Semnalizarea si sincronizarea in retelele de comunicatie

Semnalizarea si sincronizarea in retelele de comunicatie
    5.6.1. Semnalizarea in retelele de comunicatie
    5.6.1.1. Introducere in semnalizarile telefonice

    Semnalizarea telefonica este ansamblul operatiilor si procedurilor ce se petrec intre centrala telefonica si mediul telefonic, in scopul stabilirii conexiunilor intre abonatul chemator si abonatul chemat. Stabilirea, mentinerea si deconectarea circuitelor precum si gestiunea retelei necesita un schimb de informatii. Toate schimburile sunt inglobate in semnalizari.
    Informatia de semnalizare va exista pe liniile de abonat (semnalizarea de abonat), pe jonctiuni (linkuri), precum si sub forma de semnale de semnalizare intre centre de comutatie (centrale telefonice).

    5.6.1.2 Semnalizarea analogica de abonat
    Datorita alimentarii in curent continuu a terminalului telefonic, semnalizarea se poate realiza economicos si rapid, pe linia utilizatorului (abonat) telefonic si cuprinde transmiterea unor categorii de informatii.
    a - Informatii referitoare la starea liniei abonatului chemator:

semnalul de angajare ce recomanda trecerea centralei in starea de receptie a comenzii de selectie;

semnalul de eliberare care cere deconectarea tuturor conexiunilor si stergerea informatiilor ce au fost folosite la efectuarea lor.

b - Informatii de numerotare:

cererea de transmitere a numerotarii (semnalul de ton transmis de centrala);

numerotarea program (numarul de apel transmis de abonatul chemator).

g - Informatii de sfarsit de selectie: acestea trebuie sa fie transmise rapid, dupa sfarsitul selectiei, pentru a nu bloca interfetele participante la apel. Ele indica:

starea liniei chemate, in functie de care se transmite pe linia utilizatorului (abonatului) ton ,,de ocupat'' sau ton ,,revers apel'' iar inspre abonatul chemat se aplica tensiune electrica de sonerie (daca linia este in stare ,,linie libera'' apare curent care alimenteaza soneria);

cauza de neimplinire a conexiunii, sub forma unui mesaj inregistrat in centrala telefonica.

d - Informatii referitoare la bucla liniei chemate:

raspunsul abonatului chemat (inchiderea buclei abonatului chemat) - comanda trecerea circuitelor centralei in stare de convorbire si inceperea functiei de contorizare la abonatul chemat (cand sistemul de comunicatii este prevazut cu aceasta functie);

inchiderea terminalului (aparatului) la chemator (deschiderea buclei la abonatul chemat) - comanda eliberarea conexiunii (legaturii) si oprirea taxarii, la sistemele de comunicatii care contin aceasta functie.

Semnalizarea de abonat este de tipul ,,cale pe cale'', toate semnalele fiind trimise pe cele doua conductoare (fire) ale liniei de abonat, in mod individual la fiecare apel.

    5.6.1.3. Clasificarea semnalizarilor
    Clasificarea se face tinand seama de mai multe criterii.
a) Dupa locul in lantul de conexiune deosebim semnalizari la interfata intre terminal-comutator numita de specialisti semnalizare de abonat si semnalizare in interiorul retelei (intre centrele de comutatie).
b) Functie de banda de frecventa utilizata se folosesc semnale in banda vocala (BV) si semnale in afara benzii vocale (ABV).
Semnalele in afara benzii vocale sunt de urmatoarele tipuri:

alimentarea in curent continuu a terminalului, pe linia abonatului se aplica tensiunea de 48/60 V, curentul consumat in timpul convorbirii este de 20-80 mA iar in repaus de 2,5 mA, valoare data de functionarea eventualelor componente electronice ale terminalului;

intreruperi ale alimentarii (tehnicienii numesc ruperea buclei): semnale de deschidere/inchidere a terminalului si semnale de numerotare in cod cadran;

inversarea polaritatii alimentarii in c.c. pe firele chematoare la inceperea convorbirii;

curent de apel pentru terminalele telefonice clasice (50 Hz sau 25 Hz/80 V_ef);

impulsuri de teletaxa de 12 KHz sau 16 KHz necesare contoarelor suplimentare.

    Pare curios ca alimentarea in curent continuu si alte actiuni similare sunt tratate semnalizari; explicatia consta in simplitatea interfetelor clasice, in care se confera importanta semnalelor electrice.
    Pentru sistemele de comunicatii numerice notiunea in afara benzii se generalizeaza, insemnand transportul informatiei de semnalizare pe canale separate fata de toate celelalte canale de comunicatie (linie neechipata si mesaje inregistrate care expliciteaza spre chemator motivul nerealizarii apelului);

semnale de numerotare in frecvente vocale si codificate cu codul de tip DTMF (Dual Tone Multifrequency).

c) In functie de formatul semnalului utilizat: analogic sau digital.
d) Dupa tipul comunicatiei pentru care se fac semnalizarile: voce, date, imagini fixe sau mobile, etc.
Semnalizarile in interiorul retelei de comunicatie (intre centrele de comunicatie) se realizeaza prin trunchiuri (jonctiuni, linkuri) intre centrale. Clasificarea se poate face tinand seama de mai multe criterii.
a - Dupa modurile de asociere cu canalul de comunicatie de utilizator: canal individual sau canal comun.
Semnalizarile pe canal individual pot fi:

de linie ce au loc la inceputul si sfarsitul conexiunii si sunt de tipul angajare/eliberare a jonctiunii, raspunsul chematului, sfarsit de convorbire, cerere de identificare a chematului, etc;

de selectie pentru transferul informatiilor de selectie a terminalului chemat: adresa, cerere de noi cifre, categorie a chematului, starea liniei chemate liber/ocupat/blocat, etc. Semnalizarile de selectie sunt legate de anumite faze ale conexiunii, cele de linie pot sa apara oricand.

b - In functie de banda de frecventa.
    In banda vocala (BV): coduri multifrecventa (MF), exemplu sistemele CCITT R2, CCITT R4.
    In afara benzii vocale (ABV): variatii de impedanta (pentru SC cuplate in curent continuu si rezistenta buclei de abonat< 2KW ), semnale sinusoidale cu frecventa de 50 Hz, modulate in durata cu impulsuri dreptunghiulare.
    Semnalizarile pe canal comun pot inlocui atat pe cele de linie cat si pe cele de selectie.
g - Dupa locul in reteaua de comunicatie al centralelor implicate in semnalizare.
    Centru de comutatie (nod de retea, sistem de comutatie, retea de comutatie digitala)-centru de comutatie, centru de comutatie- centru de gestiune in retea; sistem de comutatie-sistem de comutatie multiplex.

    5.6.1.4. Tipuri de informatii in semnalizarile telefonice
    Informatiile transmise prin sistemul de semnalizare sunt:
-starea sau cererea de modificare a unui subsistem (angajare, eliberare, etc.);
-adresa unui subsistem, atribute ale acesteia sau cereri de actiuni pentru transferul acestor informatii:

cerere de transmitere de cifre (ton sau disc);

adresa terminalului chemat;

cerere de transmitere a categoriei liniei;

informatii de categorie, etc;

-sfarsitul unei activitati si informatiile auxiliare (se poate exemplifica prin sfarsitul selectiei cu indicarea starii liniei chemate si a cauzei nerealizarii daca este cazul).

    5.6.1.5. Schimbul de informatii pe linia de abonat (LA)
    Pentru serviciul telefonic, starile terminalului de abonat (TA) sunt inchis /deschis.
    In starea deschis, TA primeste alimentare in curent continuu de la centrul de comutatie si semnalul de ton (,,tonul pentru disc'') pentru transmiterea semnalului de apel (numarul terminalului). Adresa terminalului este codificata in formele:

impulsuri de curent continuu (intreruperi ale curentului de linie), de un numar de ori egal cu cifra formata plus perioada de repetitie de aproximativ 10 Hz si factorul de umplere aproximativ 2/3 (durata intreruperii /perioada);

combinatii standardizate de cate doua frecvente vocale (cod DTMF), cu valorile prezentate in tabelul 5.1.

Tabelul 5.1. Codul DTMF pentru terminale de abonat.

    Fiecare informatie este codificata cu o pereche (Fi, Fj), rezultand in total 16 coduri.
    Dupa receptarea adresei si incercarea de conectare, sistemul de comutatie transmite spre terminalul de abonat (TA) chemator unul din sistemele:

revers-apel primit de la ultimul centru de comutatie din sistemul de comunicatie, la care este conectat terminalul chemat si care este tranzitat de toate centrele de comutatie, catre centrul de comutatie a terminalului chematorului;

semnal de blocaj (TA ocupat sau neaccesibil);

mesaje neinregistrate, in caz de blocaj /nerealizare a conexiunii.

    In situatia cand terminalul chemat ridica microreceptorul, atunci centrul de comutatie la care este conectat va intrerupe revers-apelul, iar la unele sisteme de comunicatie se inverseaza polaritatea alimentarii terminalului de abonat.
    Semnalizarea spre terminalul de abonat chemat consta in transmiterea semnalului de apel si detectarea raspunsului. Dupa terminarea convorbirii, inchiderea terminalului de abonat chemator /chemat se realizeaza prin intreruperea buclei de curent continuu. Semnalizarile prezentate sunt specifice sistemelor de comunicatie analogice. Pentru sistemele de comunicatie digitale exista o mare varietate de semnalizari.

    5.6.1.6. Schimburi de informatii intre centrele de comutatie si codificarea electrica a informatiilor de semnalizare
    Pentru semnalizarile pe canal individual, interfetele de jonctiune sunt dotate cu circuite de semnalizare, din aceasta cauza interfetele sunt voluminoase. In cazul semnalizarii pe canal comun, unitatea de comanda a semnalizarii (UCS) are acces numai la anumite jonctiuni dedicate.
    Semnalizarile codifica informatiile procesului secvential al stabilirii /eliberarii unei conexiuni. Elementele specificate sunt: stari, evenimente, informatii asociate.
    Codificarile uzuale sunt:

pentru stari: schimbarea de stare a suportului, cu durata de viata egala cu cea a starii semnificative, observabile de catre receptor.

    Este necesara virtualizarea semnalizarilor prin translatarea lor in semnale logice, independente de prezentarea fizica. Functiile tratate sunt similare cu cele ale nivelului fizic OSI.
    Se realizeaza astfel decuplarea SW de tratare a semnalizarilor, in raport cu interfetele HW;

pentru evenimente si informatii asociate: schimbari de stare a suportului (semnalizari fara confirmare) sau de receptor, prin transmiterea in sens invers (inapoi) a unei confirmari (forma aservita). Ca exemple: semnale MF, impulsuri de curent continuu sau curent alternativ, cu durate prestabile, recunoscute si detectabile de catre receptor.

    5.6.2. Sisteme de semnalizare
    5.6.2.1. Sisteme de semnalizari analogice
    Semnalizarile sunt cele clasice pentru aparate telefonice cu cod de impulsuri sau DTMF. Protocoalele sunt neomogene, se foloseste un ansamblu de codificari ale informatiilor, in continuare se prezinta cateva categorii importante:

variatii de impedanta (bucla deschisa /inchisa) in c.c., prin aceasta se semnalizeaza starea liniei;

impulsuri in curent continuu (100Hz) sau coduri DTMF pentru informatii de selectie. Codurile DTMF se pot folosi pentru a apela la servicii suplimentare dupa stabilirea comunicatiei. Acest fapt este raspandit mai ales la sistemele telefonice clasice ce au fost modernizate si este posibil deoarece semnalizarea DTMF este in banda;

tonuri in banda vocala (400Hz), modulate sau nemodulate, pentru informatii: semnal de ton, blocaj, terminal cu numar inexistent, etc.;

mesaje vorbite preinregistrate;

semnal alternativ pentru sonerie.

    Centrele de comutatie cu puncte de conexiune de tip electromagnetic permit trecerea fara prelucrari deosebite a informatiei de semnalizare.
    Interfata abonatului ce are o structura de tip ,,semnalizare prin stare'', fie de tip ,,semnalizarea prin schimbarea starii'' trebuie sa permita determinarea permanenta a starii abonatului. O linie de abonat poate fi intr-una din urmatoarele stari fundamentale:

linie libera (terminal inchis);

linie in apel (terminal deschis si linie neconectata la un circuit de cordon);

linie ocupata (terminal deschis si linie conectata la un circuit de cordon de-a lungul retelei de comutatie);

linie de apel fals (terminal deschis si linie decuplata de la retea);

linie in sfarsit de apel fals (terminal inchis dupa apel fals).

Urmatoarea categorie care se trateaza este a semnalizarilor analogice intre centrele de comutatie.
a - Semnalizari in curent continuu intre centre de comutatie cuplate in curent continuu, daca rezistenta buclei este mai mica de 2 Kohmi.
b - Semnalizari intre centrele electromagnetice.
    Se genereaza impulsuri/pauze, pentru cifre durata 50 ms, pauza 50 ms, pentru celelalte caractere cu durata intre 150-1500 ms.
    Impulsurile moduleaza un semnal sinusoidal cu frecventa de 50 Hz sau un semnal de frecventa vocala (apel in banda - 2280 Hz, apel in afara benzii 3825 Hz). Semnalele sunt transmise la un adaptor care le transforma in curent continuu.
d - Sistemul CCITT nr.4 pentru semnalizari internationale.
    Se folosesc coduri cu doua frecvente vocale (2040 6 Hz; 2400 6 Hz).
    Pentru semnalizarile de numerotare se foloseste codul binar 1,2,4,8, in care x = 0, y = 0, rezultand 16 combinatii. Semnalizarile de linie se efectueaza conform unui protocol simplu cu sensurile ,,inainte'' (F) si ,,inapoi'' (B), de la abonatul chemator la abonatul chemat.

    5.6.2.2. Semnalizari digitale pe canal individual intre centrele de comutatie.
    Semnalizarile intre cadre de comutatie se pot executa in doua modalitati:

a.       tipul ,,cale la cale'' (individuala) in care informatiile de semnalizare intre centrele de comutatie au ca suport fizic circuitele telefonice pe care se efectueaza convorbirea. Sistemele de semnalizare de acest tip sunt extrem de diverse, elementul comun al acestora fiind faptul ca pe circuitele telefonice sunt conectate, pe timpul semnalizarii, echipamente specializate ce sunt dirijate de unitatea de comanda a sistemului de comutatie de la care pleaca semnalul de apel.

b.      tipul ,,canal comun'' (canal semafor) in care suportul fizic pentru transmiterea semnalizarilor este separat de cel pentru transmiterea semnalelor de convorbire.

circuite de convorbire 

l legatura semafor de date

Centrul A de comutatie; Centrul B de comutatie
Fig. 5.33. Principiul semnalizarii pe canal comun (canal semafor)

    Suportul fizic prin care se transmit semnalizarile se aloca intre toate circuitele telefonice care unesc cele doua centre de comutatie. Canalul comun va deservi ansamblul necesitatilor de schimb de informatii intre centrele de comutatie situate la extremitatile sale. Indiferent de tehnica folosita, semnalele intre centrele de comutatie au urmatorul continut:

pentru semnalizarea de linie, informatii referitoare la:

angajarea unei jonctiuni;

supervizarea punerii in legatura a celor doi utilizatori;

eliberarea circuitului telefonic.

    Aceste informatii care sunt denumite ,,semnale de linie'' sunt in numar restrans. In sistemele de semnalizare semnalele de linie sunt definite prin impulsuri electrice, impulsuri de frecvente calibrate (in banda vocala 2600 Hz sau in afara ei, 3825 Hz). Transmisia si identificarea lor la receptie este realizata de echipamente situate la echipamentele terminale de linie.
    In cazul modulatiei impulsurilor in cod - MIC, organizarea multiplexului primar in varianta CEPT este pe 30/32 canale temporale. Utilizarea lor este urmatoarea:

canalul 0 pentru sincronizarea de cadru si informatii de serviciu;

1-15 si 17-31 pentru 30 utilizatori;

canalul 16 pentru transmiterea bitilor de semnalizare de linie la cele 30 de cai telefonice. Deoarece cei 8 biti ai unui interval de timp 16 nu pot realiza furnizarea tuturor informatiilor de linie corespunzatoare celor 30 de apeluri diferite se vor grupa 16 cadre succesive intr-un multicadru.

    Pentru transmiterea semnalizarilor la 30 canale temporale este nevoie de 30/₂ = 15 cadre succesive, la care se adauga unul pentru sincronizare de multicadru.
    Durata unui multicadru de semnalizare continand 16 cadre MIC este 16 *125 m s = 2 ms.
    Debitul unui canal de semnalizare este raportul dintre numarul de biti si durata multicadrului (4 biti /2ms = 2Kb/s).
Se utilizeaza in reteaua de comutatie digitala - RCD cu comutatie spatiala intre care sunt instalate sisteme MIC.
    Pentru semnalizarea de registru se folosesc semnalele necesare pentru transmiterea numarului de apel al abonatului chemat. Aceste semnale sunt mult mai numeroase si mai diversificate in continut. Ele au urmatorul continut: cerere de numerotare, numerotarea efectiva, indrumarea apelului. Semnalele de registru sunt transmise in banda vocala sau in afara benzii vocale. Transmisia se efectueaza in banda vocala, de obicei, deoarece semnalele se transmit inaintea semnalelor de vorbire iar pentru micsorarea timpilor de transmitere se utilizeaza un numar mare de frecvente de semnalizare ale caror combinatii pot diferentia un numar insemnat de semnale.

5.6.3. Sincronizarea in retelele de comunicatie digitale
    Pentru a se realiza corect transportul informatiilor intre transmitator si receptor trebuie realizata functionarea corecta a receptorului, dupa o baza de timp, identica cu cea a transmitatorului.
    Acesta cerinta se realizeaza cu echipamentele de sincronizare la nivel de bit, in functie de tipul echipamentelor tehnice ce participa la obtinerea legaturii digitale.

MUX-T -multiplexoare terminale
R_n-regeneratoare
Fig. 5.34. Retea de comunicatie cu multiplexoare terminale
    In figura 5.34 se considera ambele multiplexoare terminale, la ele se conecteaza n utilizatori, fiecare multiplexor va transmite dupa un semnal de tact generat de un generator de impulsuri propriu iar receptia se va realiza dupa semnalul de tact continut in fluxul de date receptionat. Deci pe legatura digitala informatia circula pe semnale de tact diferite in cele doua sensuri de transmitere.
    Presupunem realizarea unei legaturi digitale intre un multiplexor conectat la un comutator si un multiplexor terminal la care se conecteaza utilizatorii.

cc - centru de comutatie

Fig. 3.35. Retea de comunicatie cu utilizatori conectati la multiplexor terminal si centru de comutatie

    Un multiplexor este conectat la un centru de comutatie iar celalalt la liniile de utilizator. Comutatorul va transmite functie de un semnal de tact unic generat de un generator intern, pe toate circuitele digitale la care este conectat. Daca T-MUX transmite functie de un semnal de tact propriu, diferit de cel al comutatorului pot sa apara pierderi ale cadrelor (daca semnalul de tact propriu este mai rapid decat cel al comutatorului) sau a repetarii de cadre (daca semnalul de tact propriu este mai lent). Aceste pierderi se numesc alunecari, ele sunt minimizate in situatia cand exista sincronism intre echipamentele terminale. In felul acesta, MUX-T va receptiona fluxul de date functie de semnalul de tact regenerat din el si va transmite acelasi semnal de tact. Legatura digitala va functiona in regim de sincronizare in bucla de timp.
    In figura 5.36. se prezinta realizarea legaturii digitale intre doua centre de comutatie (comutatoare). Fiecare comutator isi extrage din fluxul de date semnalul de tact de receptie, deci sincronizarea se obtine printr-o bucla de timp la fiecare extremitate.

Fig. 5.36. Retea de comunicatie cu utilizatori conectati la centru de comutatie si centru de comutatie terminal

    Legatura digitala intre comutator din retea si un comutator terminal.
    Intr-o retea de comunicatie (RC) digitala comutatoarele trebuie sincronizate printr-o tehnica de sincronizare. Daca se realizeaza aceasta functie, pe legatura digitala se poate extrage semnalul de tact de la un singur comutator digital, fiind in mod automat realizata sincronizarea si cu celalalt. Sincronizarea sistemului de comutatie din componenta unei retele de comunicatie se realizeaza dupa o strategie de sincronizare si reprezinta sincronizarea la nivel de retea.
    Sincronizarea retelelor de comunicatie digitale reprezinta sincronizarea generatoarelor de tact situate in reteaua de comutatie digitala.
    Exista mai multe tehnici de sincronizare, se vor face referiri la cele mai importante.

    Plesiocronismul
    In situatia in care in reteaua de comutatie digitala (RCD) fiecare comutator transmite pe baza unui semnal de tact, generat de propriul oscilator, reteaua se numeste plesiocrona. Se poate aprecia ca intr-o astfel de retea de comutatie nu se produce o sincronizare deosebita. Alunecarile sunt la niste limite admisibile, prin utilizarea unor generatoare de semnal de tact extrem de performante. Se utilizeaza oscilatoare ce prezinta o foarte buna stabilitate, semnalele din liniile digitale ale retelei de comunicatie au faze si frecvente diferite.
    Sincronizarea cu ceas unic de referinta (master)
    Aceasta tehnica presupune existenta unui tact unic in intreaga retea de comunicatie (ceas master). Semnalul de tact este generat de un oscilator unic cu o precizie si o stabilitate foarte buna. Semnalele de tact sunt distribuite prin reteaua de comunicatie ce prezinta canale dedicate, diferite de legaturile digitale existente.
    Aceste canale formeaza reteaua de sincronizare a RC (retea de comunicatie), care devine o retea digitala sincrona. Avand in vedere obligativitatea conectarii comutatoarelor prin reteaua de sincronizare la generatorul master, tehnica este mai putin folosita.
    Sincronizarea master -slave
    Este o tehnica derivata din cea anterioara doar ca semnalul de tact generat de oscilatorul master se transmite pe canale dedicate doar unor comutatoare ale RCD , considerate prioritare in activitatea de sincronizare.
    Sincronizarea se poate realiza deci, fie prin transmiterea semnalului de tact de la emisie pe un canal dedicat sau prin incorporarea informatiei de timp in semnalul de date, urmand ca in receptor sa se regenereze semnalul de tact.
    Trebuie facuta distinctie intre notiunile prezentate. Fenomenele prezentate anterior caracterizeaza o retea de comunicatie care opereaza in regim sincron sau asincron, functie de cum se genereaza si transmite semnalul de tact. Tipul transmisiei este oricum sincron si se refera la felul in care semnalele digitale sunt tratate in sistemele de comutatie si transmitere.