TELECOMUNICAZIONI II: LE RETI DI COMUNICAZIONE. INTRODUZIONE... pag.2

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1 1 TELECOMUNICAZIONI II: LE RETI DI COMUNICAZIONE INDICE INTRODUZIONE... pag.2 LE RETI DI COMUNICAZIONE.. pag.2 La rete interconnessa (o a maglia).. pag.2 La rete a commutazione. pag.3 La rete policentrica non gerarchica.. pag.4 La rete policentrica gerarchica. pag.5 LA RETE TELEFONICA NAZIONALE pag.6 LE CENTRALI DI COMMUTAZIONE. pag.9

2 2 INTRODUZIONE Sappiamo che in telecomunicazione vi è una sorgente che invia messaggi verso una o più destinazioni. In genere questo tipo di comunicazione non è unico, nel senso che vi sono più sorgenti che contemporaneamente inviano messaggi a molte destinazioni. Possiamo dire in generale che ogni sistema di comunicazione è costituito da nodi, dove per nodo si intende un insieme di apparecchiature che possono funzionare da sorgente o da destinazione ovvero da sorgente e destinazione contemporaneamente. Nel caso in cui la rete di telecomunicazione è quella telefonica, per nodo si deve intendere l apparecchio telefonico dell utente. LE RETI DI COMUNICAZIONE Uno dei problemi più importanti da affrontare è quello relativo al collegamento tra i nodi perché questo definisce il tipo di struttura della rete di comunicazione. È possibile utilizzare diverse tipologie e tecniche di connessione a seconda delle circostanze. La rete interconnessa (o a maglia) Quando il numero n dei nodi è piccolo, si può utilizzare la tecnica di connessione illustrata in figura 1. Figura 1 Reti completamente interconnesse con collegamenti bidirezionali Ogni nodo è collegato a tutti gli altri mediante un collegamento bidirezionale. In questo modo ciascuno può inviare o ricevere messaggi a un qualsiasi altro nodo avendo così realizzato una rete completamente interconnessa, chiamata anche a maglia. Questa tecnica di costruzione della rete è particolarmente indicata quando i nodi sono pochi, infatti la complessità della rete aumenta rapidamente approssimativamente con n 2. Inoltre i costi di allacciamento per gli utenti non sono costanti: quando la rete diventa molto complessa l utente deve sopportare i costi per l allacciamento con tutti gli utenti esistenti, a differenza dei primi utenti che devono invece sostenere spese più limitate.

3 3 Tenendo presente che per la maggior parte del tempo i collegamenti di questo tipo di rete non sono tutti utilizzati e al fine di rendere più uniforme e possibilmente basso il costo dell allacciamento per ogni nodo/utente è preferibile realizzare la rete di telecomunicazione in modo differente, per esempio a commutazione. La rete a commutazione Nella rete a commutazione vi è al centro un nodo speciale che permette il collegamento tra due nodi/utenti. La rete è del tipo a stella, come illustrato in figura 2, in cui ogni nodo/utente entra in comunicazione con un altro qualsiasi nodo/utente tramite il nodo centrale chiamato anche centrale di commutazione. Figura 2 Rete a commutazione del tipo a stella La centrale di commutazione consente tutti i possibili collegamenti tra utenti ma non contemporaneamente. Se gli utenti utilizzano simultaneamente il sistema sono necessarie n/2 linee, poiché questo è un caso statisticamente poco probabile, viene impiegato un numero inferiore di linee. Il principio di funzionamento della centrale a commutazione è illustrato in figura 3 dove sono utilizzate 3 linee per collegare tra loro 12 utenti.

4 4 Figura 3 Esempio di centrale a commutazione Nell esempio riportato in figura 3 gli utenti 4 e 8 comunicano tramite la linea A, 1 e 3 attraverso la linea B, e infine 5 e 11 tramite la linea C. La rete policentrica non gerarchica Quando gli utenti sono numericamente molto elevati e distribuiti su un territorio vasto, una sola centrale urbana non è in grado di soddisfare le esigenze di un buon impianto perché i collegamenti tra la centrale e nodi sono molto lunghi e quindi costosi rispetto al loro effettivo utilizzo. Si ricorre in tal caso alla suddivisione dell area (per esempio una città) in tante sottoaree (o zone), naturalmente più piccole, e nel baricentro di ognuna si pone una centrale di commutazione locale, in modo da realizzare un sistema monocentrico come quello visto in figura 2. Tutte le centrali locali vengono quindi collegate tra loro per permettere la connessione tra utenti di zone diverse, come illustrato in figura 4. A differenza delle linee degli abbonati che sono scarsamente utilizzate, le connessioni tra le centrali hanno un rendimento di utilizzo decisamente più elevato perché sono in comune tra gli utenti di tutte le zone. Con questo tipo di rete è garantita la connessione tra due utenti ovunque essi si trovino; ciascuna centrale svolge la medesima funzione delle altre sia in rapporto alle altre centrali sia in rapporto agli utenti. Nel caso di elevata complessità (elevato numero di utenti ed aree molto vaste) questo tipo di rete si rivela alquanto difficile sia dal punto di vista gestionale sia dal punto di vista dei costi.

5 5 Figura 4 Rete policentrica non gerarchica La rete policentrica gerarchica La rete policentrica gerarchica, chiamata anche struttura a stella di stelle, è più flessibile e più economica di quella non gerarchica. Gli utenti, appartenenti a un area geografica limitata, sono collegati alla centrale di commutazione locale, mentre tutte le centrali di commutazione locale sono connesse tra di loro mediante la centrale di commutazione principale. La trasmissione di molti messaggi contemporaneamente richiede che i collegamenti tra le centrali locali e la centrale di commutazione siano capaci di supportare il volume di traffico telefonico.

6 6 Figura 4 Rete policentrica gerarchica LA RETE TELEFONICA NAZIONALE Nelle reti telefoniche la tecnica adottata per instradare le chiamate è di tipo deterministico: il nodo, a cui è collegato l utente chiamante, smista la chiamata verso il nodo di destinazione secondo percorsi predeterminati. In caso di più possibilità, l ordine di scelta dei percorsi è preventivamente fissato. Normalmente le reti telefoniche nazionali sono del tipo misto, ovvero hanno collegamenti sia a stella sia a maglia, ciò al fine di aumentare l efficienza nell utilizzo dei collegamenti. Dunque ogni centrale non viene collegata direttamente con tutte le altre centrali di una rete, poiché i collegamenti verrebbero utilizzati per poco tempo e pertanto risulterebbero costosi. La rete telefonica nazionale (analogica) è di tipo gerarchico con tipologia mista stella/maglia. Con questo tipo di struttura il traffico telefonico di aree geografiche, sempre maggiori man mano che aumenta la distanza dei centri che si devono collegare, viene instradato su una stessa via per utilizzare al meglio i collegamenti tra le centrali. In figura 5 è riportato lo schema di suddivisione del territorio nazionale e dei centri di commutazione.

7 7 Figura 5 Suddivisione del territorio e gerarchia dei centri di commutazione Secondo il Piano Regolatore Telefonico Nazionale (PRTN) il territorio nazionale è suddiviso e organizzato nel seguente modo: 1. aree urbane, dove sono ubicate le reti urbane con le centrali urbane (CU); 2. settori, raggruppamenti di aree urbane dove sono ubicati i centri CS; 3. distretti, raggruppamenti di settori dove sono ubicati i centri CD; 4. compartimenti, raggruppamenti di distretti dove sono ubicati i centri CC. Da un punto di vista strutturale la rete telefonica nazionale ha cinque livelli gerarchici, come illustrato in figura 6, che elenchiamo a partire dal basso: 1. centro di rete urbana (CRU); è il centro gerarchico delle CU; la rete urbana assolve al compito di fornire il servizio di connessione telefonica a tutti gli utenti dell area urbana. A seconda dell estensione dell area la rete può essere

8 8 dotata di più centrali (CU) collegate tra loro con connessione a maglia formando così reti policentriche non gerarchiche a stella. Una delle CU di una stessa area ha anche il compito di regolare il traffico in entrata e in uscita dall area urbana suddetta e viene chiamata CRU; 2. centro di settore (CS); è il centro gerarchico dei CRU e svolge le seguenti funzioni: gestisce il traffico tra i centri di rete urbana e il traffico in entrata e in uscita dal settore; 3. centro di distretto (CD); è il centro gerarchico dei CS; i distretti coincidono con le province e sono 231 in tutto il territorio nazionale; il CD assolve ai seguenti compiti: gestisce il traffico tra i centri di settore dello stesso distretto e il traffico in entrata e in uscita dal distretto; 4. centro di compartimento (CC); è il centro gerarchico dei CD; i compartimenti corrispondono più o meno alle regioni e sono 21 su tutto il territorio nazionale; come in tutti i centri precedenti il collegamento con i centri gerarchicamente inferiori è del tipo a stella; i compartimenti sono collegati tra loro con una rete a maglia, questa costituisce la rete compartimentale primaria; 5. centro nazionale (CN); è il centro gerarchico dei CC, svolge il compito di gestire il traffico in entrata e in uscita dal territorio nazionale; in Italia vi sono tre CN: Palermo per il traffico con i Paesi del bacino mediterraneo, Roma per i Paesi d Oltreoceano e Milano per il Nord Europa. Figura 6 Rete telefonica nazionale analogica

9 9 LE CENTRALI DI COMMUTAZIONE Una centrale (o nodo) di commutazione è un insieme di apparecchiature e procedure necessarie per svolgere le seguenti operazioni: 1. instaurare la connessione tra gli utenti che lo richiedono; 2. mantenere la connessione tra gli utenti; 3. abbattere la connessione tra gli utenti alla fine della conversazione; 4. fornire eventualmente servizi complementari a disposizione sulla rete. Per svolgere tali funzioni una centrale è composta dai blocchi elencati di seguito e illustrati in figura 7: 1. rete di connessione; è costituita dai dispositivi di commutazione che servono a collegare fisicamente e temporaneamente le linee interne che provengono dalle terminazioni d ingresso e le linee interne che portano alle terminazioni d uscita, in modo tale che gli utenti possono dialogare tra loro; nelle centrali moderne la rete di connessione è a matrice (vedi figura 3); 2. terminazioni di uscita e di entrata; sono costituite da quei dispositivi che servono a interfacciare la centrale con una linea esterna; la linea esterna può essere una linea utente o una linea proveniente da altra centrale; 3. unità di comando e di segnalazione; si tratta di un blocco costituito da un sistema a microprocessore in quanto svolge la funzione di identificare la terminazione d ingresso a cui è collegato l utente chiamante, di individuare la terminazione di uscita su cui evadere la richiesta di collegamento, di attivare la matrice per collegare la terminazione d ingresso con quella d uscita, disattivare la connessione al termine della telefonata, di ricevere le segnalazioni emesse dagli utenti per l instradamento delle chiamate. Figura 7 Schema a blocchi semplificato di una centrale di commutazione Concludendo possiamo affermare che sulla rete di connessione transitano tre tipi di messaggi: 1. le informazioni; sono le telefonate tra gli utenti per i quali la rete è trasparente;

10 10 2. le segnalazioni; sono messaggi necessari per la gestione del collegamento e per comunicare all utente l esito della chiamata; 3. le comunicazioni di servizio; sono messaggi necessari per l esercizio e la manutenzione e della rete, non possono essere percepiti dagli utenti. I messaggi informativi possono viaggiare sulla linea secondo tre differenti tecniche: 1. TDM (Time Division Multipliplexing); 2. FDM (Frequency Division Multipliplexing); 3. SDM (Space Division Multipliplexing). Il TDM è un metodo che consiste nel memorizzare il messaggio informativo da trasmettere per un tempo sufficiente a individuare il canale di uscita su cui instradare il messaggio stesso. I canali sono separati nel tempo e mantengono la propria identità informativa nell ambito della trama. L FDM è un metodo che si basa sulla traslazione in frequenza di ciascun canale; è una tecnica in disuso nella moderna telefonia. L SDM è un metodo che si basa sulla divisione di spazio: la funzione di commutazione è implementata con una matrice (figura 3) permettendo il collegamento tra terminazioni d ingresso e terminazioni d uscita. I canali, fisicamente differenti uno dall altro, sono separati nello spazio. Tra gli utenti che stanno dialogando si stabilisce un collegamento fisico che rimane a disposizione fino a quando dura la conversazione; in questo modo, essendo il sistema bloccato, si rischia l intasamento dei commutatori, e quindi l impossibilità di servire altri utenti.