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15/03/2013
1
Sistemas de Conmutación
Conmutadores Digitales
Dr. Ing. Álvaro Rendón GallónPopayán, marzo de 2013
Universidad del CaucaFacultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemática
CONMUTADOR
T
ITj ITk ITj ITk
2
Temario
• Introducción
• Conmutador digital tipo S
• Conmutador digital tipo T
• Conmutador T para varios MIC
• Redes a etapas
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3
Evolución de los conmutadores
Teléfono de Meucci Conmutador manual Selector electromecánico
Puntos de cruce Conmutador digital
4
Central Telefónica Digital
MA: Módulo de AbonadosMAR: Módulo de Abonados Remoto
MTA: Módulo de Troncales AnalógicasMTD: Módulo de Troncales DigitalesGT: Generador de TonosRxT: Receptor de Tonos
Otras centrales
CX
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5
Buses MIC
Bus MIC TX
Bus MIC RX
Cod
ec
RX
TXTX
Bus MIC TX: Las salidas de los códecs están unidas. Sólo uno puede transmitir en cada IT
Bus MIC RX: Las entradas de los códecs están unidas. Sólo pueden recibir en un IT (por programación)
6
Conmutador Digital
Las entradas y salidas del conmutador son buses MIC
Bus MIC TX
Bus MIC RXCod
ec
RX
TX
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7
Programación de los Códecs
Conexión punto a punto
La comunicación se establece mediante la programación de los Códecs
Una conversación requiereuna conexión en cada sentido
Codecs
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Central de un bus MIC
Conexión a un bus MIC
Se requiere un IT en cada sentido
¿Cuántas conversaciones se pueden establecer?
¿Cuántos abonados puede tener la central?
A
B
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Central de un bus MIC
Conmutador Versión comercial:• 32 extensiones• 8 troncales“Time 8-32”
Centralita privada (PBX)
Central local
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Conmutador Digital
Para mayor capacidad de abonados se requieren varios buses MIC
Para interconectar los buses:
• Separar Tx y RX• Conmutador
ILA
B
A
IT0 IT31IT1 IT30
ILA
C
IT0 IT31IT1 IT30
MICEi
MICEj
MICSi
MICSj
BusesTx Rx
BusesTx Rx
IT0 IT31IT1 IT30
IT0 IT31IT1 IT30
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6
11
Tipos de Conmutador Digital
Caso 1:Abonados del mismo Bus MIC
Los Codec se programan:• mismo IT para Tx y Rx• un IT para cada abonado
ILA
B
A
ILA
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
BusesTx Rx
BusesTx Rx
IT12 IT28
A→B B→A
IT28 IT12A→B B→A
A→B: MICE0, IT12 → MICS0, IT28B→A: MICE0, IT28 → MICS0, IT12
TX RX
A
B
12 12
28 28
12
Tipos de Conmutador Digital
El conmutador traslada un octeto de un IT a otroen el mismo bus MIC:
Conmutador Digital Tipo T (Time Switch)
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
IT12 IT28
A→B B→A
IT28IT12
A→BB→A
A→B: MICE0, IT12 → MICS0, IT28B→A: MICE0, IT28 → MICS0, IT12
TX RX
A
B
12 12
28 28
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Tipos de Conmutador Digital
Caso 2A:Abonados en distinto Bus MIC
Los Codec se programan:• mismo IT para Tx y Rx• mismo IT para los abonados
ILA
A
ILA
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
BusesTx Rx
BusesTx Rx
IT12 A→C
IT12C→A
A→C: MICE0, IT12 → MICS1, IT12C→A: MICE1, IT12 → MICS0, IT12
TX RX
A
C
12 12
12 12C
IT12 C→A
IT12A→C
14
TX RX
A
C
12 12
12 12
Tipos de Conmutador Digital
El conmutador traslada un octeto de un bus MIC a otroen el mismo IT:
Conmutador Digital Tipo S (Space Switch)
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
IT12
A→C
IT12
C→A
A→C: MICE0, IT12 → MICS1, IT12C→A: MICE1, IT12 → MICS0, IT12
IT12
C→A
IT12
A→C
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Tipos de Conmutador Digital
Caso 2B:Abonados en distinto Bus MIC
Los Codec se programan:• mismo IT para Tx y Rx• un IT para cada abonado
ILA
A
ILA
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
BusesTx Rx
BusesTx Rx
IT12 A→C
IT12C→A
A→C: MICE0, IT12 → MICS1, IT28C→A: MICE1, IT28 → MICS0, IT12
TX RX
A
C
12 12
28 28CA→CIT28
C→A IT28
16
TX RX
A
C
12 12
28 28
Tipos de Conmutador Digital
El conmutador traslada un octeto de un bus MIC a otroy de un IT a otro:
Conmutador Digital Tipo T para varios MIC
MICE0
MICE1
MICS0
MICS1
IT12
A→C
IT12
C→A
A→C: MICE0, IT12 → MICS1, IT28C→A: MICE1, IT28 → MICS0, IT12
IT28
C→A
IT28
A→C
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Temario
• Introducción
�Conmutador digital tipo S
• Conmutador digital tipo T
• Conmutador T para varios MIC
• Redes a etapas
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Conmutador Digital Tipo S
Se implementa mediante compuertas que forman una matriz de puntos de cruce: Matriz Espacial
Para hacer la conmutación, una compuerta:• Debe permanecer cerrada el tiempo de un IT (3.900 ns)
para que pase todo el octeto
• Debe cerrarse una vez cada trama (125 µs) para que pasen los octetos de la misma llamada
IT28
IT28
IT1
IT1
IT28
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Conmutador Digital Tipo S
IT0IT1
IT31
En cada IT se cierran tantas compuertas como MIC tiene el conmutador
El conmutador espacial tiene una configuración distinta en cada IT
Se requiere una Memoria de Controlque indica los puntos a cerraren cada IT:
Lectura Cíclica (una localidad por IT)
Escritura Aleatoria (programación del control)
0
IT28
IT1
IT1
IT28
0 IT28
20
Conmutador Digital Tipo S
Dos clases de conmutadores tipo S:
Control por la Salida: Una memoria de Control para cada salida.Se programa la entrada a conectar
Control por la Entrada: Una memoria de control para cada entrada.Se programa la salida a conectar
0IT0IT1
IT31
IT28
IT1
IT1
IT28
0 IT28
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Conmutador Digital Tipo Scon control por la salida
Una Memoria de Control para cada salidaSe programa la entrada a conectar
Puede conectar una entrada con dos o más salidas: difusión
Características de cadaMemoria de Control(conmutador 4 MIC de 32 IT):
3
IT0
IT0
IT0
3 IT0IT1
IT31
Capacidad: • No. de localidades:• Ancho de palabra:(bits)
Velocidad:• No. lecturas:• No. escrituras:
32 = No. de IT2 = log2 n (n= MIC)
1 en cada IT1 en cada conexión
22
Conmutador Digital Tipo Scon control por la salida
Representación de las conexiones:MCj(x)= i; ITx, MICEi -> MICSj
MICE3, IT0 → MICS0, IT0MC0(0)= 3
MICE0, IT1 → MICS2, IT1MC2(1)= 0
MICE0, IT28 → MICS1, IT28MC1(28)= 0
IT0
IT0
3 IT0IT1
IT31
0
IT28
IT1
IT1
IT28
0 IT28
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Conmutador Digital Tipo Scon control por la entrada
IT0
IT1
IT31
2
IT28
1 IT28
Una Memoria de Control para cada entradaSe programa la salida a conectar
Características de cadaMemoria de Control(conmutador 4 MIC de 32 IT):Capacidad: • No. de localidades:• Ancho de palabra:(bits)
Velocidad:• No. lecturas:• No. escrituras:
32 = No. de IT2 = log2 n (n= MIC)
1 en cada IT1 en cada conexión
No es posible la difusión
IT28
IT1
IT1
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Conmutador Digital Tipo Scon control por la entrada
IT0IT1
IT31
2
IT28
IT1
IT1
IT28
1 IT28
MICE3, IT0 → MICS0, IT0MC3(0)= 0
MICE0, IT1 → MICS2, IT1MC0(1)= 2
MICE0, IT28 → MICS1, IT28MC0(28)= 1
IT0
IT0
0
Representación de las conexiones:MCi(x)= j; ITx, MICEi -> MICSj
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Temario
• Introducción
• Conmutador digital tipo S
�Conmutador digital tipo T
• Conmutador T para varios MIC
• Redes a etapas
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Conmutador Digital Tipo T
Traslada un octeto de un IT a otro en el mismo bus MIC
ConmutadorT
MICE MICSIT1 IT28 IT28IT1
Tx Rx
IT1
siguiente trama
Los octetos se retrasan entre el IT de llegada y el IT de salida
Para ello se guardan temporalmente en unaMemoria de Conversación o Memoria IntermediaEn cada IT, en la Memoria Intermedia se lee el octeto de salida y se escribe el de entrada. Ej: IT28 IT28IT28
Conmutador T
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Conmutador Digital Tipo T
IT1 IT28 IT28 IT1
siguiente trama
28
1
IT28
IT28
(INTERMEDIA)
La Memoria de Control contiene el enrutamiento de los octetos:
Lectura Cíclica (una localidad por IT)
Escritura Aleatoria (programación del control)
28
Conmutador Digital Tipo T
IT1 IT28 IT28 IT1
siguiente trama
28
1
IT28
IT28
(INTERMEDIA)
La Memoria Intermedia puede operarse de dos maneras:
Control por la salida: • escritura secuencial• lectura controlada
Control por la entrada: • escritura controlada• lectura secuencial
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Conmutador Digital tipo Tcon control por la salida
IT28 IT1
IT0
ITm
IT28
28IT0
ITm
IT1
Representación circuital simplificada
Memoria Intermedia: Los octetos se guardan en el orden en que llegan
Memoria de Control: Selecciona el octeto que debe entregarse en cada IT
Memoria Intermedia
Memoria de Control
S/P: Serie/Paralelo P/S: Paralelo/Serie
30
Conmutador Digital tipo Tcon control por la salida
IT28 IT1
IT0
ITm
IT28
28IT0
ITm
IT1
En la Memoria Intermedia hay una operación de lectura y de escritura en cada IT
El IT se divide en dos partesτE: Escritura, τL: Lectura
Memoria Intermedia
Memoria de Control
S/P: Serie/Paralelo P/S: Paralelo/Serie
Lectura de octeto a enviar en IT siguiente
Escritura de octeto recibido en IT anterior
IT
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Conmutador Digital tipo Tcon control por la salida
IT28 IT1IT0
ITm
IT28
28IT0
ITm
IT1
Memoria Intermedia
Memoria de Control
Características de las memorias(conmutador para MIC primario)
32
Conmutador Digital tipo Tcon control por la salida
IT28 IT1IT0
ITm
IT28
28IT0
ITm
IT1
Memoria Intermedia
Memoria de Control
Representación esquemática
Escritura cíclica
Lectura cíclica
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Conmutador Digital tipo Tcon control por la entrada
IT28 IT1
IT0
ITm
1
IT0
ITm
IT1
Representación circuital simplificada
Memoria Intermedia: Los octetos se guardan en el orden establecido por la Memoria de Control y se leen en el orden de almacenamiento
Memoria de Control: Selecciona la localidad donde se almacena el octeto recibido en cada IT
Memoria Intermedia
Memoria de Control
S/P: Serie/Paralelo P/S: Paralelo/Serie
IT28
34
Conmutador Digital tipo Tcon control por la entrada
IT28 IT1IT0
ITm
IT28 1
IT0
ITm
IT1
Memoria Intermedia
Memoria de Control
Representación esquemática
Lectura cíclica
Lectura cíclica
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Temario
• Introducción
• Conmutador digital tipo S
• Conmutador digital tipo T
�Conmutador T para varios MIC
• Redes a etapas
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Conmutador T para varios MIC
Memoria Intermedia
Memoria de Control
Puede cambiar un octeto de IT y también de MIC
Es un conmutador sin bloqueo
2.048 Kbps 4 x 2.048 Kbps
128 IT
Equivale a un conmutador T para MIC de orden superior, con Mux de entraday Demux de salida
4x32 IT
MICE0MICE1MICE2MICE3
MICS0MICS1MICS2MICS3
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Conmutador T para varios MIC
Memoria de Control
IT0
IT28
3113
Ej.: Conexión con control por lasalida:
MICE3, IT0 → MICS1, IT28
El octeto se guarda en MI en:P= 4 x 0 + 3 = 3 (MICE3, IT0)
La salida se controla en MC en:P= 4 x 28 + 1 = 113 (MICS1, IT28)
MC(113)= 3
Cálculo de una posición de memoria (en MI o MC):
P = (n x IT) + MIC
n= No. de MIC del conmutador
MICE0MICE1MICE2MICE3
MICS0MICS1MICS2MICS3
Memoria Intermedia
38
Conmutador T para varios MIC
Memoria de Control
113
Características de MI:Capacidad: • Localidades=• Ancho=Velocidad:• Lecturas:• Escrituras:
n x m = 1288 (bits)
n en cada IT = 4n en cada IT = 4
Capacidad: • Localidades=• Ancho=Velocidad:• Lecturas:• Escrituras:
n x m = 128log2 (n x m) = 7
n en cada IT = 41 en cada conexión
Características de MC:
n= No. de MIC= 4m= No. de IT= 32
MICE0MICE1MICE2MICE3
MICS0MICS1MICS2MICS3
Memoria Intermedia
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Conmutador T para varios MIC
Memoria Intermedia
Memoria de Control
MICE0MICE1
MICEn
MICS0MICS1
MICSn
Los conmutadores T son más económicos que los conmutadores S por el uso de las memorias RAM
Sin embargo, su tamaño está limitado por la velocidad de las memorias.
Tiempo de acceso de MI:
tacceso=125 µs
2 x n x m
n= No. de MICm= No. de IT por MIC
Para un conmutador de 32 MIC primarios:
El tiempo de acceso promedio de una memoria RAM es de 60 ns
tacceso=125 µs
2 x 32 x 32= 61 ns
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Temario
• Introducción
• Conmutador digital tipo S
• Conmutador digital tipo T
• Conmutador T para varios MIC
�Redes a etapas
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Accesibilidad y bloqueo
Accesibilidad total:Todas las entradas pueden llegar a todas las salidas
Accesibilidad es la capacidad de una fuente para acceder los recursos, o de una entrada para alcanzar las salidas.
Es una característica estructural del conmutador
Accesibilidad restringida:Las fuentes 1 y 2 sólo pueden alcanzar dos salidas
42
Accesibilidad y bloqueo
Bloqueo es una situación que se da cuando, existiendo una entrada y una salidas libres, no es posible realizar la conexión porque no hay caminos por donde establecerla.
Es una característica dinámica del conmutador
No es posible establecer la conexión entre A y B
(Diagrama de pollitos)
I II
I II
A B
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Conmutadores espaciales
La estructura más simple que se puede tener para un conmutador es un arreglo rectangular de puntos o matriz
Matriz rectangular N x M Matriz cuadrada de orden N
C: Número de puntos de cruce
C= N x M C= N2
44
Conmutadores espaciales
Si los órganos de entrada y salida son los mismos:hay dos puntos por cada par entrada-salida
Se puede entonces simplificar la matriz eliminando los puntos redundantes y la diagonal (que conecta un punto con él mismo)
Matriz cuadrada de orden N
C= N2
Matriz triangular con diagonal suprimida
C= N x (N-1)
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Conmutadores espaciales
La matriz tieneaccesibilidad total ybloqueo cero
Es el conmutador perfecto…
Pero tiene:• Un gran número de puntos de cruce: C ≅ N2
• Baja utilización de los puntos de cruce: cada punto sólo para un par entrada-salida
• Baja confiabilidad: un solo punto para cada par entrada-salida
Los puntos de cruce deben ser utilizables por múltiples pares entrada-salida: Redes a etapas
46
Red de Clos
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Red de Clos
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Red de Clos
• Red de tres etapas de matrices espaciales
• Las k matrices de la etapa intermedia provee caminos entre las etapas de entrada y salida
• Cada par entrada-salida tiene k posibles caminos
• Número de puntos de cruce:
C = 2Nk + k Nn
2
N: No. de entradas/salidasn: Tamaño de cada grupok: No. de arreglos intermedios
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Red de Clos sin bloqueo
El uso de puntos de cruce compartidos introduce la posibilidad de bloqueo
B-B’: Bloqueo en la primera etapa
C-C’: Bloqueo en la tercera etapa
A
A’
B B’
C
C’
Con k= 1 y establecidasA-A’ y D-D’No se pueden establecer:
k= 1
D
D’
50
Red de Clos sin bloqueo
Para obtener una Red de Clos sin bloqueo se requiere:
k = 2n - 1
En esta red, el número mínimo de puntos de cruce se obtiene con:
n = N
2(para N grande)
Cmin = 4N 2N - 1
Número de puntos de cruce:
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Red de Clos sin bloqueo
Número de puntos de cruce en un conmutador sin bloqueo
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Red de Clos con bloqueo
En sistemas telefónicos es posible optimizar los recursos de la red (en este caso, el tamaño del conmutador) admitiendo una cierta probabilidad de bloqueo.
Usando el método del grafo lineal propuesto por C.Y. Lee se puede obtener la siguiente expresión para calcular la probabilidad de bloqueo de una Red de Clos:
B = [1 – (1 - p x n/k)2]k
Dondep : Probabilidad de ocupación
de una entrada
El grado de congestión del conmutador depende de:• su arquitectura (n y k) y• grado de ocupación de sus entradas (p)
Grafo de Lee de una Red de Clos
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Red de Clos con bloqueo
Número de puntos de cruce con p= 0,7 y B= 0,002
Número de puntos de cruce con p= 0,1 y B= 0,002
(Bellamy, 2000)
54
Representación espacial equivalente de conmutadores digitales
Son modelos que permiten aplicar la teoría de los conmutadores espaciales a los digitales
Representación de un Conmutador Digital Tipo S
Accesibilidad restringida para cada IT→ Una matriz por cada IT
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Representación espacial equivalente de conmutadores digitales
Representación de un Conmutador Digital Tipo T
Memoria Intermedia
Memoria de Control
MICE0MICE1
MICEn
MICS0MICS1
MICSn
Accesibilidad total→ Una matriz única
56
Conmutadores digitales a etapasExisten múltiples configuraciones de conmutadores digitales combinando los conmutadores básicos S y T
Los más comunes son TST, y TSSST para redes mucho más grandes
S
S
T
S ST
T
T
T
T
T
T
T
S
S
S
S
S T
T
S ST
T
S ST
T
S
S TT
T
T
T
T
T
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Conmutador digital TSTIT2
IT31
27
317
15 7
IT7
IT internos
IT7
¿Qué tipo de control tienen los conmutadores?
MICE0, IT2 -> MICS15, IT31MICE0
MICE1
MICE15
MICS0
MICS1
MICS15
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Método de la Antifase
Una conversación requiere dos conexiones:A->B y B->A
El Método de la Antifase permite buscar y establecer las dos conexiones en forma coordinada
Los caminos a buscar son los IT internos
IT internos
En general:
ITAB < m/2
ITBA = ITAB + m/2
Donde m: No. de IT internos
En el ejemplo:ITAB= 7 ITBA = 7 + 32/2 = 23
IT2
IT31
2
317
157
IT7
IT7
23
IT31
31
IT23
7
0 23
223
IT23
2
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Implementación del conmutador TST
Memorias de Control
128 IT internos
60
Bibliografía
• A. Rendón (2010). “Conmutación Digital”. En: “Sistemas de Conmutación: Fundamentos y Tecnologías”, Cap. 3, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.
• John Bellamy (2000). "Digital Telephony". 3rd edition. John Wiley & Sons, New York, USA.