RETE TELEFONICA - 10

Figura 18 - Architettura di una moderna Rete Telefonica

Trasmissione e Commutazione

Figura 7 - Multiplazione delle giunzioni numeriche

In Figura 7 il canale uscente dall’utente A entra nella centrale locale e, dopo la conversione in digitale (non rappresentata in figura), arriva in un organo di centrale chiamato rete di connessione. La rete di connessione equivale a una matrice di contatti che, opportunamente azionati, instradano il flusso di bit nella direzione voluta. 
All’uscita della rete di connessione il flusso è instradato verso la centrale di transito, ma la linea trasmissiva fra le due centrali non porta mai un canale singolo, quindi il canale passa attraverso un multiplatore che affascia n canali da 64 kbit/s, il flusso aggregato è trasmesso alla centrale di transito e qui, prima di entrare nelle rete di connessione, subisce una demultiplazione in modo da riottenere il canale dell’utente A. Questo canale è instradato attraverso la rete di connessione della centrale di transito. Fra la centrale di transito e la centrale B il flusso subisce lo stesso trattamento. Tuttavia in questo caso dopo un primo stadio di multiplazione, che produce un flusso aggregato n×64, m di questi flussi vengono ulteriormente multiplati da un multiplatore di secondo stadio, fino a ottenere un aggregato di n×m×64 kbit/s. Si dice che il collegamento fra I due multiplatori centrali ha un grado gerarchico superiore a quello precedente. Questa operazione può essere ripetuta ulteriormente, dando luogo a collegamenti di grado gerarchico via via crescente. A ogni multiplazione corrisponde poi la demultiplazione simmetrica, in modo da riottenere il flusso originario di 64 kbit/s.
Naturalmente quanto illustrato schematicamente in Figura 7 è effettuato nei due versi, essendo le giunzioni costituite da circuiti bidirezionali. Nel complesso possiamo stabilire che: "Le linee di trasmissione di giunzione funzionano sempre a multiplazione di tempo secondo livelli gerarchici più o meno alti. Le reti di connessione delle centrali gestiscono solo circuiti da 64 kbit/s".
L’operazione di commutazione, effettuata dalla rete durante la fase di formazione della chiamata, consiste nel configurare le reti di connessione delle varie centrali attraversate in modo da mettere in comunicazione i due utenti. Una volta stabilita la connessione fra i due utenti esiste un circuito a loro dedicato; questo circuito rimane a completa disposizione dei due utenti fino a che la connessione non è svincolata. Questo modo di funzionamento si esprime dicendo che la rete telefonica funziona a commutazione di circuito.

Gerarchia trasmissiva PDH

Il numero di canali affasciati da un multiplex TDM è stabilito da standard internazionali. Le reti di trasmissione di prima generazione (a tutt’oggi molto diffuse) funzionano in modo detto plesiocrono (che significa "quasi sincrono") e che prevede un orologio indipendente per ogni tratta trasmissiva. La corrispondente struttura dei flussi trasmissivi di vario livello costituisce la gerarchia digitale plesiocrona (Plesiochronous Digital Hierarchy — PDH).

Figura 8 - Il livello 1 della gerarchia PDH

Nelle reti europee il flusso primario (ossia quello di livello più basso nella scala gerarchica) è ottenuto multiplando 32 canali da 64 kbit/s e ha quindi una velocità trasmissiva di 2048 kbit/s.
Ogni canale è ottenuto trasmettendo periodicamente un ottetto ogni 125 ìs. Fra un ottetto e il successivo ottetto dello stesso canale devono inserirsi 31 ottetti dei restanti canali, per cui ogni 125 ìs deve trasmettere una sequenza periodica di 32 ottetti, questa sequenza è chiamata trama trasmissiva.
Dei 32 ottetti della trama il primo (ottetto N° 0) serve per servizio (mantenimento del sincronismo, allineamento di trama, segnali di gestione ecc,) e non porta quindi traffico. L’ottetto N° 16 viene spesso usato per trasportare la segnalazione fra centrali telefoniche. In definitiva si hanno 30 canali voce utili. Il flusso così organizzato è indicato come E1. Nelle reti nordamericane il flusso primario è ottenuto multiplando 24 canali da 64 kbit/s. La trama è completata da un unico bit di controllo (framing bit) che precede i 24 ottetti. Il flusso così organizzato è indicato come T1. In Figura 8 le due strutture di trama sono messe a confronto. Si noti come la struttura E1 abbia un overhead maggiore, pari a 1/32 (3%, che raddoppia se viene usato l’ottetto 16) contro 1/193 (0,5%) della trama T1. A fronte di ciò si ha una maggiore funzionalità e qualità di servizio (come si vedrà parlando della segnalazione) della trama E1, che è di concezione più recente.

Gerarchia trasmissiva SDH

Le reti di trasmissione più recenti funzionano in modo detto sincrono, che prevede un orologio unico per tutta la rete (ad esempio l’intera rete trasmissiva SDH di Telecom Italia riceve il clock da un unico orologio). La corrispondente struttura di flussi trasmissivi di vario livello è detta gerarchia digitale sincrona (Synchronous Digital Hierarchy — SDH).
Nelle reti europee il flusso primario è basato su una trama, di durata 125 ìs, di 2430 ottetti. Questa trama è detta Synchronous Transport Module di livello 1 (STM-1) e richiede una velocità trasmissiva di 155 Mbit/s. Multiplando quattro di queste trame si ha il livello gerarchico superiore STM-4 che corrisponde a una velocità di 600 Mbit/s, aggregando ancora a gruppi di quattro si ha il livello detto STM-16 a 2,5 Gbit/s.

Figura 9 - Il livello 1 della gerarchia SDH

Riconfigurazione dei flussi trasmessivi

Un problema frequente nelle reti di trasmissione è quello di riconfigurare i flussi in funzione delle esigenze del servizio. Per fare questo si utilizzano dei nodi chiamati permutatori o ripartitori (Cross Connect). Il funzionamento dei ripartitori cambia notevolmente a seconda che i flussi da riconfigurare siano costruiti secondo le regole della gerarchia PDH oppure secondo quelle SDH, come illustrato nell’esempio di Figura 10. Nell’esempio due linee di trasmissione, A↔B e C↔D, si incrociano in un nodo. Supponiamo che ogni linea porti un flusso (ad esempio di 3° livello) costituito dall’aggregazione di m flussi tributari (quindi di 2° livello). Si vuole effettuare un’operazione di scambio fra i flussi di 2° livello: prelevare il flusso m-esimo di A↔B e trasmetterlo come flusso N° 1 su C↔D, e viceversa. Per fare questo si utilizza come nodo un ripartitore. Vediamo nei due casi, rispettivamente PDH e SDH, come vengono gestiti i flussi.

Figura 10 - Confronto fra ripartitori PDH e SDH

Flussi PDH: Il ripartitore demultipla A↔B e C↔D ed estrae da ciascuno m canali fisici separati, ricombina questi canali mediante la matrice di permutazione e poi multipla gli m canali ricostruendo un flusso aggregato.

Cross Connect PDH Cross Connect SDH

Se si volesse effettuare uno scambio fra flussi di 1° livello (ossia fra un tributario di uno degli m tributari di A↔B e un tributario di uno degli m tributari di C↔D) si dovrebbe: effettuare una seconda operazione di demultiplazione; scambiare nella maniera voluta i flussi di 1° livello attraverso una matrice capace di smistare flussi di 1° livello; ricostruire il flusso finale con due operazioni di multiplazione.
Flussi SDH: In questo caso il ripartitore spilla direttamente i flussi tributari dai flussi aggregati. Per ognuna delle due linee di trasmissione abbiamo una matrice in grado di prelevare il flusso tributario voluto (di 2° livello nell’esempio) e consegnarlo all’altra matrice. Non c’è bisogno di effettuare alcuna operazione di multiplazione/demultiplazione. È evidente la maggiore flessibilità ed economicità di questo sistema rispetto al precedente. La Figura 11 illustra perché nel caso SDH sia possibile lo spillamento diretto di flussi tributari e nel caso PDH non. Nel caso PDH l’overhead di trama permette solo di capire dove inizia la trama aggregata, ma il flusso delle 4 trame tributarie è considerato un semplice flusso di bit, non strutturato. Nel caso SDH l’overhead contiene il campo pointer, che serve proprio a questo scopo: riconoscere nel payload trasportato le trame tributarie, così da poterle spillare. Naturalmente l’operazione può essere ripetuta in modo ricorsivo: anche le trame tributarie hanno nel proprio overhead un sistema di puntatori, si può così avere una catena di puntatori che permette di estrarre, senza dover eseguire demultiplazioni, il flusso tributario del livello gerarchico voluto.

Figura 11 - Confronto fra aggregazione dei flussi PDH e SDH