 0 de intrare pe fluxul 0 de iesire), dar altele necesita ca informatia vocala sa fie transferata pe un alt flux.

Raspundeti la intrebarile urmatoare:

1. De ce uneori sunt necesare atat comutaita spatiala cat si comutatia temporala?
2. Cate telefoane pot fi conectate la un comutator digital cu opt fluxuri de intrare si iesire avand 30 de cai?
3. Cate comutatoare de acelasi fel trebuie conectate pentru a se realiza o structura cu 16 fluxuri de intrare si iesire?

L2. Modul de lucru al comutatiei digitale

1. Partea teoretica

1.1. Arhitectura comutatorului digital

Comutatorul are un buffer de intrare ( intrare seriala si iesire paralela) si un buffer de iesire ( intrare paralela si iesire seriala) pentru fiecare flux conectat.

Buffer-ele si memoria de date sunt conectate intern printr-o magistrala paralela, care poate lucra mult mai repede decat magistralele seriale.

Memoria de conexiuni este folosita pentru a controla momentul de timp la care continuturile de pe fiecare timeslot sunt trimise catre buffer-ul de iesire.

1.2. Modul de lucru al comutatorului

Informatiile de intrare de pe fluzul de intrare ajung in buffer-ul de intrare. Informatiile de pe fiecare timeslot sunt citite intr-o locatie din memoria de date in ordinea in care ajung. Astfel pozitia din memoria de date indica care timeslot este conectat.

Pentru realizarea comutaitei temporale, informatia din fiecare locatie din memoria de date trebuie citita la momentul potrivit si trimisa catre buffer-ul de iesire.

Fiecare loctie din memoria de conexiuni este folosita pentru acelasi timeslot care corespunde locatiei din memoria de date. Oricum fiecare locatie a memoriei de conexiuni contine o adresa, si nu o informatie. Adresa este aceea a locatiei memoriei de date care trebuie citita, iar informtia este trimisa buffer-ului de iesire pentru fiecare timeslot.

Asfel, scriind informatia consecutiv in memoria de date, dar citind-o cand este necesar se obtine comutatia temporala.

Combinarea comutatiei temporle cu cea spatiala este obtinuta pe baza aceluiasi principiu. Mai multe buffere de intrare si iesire sunt folosite pentru fluxurile suplimentare, toate conectate de magistrala paralela la memria de date, care este extinsa.

Limita capacitatii comutatorului este atinsa atunci cand magistrala interna nu poate avea viteza ceruta pentru transferul tuturor informatiilor. In aceasta ipoteza se realizeaza combinari ale comutatoarelor.

2. Lucrarea practica nr. 1: Controlul comutatorului temporal

Comutatia folosind o memorie RAM

Metoda folosita de comutatia temporala este aceea de a scrie 8 biti de informatie din fiecare timeslot intr-o locatie a memoriei RAM. Apoi, la momentul potrivit informatia este citita din memoria RAM si trnsmisa la iesirea comutatorului.

Pentru a realiza acest lucru comutatorul digital scrie informatia din fiecare timeslot de pe fuxul de intrare in memoria de date. Fiecarei locatii din memoria de date ii corespunde un anumit timeslot de pe fluxul de intrare.

Informatia este citita din memoria de date si trimisa fluxului de iesire in ordinea corecta ceruta de o anumita conexiune.

Contrlolul comutatorului

The output sequence este controlata de memoria de conexiune. Fiecarei locatii din memoria de conexiune ii corepunde un timeslot de pe fluxul de iesire.

Memoria de conexiune contine adresele din memoria de date de unde informatia fiecarui timeslot poate fi citita. Adresele sunt introduse atunci cand conexiunea este stabilita.

In momentul in care informatia este transferata fluxului de iesire, adresa este citita din locatia corespunzatoare in memoria de conexiune si folosita pentru a gasi informatia din memoria de date.

Informatia este tinuta pentru un cadru complet de 125 us in memoria de date inainte de a fi scrisa over by the data from the next corresponding timeslot. Aceasta este indicata prin licarirea ecranului nu la fel de rapida ca informatia.

Realizarea partii practice

Controlul conexiunii intre 4 telefoane, tote conectate la acelasi flux. Realizati o conexiune intre oricare 2 telefoane.

Observati adresele scrise in memoria de conexiune.

Acestea arata sistemului unde in memoria de date sa gaseasca informatia pentru timeslot-ul de iesire.

Raspundeti la urmatoarele intrebari:

1. Cate locatii din memoria de conexiune trebuie sa fie scrise pentru o convorbire?
2. Cat timp ramane esantionul de informatie in memoria de date?
3. Care este ordinea operatiilor pentru a gasi informatia corecta pentru fluxul de iesire pe durata unui anumit timeslot?
4. Ce inscrieri si in ce locatii din memoria de conexiune sunt realizate pentru o conexiune intre liniile L2 si L4?

Lucrarea practica nr. 2: Conectarea tonurilor

Comutatorul digital este folosit pentru a conecta fiecare dintre cele 4 tonuri folosite pentru a semnaliza catre telefonul utilizatoaruli. Tonurile sunt:

tonul de formare (Dial tone - DT)

tonul de apel (Ringing tone - RT)

ton de ocupat (Busy tone)

ton pentru numar nealocat (Number Unobtainable - NU tone)

Tonurile sunt in mod continuu disponibile in anumite timesloturi si sunt conectate la fiecare linie ceruta. Fiecare ton poate fi conectat in mod simultan la cat de multe telefoane sunt necesare.

Realizarea partii practice

Cele 4 tonuri pentru semnalizare sunt disponibile in timeslot-uri specifice intr-un singur flux. Ele sunt conectate cum este necesar pentru timeslot-uri, din nou sub controlul memoriei de conexiune.

Ridicati receptorul si ascultai tonul de formare. Formati numarul unui alt telefon, veti observa ca tonul de formare (DT) inceteaza, si apoi incepe tonul de apelare (RT). Raspundeti la telefon.

Apoi incercati sa conectati cel de-al treilea telefon la unul din primele doua. In final incercati sa conectati la un numer nealocat.

Raspundeti la urmatoarele intrebari:

1. Care adresa este inregistrata si in ce locatie a memoriei de conexiune pentru a aplica tonul de formare (DT) la linia L3?
2. De ce?
3. Exista vreo limita in ceea ce priveste numarul liniilor care pot primii acelasi ton de la o sursa in acelasi timp?