Conmutación.

De estudiarse a fondo las arquitecturas y técnicas utilizadas en la conexión

entre terminales telefónicos, en la red telefónica se encontraría las denominadas

redes de telecomunicación conmutadas, la cual está formada por un conjunto de

nodos interconectados, de forma que la información se transmite de un origen a un

destino mediante su encaminamiento a través de distintos nodos que se encuentren

conectados mediantes rutas de transmisión. Por consiguiente, la información que se

accede a la red desde un terminal se encamina a su destino, siendo conmutada de

un nodo a otro.

En la telefonía, surge la conmutación, como el primer concepto que se

necesito desarrollar para conseguir interconectar entre sí a los usuarios de los

diferentes sistemas de telecomunicación a un coste razonable, por lo que es

definida la conmutación como la parte de la telecomunicaciones que estudia los

sistemas que permiten establecer conexiones semipermanentes entre dos

terminales cuales quiera.

Las redes conmutadas se pueden clasificar en base a los procedimientos que

se utilizan en la conmutación de la información de un enlace a otro, dando lugar a

las redes conmutadas en circuitos, mensajes y paquetes.

Conmutación por circuitos.

La conmutación por circuitos implica que en un momento dado hay una ruta

dedicada entre dos terminales. Esta ruta se compone de una secuencia de enlaces

entre nodos, dedicándose en cada enlace físico un canal a la conexión. En

consecuencia, para llevar a cabo la comunicación por conmutación de circuitos se

necesita seguir las tres fases siguientes:

Establecimiento del circuito.

Transmisión de la información.

Desconexión del circuito.

Puesto que la ruta de conexión se establece antes del comienzo de la

transmisión de la información, habrá de reservarse la capacidad de un canal entre

cada par de nodos de la ruta y cada nodo habrá de disponer de la necesaria

capacidad interna de conmutación para manejar la conexión requerida. De modo

que, la capacidad del canal está totalmente asignada aun cuando no haya

transferencia de datos. Es oportuno mencionar, que este tipo de conmutación,

desde el punto de vista de rendimiento, va a existir una demora previa a la

transferencia de información debida al establecimiento de la llamada. Una vez que

el circuito se ha establecido la red es transparente a los usuarios, transmitiéndose la

información a una velocidad determinada sin otro retardo que el de propagación a

través de los enlaces, considerándose que el retardo en cada nodo es despreciable.

En efecto, cada nodo de una red de conmutación de circuitos es una central de

conmutación.

Conmutación por Mensaje.

En este tipo de comunicación conmutada, cuando un terminal requiere

enviar un mensaje incorpora a este unas direcciones de destino. El mensaje pasa

través de la red de un nodo a otro, recibiéndose en cada uno de ellos el mensaje

completo que es almacenado y retransmitido al nodo siguiente. De esta forma no se

necesita establecer una ruta dedicada entre dos terminales.

Un nodo de conmutación de mensajes es típicamente un miniordenador con

algunas características de entrada/salida que lo hacen particularmente adecuado

para el tratamiento de los mensajes entrantes y salientes. Paquetes trata de

combinar las desventajas de la conmutación de mensajes y de circuitos,

minimizando las desventajas de ambas. Es una técnica similar a la de mensajes, con

la diferencia de que la longitud de las unidades de información (paquetes) está

limitada, en tanto que en la conmutación de mensajes la longitud de estos es mucho

mayor.

Conmutación de paquetes.

En el caso de las redes de conmutación de paquetes, los mensajes que

superan la máxima longitud preestablecida deben ser divididos en unidades de

información más pequeñas por los equipos terminales. Cuando una estación

terminal desglosa un mensaje en paquetes y envía estos a su nodo, existen dos

métodos de tratamiento de los paquetes por parte de la red:

Método datagrama, en el que cada paquete es tratado

independientemente, de forma análoga a como se tratan los mensajes en las

redes de conmutación de mensajes, dándose el caso de que paquetes con la

misma dirección de destino no siguen la misma ruta, lo que puede dar lugar a

que los paquetes se reciban en una secuencia distinta a la que han sido

emitidos, por lo que el terminal de destino será el encargado de reordenar

los paquetes en la secuencia original.

Método de circuitos virtuales. En este caso se establece una conexión lógica

antes de proceder a la transmisión de la información, pudiendo ser esta

conexión permanente o transitoria, denominándose respectivamente circuito

virtual permanente o conmutado. En el caso del circuito virtual permanente la

ruta está predeterminada para un par de terminales, lo que implica que está

dedicada. En el caso del circuito virtual conmutado la ruta se establece en la fase

de establecimiento de la llamada, siendo necesario en cualquiera de los dos

casos que cada paquete contenga un identificador de circuito virtual además de

la información.

La principal característica del método de circuito virtual es que la ruta

entre terminales se establece con anterioridad a la transferencia de

información, lo que no significa que haya una ruta dedicada. Los paquetes se

almacenan en cada nodo y se aseguran a la línea de la cola de salida. La

diferencia con el método datagrama estriba en que cada nodo no necesita

realizar una decisión de encaminamiento para cada paquete, sino que se realiza

una sola vez la decisión por cada conexión.

En relación con esto último, hoy día, realizar una llamada telefónica implica

una serie de complejos procesos que permiten establecer una camino de

conversación desde el abonado que llama, hasta que el abonado llamado recibe

indicación de que alguien desea hablarle, todos estos procesos son realizados, o

comandados por el equipo de conmutación, que se encuentra localizado en la

central telefónica. De modo que una red de teléfonos consta de trayectorias que

conecten nodos de conmutación, de manera que cada teléfono en la red se puede

conectar a cualquier otro al que la red proporcione servicio. Las dos tecnologías

básicas que se utilizan en el diseño de una red telefónica son: Conmutación y

Transmisión.

El conmutador establece la trayectoria de comunicación cada vez que pide y

la deshace cuando la trayectoria ya no se necesita. Ejecuta operaciones lógicas para

establecer la trayectoria y determina automáticamente el cobro correspondiente

por el uso del sistema. En términos generales, un sistema comercial de conmutación

satisface los siguientes requisitos del usuario:

Cada usuario tiene la necesidad de poder comunicarse con cualquier otro

usuario.

La velocidad de conexión no es crítica, pero el tiempo de conexión debe ser

relativamente corto comparado con el tiempo de retención o el tiempo de

conversación.

La calidad de servicio o la probabilidad de completar una llamada, tampoco

es crítica, pero debe ser alta. El porcentaje mínimo de llamadas logradas

durante el HP puede bajar hasta un promedio de 95%, sin embargo, la meta

general del grado de servicio para el sistema debe ser de 99%.

El abonado espera y supone un carácter privado en su conversación, pero

por lo común no la pide ni se le puede garantizar, excepto en casos

especiales.

La principal forma de comunicación para la mayoría de los usuarios, será la

voz (o el canal de voz).

El sistema debe estar disponible para el usuario en cualquier momento que

el desee usarlo.

Técnicas de conmutación.

Conmutación por matrices o Conmutación por división en el espacio.

La conmutación por división en el espacio se desarrolló originalmente para

entornos analógicos, desplazándose posteriormente al contexto digital. Los

principios fundamentales de un conmutador son los mismos tanto si se usa para

transportar señales analógicas como para el transporte de señales digitales. Si bien

es cierto, en el que las rutas de señal que se establecen son físicamente independientes

entre sí (divididas en el espacio). Cada conexión necesita el establecimiento de un camino

físico a través del conmutador que se dedique únicamente a la transferencia de señales

entre los dos extremos.

La Matriz de conmutación proporciona una trayectoria a una señal por un lapso de

tiempo determinado, en otras palabras, es la encargada de seleccionar que señal va

a llegar a cada teléfono. Para que se comunique con el teléfono necesita de un lazo

local, que es la trayectoria de transmisión dedicada entre el teléfono y la matriz.

También se pueden conectar dos o más matrices de conmutación entre sí, para esto

se utilizan un circuito llamado circuito trocal que proporciona la trayectoria entre las

matrices. Una matriz de conmutación solo da servicio a un área determinada, por lo

que se les conoce como matriz de conmutación local, también llamadas centrales de

servicio.

Dentro de esta perspectiva, en matriz de conmutación las conexiones entre

líneas de entrada y salida son conexiones físicas (generalmente con matrices de

puertas físicas que se cierran o abren), siendo esta una matriz de semiconductores

que son accionadas por una unidad de control.

Sus limitaciones principales son:

Al crecer el número de líneas de conexión, deben crecer con el cuadrado, los

puntos de cruce; algo muy costoso.

La pérdida de un punto de cruce interrumpe la conexión entre dos líneas.

v Hay muchos puntos de cruce que no se utilizan nunca. Por lo que es muy

ineficiente.

Funciones de la matriz de conmutación

Una matriz de conmutación debe de cumplir con las siguientes funciones básicas:

1) Identificación: La matriz debe reaccionar ante una señal de entrante del

suscriptor que esté realizando la llamada y debe ser capaz de recibir

información para identificar la terminal de destino requerida

2) Direccionamiento: Debe reconocer al suscriptor al que se le hace la llamada

por la información entrante. Si la terminal o el circuito troncal se encuentran

ocupados se debe devolver un tono al suscriptor que realiza la llamada.

3) Hallazgo y establecimiento de trayectoria: Una vez que el destino del

suscriptor que realiza la llamada es identificado y que el suscriptor destino

está disponible, una señal de aceptación es enviada al sistema de

conmutación y al suscriptor destino. Basado en la disponibilidad, se elige la

mejor trayectoria para la llamada.

4) Prueba de ocupado: Si el número marcado por el suscriptor llamante es

erróneo o el suscriptor llamado no contesta el teléfono, la matriz de

conmutación debe enviar un tono de ocupado o un mensaje de voz después

de esperar por algún tiempo.

5) Supervisión: una vez que se estableció la trayectoria entre el suscriptor

llamante y el llamado, debe ser supervisado para detectar respuestas y saber

cuándo finaliza la llamada.

6) Finalización de la llamada: Cuando se completa la llamada establecida, la

trayectoria que se estableció debe ser desconectada. Para borrar la señal que

se estableció, la matriz debe desconectar el sendero de comunicación entre

el llamante y el llamado.

7) Facturación: También debe tener un mecanismo para medir o contar la

cantidad de tiempo transcurrida en la conversación. Se calcula el número

acumulado de tiempo que duro la conversación.

Tipos de matrices de conmutación.

Matriz de conmutación de travesaño. Este tipo de matriz necesita al menos

M x N juegos de contactos y M + N o menos contactos para elegir uno de los

contactos. Contiene un arreglo de cables horizontales y verticales. Ambas

líneas están conectadas a puntos de contacto de interruptores inicialmente

separados. A ésta matriz también se le conoce con el nombre de

configuración de travesaño no bloqueado. Requiere N2 interruptores para N

suscriptores, por ésta razón es obvio que ésta no es una solución económica

Matriz diagonal de puntos cruzados. En ésta configuración el número de

intersecciones se reduce a N (N-1)/2, en donde N es el número de

suscriptores. También se le llama matriz triangular o matriz de dos vías.

Aunque es más económica que la matriz en travesaño, su principal

desventaja es que la falla de un interruptor dejará inaccesible a más de un

suscriptor.

Conmutación digital.

Las centrales de conmutación telefónicas conmutan vías digitales sin efectuar

conversiones intermedias digital-analógico ni tampoco de multiplexar las vías

temporales. En consecuencia se unen directamente al múltiplex de transmisión y

cumplen funciones sin equivalencias en la conmutación espacial.

La conmutación digital es una conmutación temporal, por la cual deben digitalizarse

las señales telefónicas mediante técnicas PCM. Por tanto, conmuta señales digitales,

son las mismas que las analógicas, pero tratadas y convertidas a un flujo de bit

mediante PCM. Consiste en trasladar los bits de un canal que se encuentra dentro

de una trama, a otro canal situado en otra trama. La conmutación efectuada es

doble (espacial y temporal). Si bien es cierto, en la conmutación digital temporal se

retienen los canales de memorias de control, por que se modifica el intervalo de

tiempo del canal entrante para que pueda sincronizarse con el canal destino.

En los conmutadores digitales se obtiene una mayor velocidad de operación, mayor

confiabilidad, menor tamaño y mejor utilización del medio en una red de

transmisión de datos. al mismo tiempo disminuye los costos de instalación,

operación y mantenimiento; la reconfiguración y la expansión el sistema es mas

simplificada, y se aprovechan los medios de transmisión digitales existentes no solo

para el envió de señales de voz, sino también para transmisión de datos ya que

ahora ambas se pueden trabajar como señales digitales.

Conmutador digital tipo S.

En un conmutador digital tipo S existe solamente cambio de soporte físico (MIC), es

decir que no hay posibilidad de conmutar intervalos de tiempo. Este conmutador es

implementado mediante un juego de compuertas que actúan a la manera de una

matriz de cruce, razón por la cual se le denomina también Matriz Espacial. Cada

punto debe estar cerrado solo durante un intervalo de tiempo, lo cual equivale a

3.900 nseg en caso de un MIC primario, y debe volverse a cerrarse una vez dentro de

cada trama (cada 125 ɥseg), para asi no perder información precedente deuna

entrada a una salida.

Como es necesario que se realice una conmutación periódica, si se desea mantener

el camino establecido, se requiere de una memoria de escritura y lectura que

contenga la información de los puntos que se deben cerrar en un determinado

intervalo de tiempo.

Estas memorias de control son de lectura cíclica, mientras que la escritura, que

depende del tráfico, es llevada a cabo de una manera aleatoria por el procesador.

Cabe destacar, la existencia de dos clases de conmutadores tipo S, dependiendo de

la forma de determinar el punto de cruce de la entrada que se desea unir con la

salida respectiva.

Control por la salida: existe una memoria de control por cada salida y en ella

se consigna cual de las entradas se desea enrutar hacia dicha salida de un

determinado intervalo de tiempo.

Control de la entrada: existe una memoria de control asociada a cada MIC

de entrada y en ella se escribe a cuál de la salida se debe hacer la

conmutación.

Conmutador digital tipo T.

La función principal de un conmutador principal tipo T es la de cambiar señales

binarias (octetos correspondientesa muestras) de un intervalo de tiempo dado (ITj)

de un MIC de entrada, a un intervalo de tiempo de salida (ITk) del mismo MIC. La

forma de operar de este conmutador implica que debe existir un retraso de la

información desde que se hace presente hasta el momento en que se extrae. El

retraso es implementado usando memorias RAM en las cuales se escriben las

muestran que van llegando y se leen cuando estas deben ser transferidas a la salida.

Para esto se realiza un acceso de escritura a la memoria por cada intervalo de

tiempo que ingrese y un acceso de lectura por cada intervalo de tiempo que salga.

El conmutador está constituido básicamente por una memoria interna o memoria de

conversación y por una memoria de control. En la memoria de conversación la

escritura y la lectura depende del tipo de control, mientras que en la memoria de

control la lectura esta comandada por la base de tiempo y la escritura la ordena el

procesador dependiendo del número de conexiones que deban establecerse.