SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI RETI TELEFONICHE Generalità Nessuna dipendenza dall estensione della rete Copertura locale Interconnessione a lunga distanza Trasporto della voce a commutazione di circuito Le risorse sono tutte preallocate a priori Elevata capillarità Rete fissa Limitazione della diffusione a causa del costo dell infrastruttura necessaria a connettere gli utilizzatori remoti della rete Rete mobile Oggi si affaccia sullo scenario l alternativa a commutazione di pacchetto: Voice over IP (VoIP) RETI TELEFONICHE 2 1

2 Instaurazione Viene determinato il percorso Vengono riservate le risorse Servizio Connessione Gli utenti si scambiano le IU (flussi di segnali PCM) Rilascio Vengono liberate tutte le risorse impegnate RETI TELEFONICHE 3 Rete telefonica Sistemi di trasmissione Dispositivi e apparecchiature per il trasferimento del segnale Analogici Quasi esclusivamente rete di accesso Banda lorda di 4kHz Numerici Prevalentemente rete di trasporto Multiplazione PCM e numerica plesiocrona (PDH, ITU-T G.702) o sincrona (SONET - SDH, ITU-T G.707) Rete di accesso ISDN (flussi numerici PCM codificati con legge A o µ, capacità di 64kbps) Accesso radiomobile (flussi numerici compressi, capacità dell ordine di 10kbps) Sistemi di commutazione Attuano fisicamente le connessioni Nodi di commutazione a divisione di spazio Nodi di commutazione a divisione di tempo Sistemi di segnalazione Controllano il funzionamento della rete attraverso il trasferimento delle informazioni di segnalazione Tipicamente informazioni per l instaurazione e il rilascio delle connessioni RETI TELEFONICHE 4 2

3 Configurazione della rete Nodi di accesso Collegati sia ai terminali che ad altri nodi della rete Centrale Terminale, Local Exchange (LE), Central Office (CO) Nodi di transito Collegati esclusivamente ad altri nodi della rete Centrale di Transito, Transit Exchange (TE) Linee di utente Linee di giunzione RETI TELEFONICHE 5 Struttura delle rete Rete gerarchica generalmente a 5 livelli Il livello più basso è il 5 (centrali terminali) Il livello più alto è il 1 Il numero di nodi è più alto al livello 5 I livelli 1 e 2 fanno riferimento alla connettività nazionale Il livello 1 è quello che permette l accesso alle reti internazionali I nodi sono generalmente connessi a maglia I livelli a partire dal 3 sono connessi a stella In alcuni casi, a seconda delle esigenze di traffico, sono previsti collegamenti orizzontali Scendendo di livello ogni nodo copre un area geografica sempre più piccola RETI TELEFONICHE 6 3

4 Schema dei nodi Nodi di accesso Selettori di linea n linee entranti m linee uscenti m < n (concentrazione) m > n (espansione) Concentrazione-espansione Diversi utenti condividono le stesse risorse della rete di trasporto Servizio meno costoso Rapporto 1:5-10 Selettore di gruppo i linee entranti j linee uscenti i = j (distribuzione) Nodi di transito Selettore di gruppo RETI TELEFONICHE 7 Circuiti a una via e a due vie Circuiti a una via detti comunemente a due fili i segnali viaggiano sulla stessa coppia nei due sensi di trasmissione sono più economici caratterizzano i circuiti in bassa frequenza agli estremi dei collegamenti telefonici circuiti brevi ma numerosi costituiscono la parte più costosa della rete telefonica Circuiti a due vie detti comunemente a quattro fili i segnali viaggiano su coppie diverse nei due sensi di trasmissione circuiti a media e lunga distanza in alta frequenza per la trasmissione di molti canali (FDM o PCM) RETI TELEFONICHE 8 4

5 Collegamento fra circuiti a due fili e a quattro fili Rete a quattro porte comunemente chiamata forchetta (hybrid) a una porta si connette il circuito a due fili ad altre due porte i circuiti in trasmissione e ricezione del collegamento a quattro fili alla rimanente porta una rete che viene comunemente denominata rete artificiale deve presentare un impedenza prossima a quella del collegamento a due fili RETI TELEFONICHE 9 Schematizzazione di un circuito a lunga distanza Caratteristiche della forchetta: adattamento di impedenza dei circuiti collegati disaccoppiamento fra il lato trasmissione e ricezione del circuito a 4 fili RETI TELEFONICHE 10 5

6 Forchette disadattate Le condizioni di adattamento spesso non sono verificate Diminuzione dell attenuazione dai due lati del circuito a 4 fili Variazione dell attenuazione fra porte adiacenti Si supponga di collegare la linea a 2 fili sulla porta 1, la linea artificiale sulla porta 2 e il circuito a 4 fili sulle porte 3 e 4 I circuiti collegati sulle porte 3 e 4 sono linee amplificate o canali FDM o PCM L impedenza che presenteranno tali circuiti sarà tipicamente quella d ingresso degli amplificatori e quindi facilmente controllabile Si fa in modo quindi che tale impedenza sia uguale a quella nominale della porta della forchetta (tipicamente reale e pari a 600Ω) La linea collegata sul lato 2 fili è una linea locale la cui impedenza z t può variare notevolmente e tipicamente presenta una forte componente reattiva RETI TELEFONICHE 11 Stabilità di un circuito amplificato con forchette terminali Affinché non si verifichi l innesco di oscillazioni il guadagno complessivo lungo l anello deve essere minore o uguale a zero Nel caso di forchetta induttiva si trova G 6 A + G 6 A 0 1 eqb 2 dove A eqa e A eqb sono rispettivamente le attenuazioni di equilibrio delle forchette A e B che dipendono dalle condizioni della linea bifilare a monte supponendo G 1 =G 2 =G e posto g=g-6db (attenuazione fra i due estremi) si trova A g RETI TELEFONICHE 12 eqa + A 2 eqb eqa 6

7 Stabilità di un circuito amplificato con forchette terminali A seconda dello stato della linea terminale il circuito a due vie può essere Un cortocircuito Un circuito aperto Un impedenza puramente reattiva Il guadagno g del circuito deve essere minore di 0 L attenuazione equivalente deve essere positiva Si devono considerare dei margini Variazioni di guadagno degli amplificatori Variazioni delle attenuazioni dei cavi con la temperatura Praticamente si impone 3.5dB per i sistemi FDM 2dB per i sistemi PCM RETI TELEFONICHE 13 Eco La presenza dell eco si ha anche quando il circuito è al sicuro da oscillazioni Considerando il parlatore collegato alla forchetta A l eco da esso percepito subirà un attenuazione 3+ G 6 A + G 3 1 eqb 2 posto G 1 = G 2 =G e g=g-6db, per avere un eco attenuata rispetto al segnale originale si deve avere 2g A eq 0 RETI TELEFONICHE 14 7

8 Eco Sul territorio nazionale non sorgono problemi Il ritardo dell eco è inferiore ai 10ms L attenuazione equivalente del collegamento ne garantisce un adeguata attenuazione Per i collegamenti internazionali la Racc. G131 stabilisce le attenuazioni minime nell 1% e nel 10% dei casi al variare del numero dei sistemi in cascata a 4 fili RETI TELEFONICHE 15 Eco Quando l attenuazione d eco risulta insufficiente si utilizzano dei circuiti detti soppressori d eco Il segnale che viaggia in una direzione viene rivelato, amplificato e applicato ad un attenuatore variabile inserito nel collegamento nella direzione opposta La presenza di segnale in una direzione fa aumentare l attenuazione nella direzione opposta Inconvenienti Quando un interlocutore inizia a parlare toglie, insieme alla sua eco, la parola all altro Se i due interlocutori parlano contemporaneamente l uno non riesce a sentire l altro Cancellatori d eco Al segnale che viaggia in una direzione viene opportunamente sottratto il segnale che viaggia nella direzione opposta RETI TELEFONICHE 16 8

9 Rete italiana Stadio di Gruppo di Transito (SGT) Rete magliata nazionale Svolge le funzioni dei livelli 1 e 2 Stadio di Gruppo Urbano (SGU) Ogni nodo copre un area di utenti Connessione gerarchica ad un nodo dello SGT Connessione orizzontale ad altri nodi dello SGU Stadio di Linea (SL) Nodi concentratori Connessione a stella al proprio nodo dello SGU RETI TELEFONICHE 17 Rete italiana RETI TELEFONICHE 18 9

10 Numerazione Uniforme Lunghezza costante dei numeri d utente NANP (North American Numbering Plan) 10 cifre 3 cifre specificano il NPA (Numbering Plan Area) 3 cifre specificano il COC (Central Office Code) 4 cifre specificano la linea d utente all interno del CO (max utenti) Semplicità di instradamento Rigidità nell espansione Occorre ridisegnare la copertura geografica quando un CO satura Non uniforme La lunghezza del numero d utente dipende dalla sua localizzazione ITU-T E.164 (Europa) NSN (National Significant Number) Massimo 15 cifre NDC (National Destination Code) SN (Subscriber Number) Elasticità nell espansione Mantenendo inalterati i codici di area si possno aumentare le cifre del numero d utente Chiamate internazionali E necessario specificare l identificativo della nazione (da 1 a 3 cifre, 39 per l Italia, 1 per il Nord-America) preceduto da un prefisso internazionale (00 per l Italia, 011 in Nord-America) indicato dal simbolo + RETI TELEFONICHE 19 Instradamento Definire tutti i possibili percorsi dal nodo sorgente a quello destinazione Stabilire un ordine di selezione tra i percorsi definiti Politiche di instradamento Numero massimo di rami per una data connessione Consistenza degli instradamenti ammissibili Ottimizzazione della distribuzione delle chiamate per evitare blocchi Tecniche di instradamento Invarianti L instradamento viene effettuato indipendentemente dallo stato della rete Dinamiche L algoritmo d instradamento è influenzato dalle condizioni della rete al momento dell istante d arrivo della chiamata Scelta del percorso Probabilistica Trabocco sequenziale RETI TELEFONICHE 20 10

11 Prestazioni di rete λ: frequenza media di arrivo di una chiamata T=1/µ: tempo medio di una chiamata A 0 =λt: traffico offerto (erlang) Numero di chiamate ricevute nell intervallo di tempo medio di una chiamata Valori tipici pari a erlang nelle ore di punta A S : traffico smaltito A P : traffico perso A 0 = A S + A P Formula Erlang-B m A0 Probabilità di blocco m giunzioni tra A e B! p = m m i A0 tutte occupate i! i= 0 RETI TELEFONICHE 21 Prestazioni di rete probabilità di rifiuto di chiamata in funzione del traffico offerto RETI TELEFONICHE 22 11

12 Prestazioni di rete coefficiente di utilizzazione in funzione del numero di giunzioni i disponibili Probabilità di blocco = p m A0 m! A i! m i= 0 i 0 Fissato Π p al variare di m varierà il traffico offerto A 0 RETI TELEFONICHE 23 12