Komutacijske TehnikePredavanje 2 FSK

8/19/2019 Komutacijske TehnikePredavanje 2 FSK

1/35

1

KOMUTACIJSKETEHNIKE

Nastavnik:Red. Prof. dr. Samir Čaušević, dipl. ing. sao.Saradnik:

V. Assis. mr Irma Sokolović, dipl. ing. el.


2/35

Principi komutacije: kanala i paketa

Komutacija kolaKomutacija kola se koristi u slučajutelefonske mreže za prenos korisničkogsignala, tj. govora.Svrha komutacije kola je da se kroz mrežu pro nađe fizičkiput kroz koji će korisniciostvariti međusobnu komunikaciju.Taj put se ostvaruje povezivanjem raznih vodova kroz telefonsku mrežu u cilju povezivanjakorisnika. Za lokalne veze u centrali povezujemo korisničke(pretplatničke) vodove, za odlaznei dolazne veze u centrali povezujemo korisničkei prenosničke vodove, a za tranzitne veze ucentrali povezujemo prenosničke vodove.Kada se put pronađe i uspostavi, onda se on koristi samo za komunikaciju izmeđuta dva korisnika dok se veza ne raskine.Veoma je bitno uočitiovu osobinu - zauzeti resursi za jednu vezu se koriste samo za

opsluživanje dotičneveze dok ona traje i tek nakon raskidanja veze se oslobađaju zauzetiresursi koje potom može koristiti neka druga veza. Ovo svojstvo omogućava davanje garancijakvaliteta servisa korisnicima, ali i slabo iskorišćenje resursa mreže bazirane na komutaciji kola- npr, postoji velik broj pauza u razgovoru: pauze između riječi, između slogova, pauze dok sesluša suprotna strana, pri čemu su resursi zauzeti i blokirani za druge veze čitavo vremenezavisno od toga da li resursi prenose koristan signal ili ne.

2


3/35


Komutacija kolaStruktura telefonskog komutacionog sistema

3


4/35


5/35


Komutacija kolaU zavisnosti od odnosa broja ulaza i izlaza komutacionog polja, razlikujemosledeća tri slučaja:

Kada je M = N komutaciono polje ima funkciju distribucije.Kada je M > N komutaciono polje ima funkciju ekspanzije.Kada je M < N komutaciono polje ima funkciju koncentracije.

Komutaciono polje je okarakterisano sljedećim osobinama:Dostupnost.Skalabilnost.Blokada.Cijena.Kompleksnost.

Tip multipleksa signala na ulazu. 5

Kom. polje

1 1

2 2

N M


6/35


Komutacija kolaDostupnost i - tog ulaza se definiše kao broj izlaza komutacionog polja sa kojim taj ulaz možeda se poveže. Ukoliko posmatrani ulaz može da se poveže sa svim izlazima ostvarena jepotpuna dostupnost. Od interesa je da čitavo komutaciono polje bude potpuno dostupno tj. dase bilo koji ulaz komutacionog polja može povezati sa bilo kojim izlazom komutacionog polja.Pretpostavimo da su već uspostavljene neke veze kroz komutaciono polje i da želimo dapovežemo neki slobodan ulaz sa nekim slobodnim izlazom. Može se desiti da bez obzira štosu i ulaz i izlaz slobodni da ih ne možemo povezati jer se desila unutrašnja blokada ukomutacionom polju usljed zauzetosti resursa od strane već uspostavljenih veza.Razlikujemo po pitanju blokade tri vrste komutacionih polja:

Komutaciona polja sa potpunom blokadom.Komutaciona polja sa uslovnom blokadom.Komutaciona polja bez blokade.

U slučaju komutacionih polja sa potpunom blokadom, ne možemo uspostaviti traženu vezu bez obzira kakoprerasporedili postojeće veze kroz komutaciono polje. U slučaju uslovne blokade, pri uspostavi tražene vezemože se desiti da dođe do blokade, ali se preuređivanjem već postojećih veza kroz komutaciono polje možeizvršiti deblokada tražene veze i onda se ona može uspostaviti kroz komutaciono polje. U slučajukomutacionog polja bez blokade možemo uvijek da povežemo bilo koji slobodan ulaz sa bilo kojim slobodnimizlazom bez obzira na već postojeće veze.

6


7/35


Komutacija kolaKomutaciona polja se ne formiraju od jedne cjeline već od više cjelina, radi omogućavanjaskalabilnosti komutacionog polja tj. proširivanja kapaciteta komutacionog polja po potrebi što jeu praksi bitno jer se zahtjevani kapacitet razlikuje od slučaja do slučaja, a pri tome često dolazido potrebe za proširenjem kapaciteta kada se priključuju novi korisnici i tada principskalabilnosti omogućava da se komutaciono polje samo proširi, a ne da se instalira kompletnonovo komutaciono polje u centrali. Skalabilnost omogućava znatno veću fleksibilnost sistema,kao i nižu cijenu nadogradnje komutacionog polja tj. centrale.Bitna karakteristika je i kompleksnost i cijena komutacionog polja koja u velikoj mjeri zavisi odrealizacije komutacionog polja. U komutacionom polju se nalaze prekidači i memorije i cilj je dabroj prekidača i kapacitet memorije budu što manji, a efikasnost komutacionog polja što veća.Multipleksi na ulazu komutacionog polja mogu biti:

S – prostorni multipleks (SDM) – svakom korisniku odgovara jedan ulaz.T – vremenski multipleks (TDM).F – frekvencijski multipleks (FDM).C – kodni multipleks (CDM).

Prenos kroz komutaciono polje može biti:S – prostorna komutacija.T – komutacija u vremenskom domenu.F – komutacija u frekvencijskom domenu.C – komutacija u kodnom domenu.

7

U komutacionim poljima se u početku koristilavarijanta SS (signal je bio prostorno multipleksiran(svakom korisniku je dodijeljen jedan fizički ulaz ukomutaciono polje, a komutacija je bila prostorna).Danas se koristi TT varijanta (signali kojidolaze naulaze komutacionog polja su vremenskimultipleksirani, a komutacija se vrši u vremenskomdomenu).


8/35


Komutacija kola (crossbar)Komutator

8

n k

nk

prekida č a

Pod komutatorom ćemo podrazumijevati osnovnu jedinicu od koje je sastavljenokomutaciono polje.Komutator je u suštini malo komutaciono polje koje je potpuno dostupno i neblokirajuće

tj. svaki ulaz i izlaz se mogu povezati ako su slobodni bez obzira na već uspostavljeneveze kroz komutator.Smatrat ćemo da je broj ulaza u komutator n, a broj izlaza k, pri čemu n i k mogu biti ubilo kojem međusobnom odnosu.Smatraćemo da je komutator realizovan direktnim pristupom sa nk prekidača.Smatrat ćemo da je cijena komutatora srazmjerna broju prekidača.

n k


9/35


Komutacija kolaKomutacija sa jednom kaskadom ili stepenom

9

Na slikama je dat primjer jednog komutacionog polja sa jednom kaskadom koje ima 9ulaza i 3 izlaza načinjenog od komutatora sa 3 ulaza i 3 izlaza.U ovoj varijanti je vršeno paralelno vezivanje izlaza komutatora i taj postupak se nazivapostupak mj ešanja (grading).

1 123

4

56

7

89

23

1

2

3

4

56

7

8

9

1

2

3


10/35


Komutacija kolaJednostepeno prostorno komutiranje

Zahtjeva veliki prostor u izvedbi.Osjetljivost na pojedinačne kvarova.Odvojeni fizičkiputevi za svaki par ulaz – izlaz.Jednostavno upravljanje.

10


11/35


Komutacija kolaKomutacija sa jednom kaskadom

11

Definisati komutaciono polje sa slike!N = 6M = 4Broj komutatora = 3, od čega svi imaju 2 ulaza i 3 izlaza.Da li je ovo komutaciono polje omogućava potpunu dostupnost?Ovo komutaciono polje ne omogućava potpunu dostupnost (npr. ulaz 1 se ne možepovezati sa izlazom 4).

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4


12/35


Komutacija kolaBlokirajuće i neblokirajuće strukture

Neblokir ajuće strukture u striktnom smislu (SNB): Uvijek se može uspostavitiveza izmeđubilo kog para slobodnih ulaz – izlaza bez mijenjanja aranžmana već uspostavljenihputeva.Neblokirajućestrukture u širem smislu (WSNB): Isto kao prethodno, s tim da se trebajuslijediti određena pravila. Ova pravila sprječavaju ulazak u stanja u kojima se put nebimogao uspostaviti.Rearanžibilno neblokirajuća struktura (RNB): Kod njih se aranžman uspostavljenihputeva može mijenjati ( reaeanžiranje ) u cilju uspostavljanja novog puta.

12


13/35



Banyan komutator (Ulaz 2 se ne može vezati na Izlaz 2, ako su Ulaz 1 i Izlaz 1 već povezani )

Rearanžirajuća neblokirajuća komutacija

13


14/35



Primjeri za rearanžiranje (Ulaz 1 – Izlaz 4): Slika 1 – Blokiran; Slika 2 – Omogućenouspostavljanje veze.

14


15/35


Komutacija kolaKomutacija sa više kaskada

15

n – broj ulaza u jedan komutator izposmatrane kaskadek – broj izlaza iz jednog komutatoraiz posmatrane kaskadem – broj komutatora u posmatranojkaskadi

2 3

3

3 2

3

I kaskada II kaskada

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

n k

m

Šta je standardno (Clos) povezivanje kaskada? Ako posmatramo veze izlaza i - tog komutatora posmatrane kaskade sa komutatorima sljedeće kaskade,onda se za ostvarivanje tih veza koristi sljedeći princip: prvi izlaz se vezuje za i - ti ulaz prvog komutatorasledeće kaskade, drugi izlaz se vezuje za i - ti ulaz drugog komutatora sledeće kaskade i tako redom do zadnjegizlaza koji se vezuje za i - ti ulaz zadnjeg komutatora sledeće kaskade.


16/35


Komutacija kolaKomutacija sa tri kaskade (najčešće izvedbe)

O

16

Sa N je obelježen ukupan broj ulaza u komutaciono polje, a sa M ukupan broj izlaza iz komutacionogpolja.

1

2

m

1

2

n

n

n

k

k

k

~

k

~

k

~

k

~

m

~

n

~

n

~

n

n k

m k

m~

k ~

m

~

n~

m

I kaskada II kaskada III kaskada

N M

~ ~

C n,m,k,m,n

Oznaka ovakvog komutacionog polja je:

Ako je ispunjen uslov:

~

k k

Onda se ovo polje zove

trokaskadna Closova struktura


17/35


Komutacija kolaKomutacija sa tri kaskade (najčešće izvedbe)

Koliki je ukupan broj prekidača sa komutacionog polja sa prethodnog slajda?

17

~ ~ ~

3S mnk kmm mkn Po pitanju potpune dostupnosti, trokaskadne Clossove strukture su potpuno dostupnepri čemu postoji više potencijalnih putanja između bilo kojih posmatranih ulaza i izlaza.

Closov uslov određuje kakvog je tipa Closova trokaskadna struktura po pitanjublokade (blokirajuća ili neblokirajuća).Closov uslov glasi (gdje je k – broj komutatora u srednjoj kaskadi):

~k n n 1

Ako je ispunjen Closov uslov komutaciono polje je neblokirajuće, usuprotnom je blokirajuće!

Da li je Closova struktura neblokirajuća ili do blokade ipak može da dođe?

Napomena : Postoje i tz. iterativne kaskadne strukture (n >3) i tz. koordinatna strukturakomutatora.


18/35


Komutacija kolaBenešova komutacija

Bene š komutator ili tz. Bene š mreža NxN, sastoji se od ulaznih, izlaznih i dva paralelnameđusloja.Svaki ulazni sloj može usmjeriti vezu prema jednom sklopu u međusloju.Karakteristike: neblokirajućikomutator.Međusloj je udvostručen dimenzije N/2 (za primjer na slici 4x4)

18


19/35


Komutacija kolaBenešova komutacija

Broj prespojnih tačaka u Benešovoj mreži je reda NlogN, što je izuzetno dobar rezultat, tj. cijena realizacije ovakve mreže je relativno niska.Nedostatak ove mreže je potreba za brzim upravljačkimalgoritmom, kojiuspostavlja puteve između ulaza i izlaza. On se izvršava na centralnojupravljačkoj jedinici. Zbogtoga su Benešove mreže manje tražene za brzukomutaciju paketa, u kojoj putevi koje koriste paketi moraju biti određeni u vrlokratkom vremenu.

19


20/35


Komutacija kolaDigitalna komutaciona polja (TDM ili PCM)

Navedeni alternativni nazivi proističu iz toga što se na ulazima i izlazima ovihkomutacionih polja dovode/odvode vremenski multipleksirani signali.U vremenski multipleksiranom signalu koji ulazi u komutaciono polje postoji ukupno zkanala. Svi ulazi u komutaciono polje su identični po strukturi (isti broj kanala, svaki kanal

sadrži isti broj bita, svaki kanal isto traje) i fazno su usaglašeni. Identično važi i za izlazekomutacionog polja. Jednu TDM (PCM) strukturu od z kanala nazivamo ram i ovastruktura se periodično ponavlja sa periodom. Navedena perioda odgovara frekvenciji od8 kHz. Frekvencija od 8kHz je izabrana jer se govorni signal odabire sa tom frekvencijom.Jedan kanal ima 8 bita i u njega se smiješta odmjerak govornog signala (svaki odmerakgovornog signala se u bloku A/D konverzije koduje sa 8 bita po A zakonu kompresije uEvropi).

20

Kom. polje

1 2 z

ram

1 2 z

ram

1 2 z

ram

1 2 z

ram

1

N

1

M


21/35



Moderne telefonske centrale koriste digitalna komutaciona polja za realizaciju komutacionog bloka.Komutacioni blok omogućava potpunu dostupnost tj. bilo koji kanal sa bilo kog PCM ulaza se možepovezati sa bilo kojim kanalom bilo kog PCM izlaza. Međutim, svi korisnici centrale ne komuniciraju uisto vreme, pa čak ni u času najvećeg opterećenja (čas najvećeg opterećenja je čas u toku dana kad jecentrala najviše opterećena tj. kad najviše korisnika pokušava da ostvari komunikaciju). Stoga seučesnički blokovi projektuju tako da vrše funkciju koncentracije tj. na njih se priključi višekorisnika negošto ima kanala u PCM signalima koji povezuju taj učesnički blok sa komutacionim blokom.Može desiti blokada korisnika. Blokada predstavlja slučaj kad korisnik pokuša da ostvari vezu u slučajukad su svi kanali u PCM signalima tog učesničkog bloka ka komutacionom bloku zauzeti pa traženaveza ne može da se ostvari i korisničkizahtev za uspostavom veze bude odbijen. Isto važi i za suprotansmijer kad neko pokušava da ostvari vezu sa korisnikom koji je priključenna učesnički blok kojem sutakođe u tom trenutku zauzeti svi kanali u PCM signalima koji taj učesnički blok vezuju sa komutacionimblokom.

Korisničkokomutaciono polje se projektuje tako da vj erovatnoća blokade u času najvećeg opterećenjabude maksimalno 1% i otuda se stepen koncentracije tipično kreće u opsegu od 1:4 ( četiriputa višekorisnika je priključenona učesnički blok od maksimalnog broja veza koje taj učesnički blok možeistovremeno da uspostavi sa komutacionim blokom) do 1:8, eventualno u ruralnim sredinama do 1:12.Tipičnose učesnički blok povezuje sa komutacionim blokom sa jednim ili dva PCM-a od 32 kanala kojiomogućavaju 32 ili 64 veze istovremeno.

21


22/35



Komutatori koji se koriste su:Vremenski T komutator.Prostorni S komutator.Multipleksni vremenski komutator.

22

T komutator može da mijenja raspored kanala u okviru PCM signala, ali ne može damijenja pripadnost kanala PCM signalu tj. ne može da postavi odm jerak iz nekogkanala u drugi PCM signal.S komutator može da mijenja pripadnost nekog kanala između različitih PCM-ova, aline i poziciju kanala.Multipleksni vremenski komutator može da mijenja i poziciju kanala i pripadnost poPCM signalima.


23/35



Mjerenje blokiranja u komutacionim mrežamaVjerovatnoća da je ulaz zauzet (S – prosječno vrijeme zauzeća linije; λ –brzinaprenosa po ulaznoj liniji): a= λS.Vjerovatnoća da je put između bilo koja 2 komutatora u komutacionoj mreži zauzet

je p = an/k (k=>n).Vjerovatnoća da je određeni put, od nekog ulaznog komutatora do nekog izlaznogkomutatora zauzet je: 1 - (1-p)^2 gdje je (1-p)^ 2 vjerovatnoća da su i ulazna iizlazna međuveza slobodne .Vjerovatnoća da je svih k puteva između nekog ulaznog komutatora i nekogizlaznog komutatora zauzeti je: B = ((1 – (1- an/k )^2)^k, što se još naziva i Lee –

jeva aproksimacija.

23


24/35


Komutacija paketaPodaci se prenose u malim paketima obično oko 1000 okteta.Veće poruke se dijele u manje pakete.Svaki paket sadrži korisničke informacije uz kontrolne informacije i informacije potrebne zaadresiranje, tj, usmjeravanje.Paketi se primaju, kratko spremaju (buffered) i šalju na sljedeći čvor (Store and forward).

Pakete se koristi na dva načina:Datagram.Virtual circuit.

24


25/35


Komutacija paketaGenerička arhitektura rutera.

25


26/35


Komutacija paketaRazlike između komutacije i rutiranja.

Komutiranje: Kretanje paketa od ruterovog ulaza ka odgovarajućem izlazu rutera.(Proces prolaska kroz jedno međučvorište).Rutiranje: Određivanje rute paketa od izvora ka odredištu. (Proces planiranja rute).

26


27/35


28/35


Komutacija paketaOsobine koje se očekuju:Ispravnost.Jednostavnost.Robusnost.Stabilnost.Poštenost.Optimalnost.Efikasnost.

Usmjeravanje paketa:Odluke o usmjeravanju se obično donose na osnovi znanja o mreži (ali ne uvijek).Distribuirano usmjeravanje:

Čvorovi koriste lokalno znanje.Mogu skupljati znanje od susjednih čvorova.

Mogu koristiti znanje od čvorova na potencijalnoj ruti.Centralno usmjeravanje:Skuplja informacije od svih čvorova.

Kada se vrši osvježavanje?Kada se obnavljaju informacije o mreži u čvorovima.Fiksno – nema obnavljanja.Promjenjivo – redovita obnavljanja.

28


29/35


Komutacija paketaStrategije usmjeravanja:

Fiksno (ili statičko).Poplavljivanje ( Flooding).Slučajno (Random).Prilagodljivo (Adaptive).

Fiksno usmjeravanje:Jedna trajna ruta za svaki par izvor - odredište.Rute se određuju korištenjem algoritma za određivanjem najjeftinijeg ili najbržeg puta.Ruta ostaje fiksna dok ne dođe do promjene u topologiji.

Poplavljivanje:Ne traži ikakvo znanje o mreži.Čvor šalje pakete svakom susjedu.Dolazni pakete se retransmitiraju prema svakom linku vezi osim prema dolaznom linku.Na kraju će vjerojatno nekoliko kopija doći do odredišta.Svaki paket se jedinstveno označava tako da se kopije mogu odbaciti.Čvorovi mogu zapamtiti već poslane pakete .Može se staviti brojač hopova u pakete.

29


30/35


Komutacija paketaPoplavljivanje:Svaka moguća ruta će biti isprobana - Vrlo robusno!Barem jedan paket će proći minimalnom rutom.Može se iskoristiti za uspostavu virtualne linije.Svi čvorovi će biti posjećeni- Korisno za distribuiranje informacija.

Slučajno usmjeravanje:Čvor odabere jedan odlazni put za primljeni paket.Odabir može biti slučajan iliround-robin.Može se odabrati odlazni put na temelju izračuna vjerojatnoće.Nema potrebe za poznavanjem mreže.Ruta obično ne ispadne najkraća.

Adaptivno usmjeravanje:Koristi se na skoro svim mrežama.

Odabiri ruta se mijenjaju kako se mijenaj stanje na mreži (greške, ispadi ; zagušenje).Traži znanje o mreži.Odluke su kompleksnije.Kompromis između kvalitete informacija o mreži i dodatnog opterećenja.Prebrzo reagiranje može izazvati osciliranje.Pomaže kod kontrole zagušenja.Kompleksan sistem za realizaciju.

30


31/35

ZADAĆA

Pročitati prva dva poglavlja knjige M. Škrbića,Komutacioni sistemi str. (1 - 50)1. Koji je osnovni nedostatak komutatora s jednostrukim putem i koji komutatori

pripadaju toj skupini?2. Blokirajućikomutatori. – Kako se izvodi eliminacija blokiranja u komutatorima?3. Zašto se uvode stupnjevi u komutatorima?4. Dimenzionirajte neblokirajućuClos mrežu dimenzije 8x8!5. Mreže sa višestrukimputevima – Kako se uvodi veći broj puteva u komutatore s

jednostrukim putem?6. Konekcijski mod – Za koje vrste veza je nužno upotrijebiti konekcijski mod?7. Koja je dimenzija komutacijskih elemenata Banyan komutatora?

31


32/35

ZADAĆAZadatak za samostalan rad:

Zadata je Opća struktura Clos komutatora (Charles Clos, 1953) - simetrična arhitektura (broj ulaza jednak broju izlaza) i broj komutatora unutarnjeg stupnja jednak broju izlaza/ulaza komutacijskogelementa ulaznog/izlaznog stupnja

Višestupanjskikomutator omogućuje smanjenje broja potrebnih komutacijskih elemenata uodnosu na jednostupanjski komutator tipa Crossbar. Za trostupanjski komutator brojkomutacijskih elemenata iznosi: 2kN + k(N/n)^2, što je manje nego za jednostupanjski (N^2).

U skladu sa kriterijem za neblokirajuću arhitekturu potrebno je zadovoljiti:n = (N/2)^(1/2), k > 2n – 1, Broj komutacijskih elemenata ≥ 4N [(2N )^(1/2)- 1].

32


33/35

ZADAĆAZadatak 1 za samostalan rad:

Dizajnirajte trostupanjski komutator 200 x 200 (N = 200), sa k = 4 i n = 20!Rješenje:

U prvom stupnju potrebno je N/n = 10 Crossbar komutatora s tim da je svaki dimenzije 20 x 4.U drugom stupnju treba biti 4 Crossbar komutatora, svaki dimenzije 10 x 10.U trećem stupnju je potrebno 10 Crossbar komutatora dimnezije 4 x 20.Ukupni broj spojnih tačaka je 2kN + k(N/n)^2, odnosno 2000 komutacijskih elemenata.Jednostupanjski komutator bi sadržavao 40000 komutacijskih elemenata, a zadani trostupanjskisvega 5% od tog iznosa.

33


34/35


35/35

35

PITANJA?

Documents

Komutacijske TehnikePredavanje 2 FSK