Digitale Vermittlungssysteme: Subsysteme und Grundfunktionen

Subsysteme digitaler Vermittlungssysteme

Netzwerk-Subsystem (Digitale Verbindung)

Seine Rolle besteht darin, die Verbindung herzustellen:

• zwischen Teilnehmern (Zahlungsverkehr/Verbindung);
• zwischen Vermittlungsstellen (Trunks);
• zwischen gebündelten Teilnehmern durch die Schaltstufe.

Zentralprozessor-Subsystem

• Es übernimmt die Steuerung der Netzwerkverbindung und enthält die Programme und Daten, die erforderlich sind, um Verbindungen auf- und abzubauen. Zusätzlich erfasst es alle Daten und sendet diese an das Input/Output-Subsystem.
• Dieses Subsystem ist in vielen Systemen dupliziert (redundant).

Input/Output-Subsystem

Die Schnittstelle ermöglicht es der Zentrale, Kontakt mit der Außenwelt aufzunehmen. Dazu gehören alle Elemente, die sich nicht in der Vermittlungsstelle selbst befinden:

• Kontakt mit der Außenwelt (z. B. für Abrechnung/Zahlung);
• Verbindung zu anderen Vermittlungsstellen;
• Terminals für Betrieb und Wartung.

Hier sind alle Geräte, die zur Steuerung und Erfüllung der Funktionen beitragen:

• Aufzeichnungen (Records);
• Sender (Emittenten);
• Empfangseinheiten;
• Preisfindung (Tarifierung);
• Synchronisation (Sync);
• Zeitsteuerung (Timing).

Kapitel 6: Die grundlegenden Funktionen (Teil I)

Die grundlegenden Funktionen sind:

• Interkonnektion (Zusammenschaltung);
• Steuerung (Regelung/Control);
• Signalisierungsfunktion mit Teilnehmer-Endgeräten;
• Signalisierungsfunktion mit anderen Vermittlungsstellen;
• Betriebsfunktionen;
• Synchronisation;
• Zeitsteuerung (Temporisierung);
• Paketvermittlung.

Zusammenschaltung (Interkonnektion)

Das Vermittlungssystem muss in der Lage sein, Kommunikationskanäle zwischen allen Teilnehmern einer bestimmten Zentrale sowie zwischen Teilnehmern und anderen Vermittlungsstellen herzustellen. Diese Verbindung erfolgt über das Netz.

Steuerung (Control)

Die Steuerung ist möglicherweise die komplexeste Funktion. Sie besteht aus der Integration einer großen Anzahl sekundärer Funktionen, die zusammen die Systemsteuerung bilden.

Da sich diese sekundären Funktionen von System zu System unterscheiden, können sie nicht einzeln als grundlegende Funktionen betrachtet werden.

Allgemeine Funktionen der digitalen Vermittlungstechnik

Die Vermittlung trägt die Bedeutung der Vernetzung von Terminalgruppen, die in der Größe variieren – von einer Nation mit einer großen Bevölkerung bis hin zu einem isolierten Individuum oder einer Gruppe.

Signalisierungsfunktion mit Teilnehmer-Endgeräten

In der Zentrale ist es für das Vermittlungssystem notwendig, eine Reihe von Signalen auszutauschen (zu empfangen und zu senden), um einen Dialog mit dem Teilnehmer-Endgerät zu ermöglichen. Dies erlaubt Maßnahmen wie:

• Erkennen, dass ein Teilnehmer eine Verbindung aufbauen möchte;
• Benachrichtigen des Teilnehmer-Endgeräts, dass ein Anruf für ihn bestimmt ist;
• Übermittlung der gewählten Informationen, um einen Anruf aufzubauen;
• Informieren des Terminals über eine Überlastung, wenn die angeforderte Verbindung nicht hergestellt werden kann.

Diese Informationen stehen in engem Zusammenhang mit der Schnittstelle der Teilnehmeranschlussleitungen, sind aber nicht ausschließlich auf diese beschränkt. Die Zentrale kann das Terminal anweisen, mit dem Senden von Signalen (Ziffern) zu beginnen.

Signalisierungsfunktion mit anderen Vermittlungsstellen

Da ein Telekommunikationsnetz aus einer Reihe von Vermittlungsstellen (zusammen mit anderen Elementen) besteht, ist es erforderlich, dass zwei oder mehr Vermittlungsstellen zusammenarbeiten, um die Kommunikation zwischen zwei Endgeräten, die an verschiedenen Zentralen angeschlossen sind, zu ermöglichen.

Es ist daher notwendig, dass die Vermittlungsstelle eine Funktion enthält, die den Austausch von Signalen zwischen den Stellen unterstützt.

Diese Funktion steht im Zusammenhang mit der Schnittstelle zu anderen Einrichtungen (genannt zentrale Links), aber auch mit Komponenten der gemeinsamen Kanal-Signalisierung und sogar der Steuerung.

Die grundlegenden Funktionen (Teil II)

Betriebsfunktionen

Es ist notwendig, dass die Netzwerksysteme eine Reihe von Funktionen für Betrieb, Wartung, Administration und Planung unterstützen, um einen rationalen und wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen.

Synchronisation

Beim Aufbau digitaler Netze (wie ISDN – Integrated Services Digital Network), in denen Vermittlungsstellen mit digitaler Übertragung miteinander verbunden sind, ist eine unvermeidbare Synchronisation zwischen den verschiedenen Vermittlungssystemen im Netzwerk erforderlich.

Andernfalls führt dies zu unerwünschten Nebenwirkungen, die sich negativ auf die Qualität der vom Netzwerk bereitgestellten Dienste auswirken.

Synchronisation bedeutet, dass alle digitalen Stationen im Netzwerk mit einem identischen oder in Frequenz und Phase so eng wie möglich übereinstimmenden Grundtakt arbeiten.

Um dieses Ziel zu erreichen, verfügen die Zentralen über interne und externe Referenzuhren sowie Verfahren zur Auswahl der geeigneten Uhr, abhängig von der Netzwerksituation.

Zeitsteuerung (Timing)

Die Aufgabe der Zeitsteuerung im Vermittlungssystem besteht darin, aus einem generierten Taktsignal eine Vielzahl von grundlegenden Zeitreferenzsignalen abzuleiten, um einen harmonisierten Betrieb des gesamten Vermittlungssystems zu ermöglichen.

Paketvermittlung

Wenn ein leitungsvermitteltes ISDN (Integrated Services Digital Network) bereitgestellt wird, setzt dies voraus, dass die Vermittlungsstelle (PBX) den Anschluss von Endgeräten unterstützt, die bestimmte Dienste benötigen, welche das digitale System möglicherweise nicht direkt über Leitungsvermittlung bereitstellen kann (z. B. Dienste, die Paketvermittlungsfunktionen erfordern).

Daher müssen digitale Vermittlungsstellen Komponenten integrieren (vorzugsweise direkt in das Vermittlungssystem), die in der Lage sind, Protokolle und Informationsmerkmale von Paketvermittlungsnetzen zu verarbeiten.

Buch 2: Telekommunikation und Telefonie-Konzepte

Das Wort Telekommunikation bedeutet Kommunikation über Distanz. Unter Kommunikation verstehen wir den Austausch von Informationen zwischen Menschen, zwischen Menschen und Maschinen oder zwischen Maschinen untereinander. Die Distanz kann dabei von wenigen Metern (z. B. Rechner-zu-Rechner-Kommunikation) bis hin zu Tausenden oder sogar Millionen von Kilometern (z. B. Kommunikation eines Raumfahrzeugs mit seiner Leitstelle) variieren.

Das allgemeine Modell der Telekommunikation

Das allgemeine Modell besteht aus einer Quelle, in der Informationen generiert werden, und einem Empfänger. Beim Empfänger werden die Informationen in einer für Menschen oder Maschinen verständlichen Weise präsentiert. Die Quelle wird als Quell-Anschluss (Source Terminal) und der Empfänger als Präsentations-Anschluss (Presentation Terminal) bezeichnet.

Der Prozess der Übermittlung von Informationen vom Quell-Anschluss zum Präsentations-Anschluss wird als Übertragung bezeichnet. Die Übermittlung erfolgt in Form von elektrischer Energie, die sich durch das entsprechende physikalische Übertragungsmedium fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Da die ursprüngliche Form der Information in der Regel nicht elektrisch ist (sondern in Form von Tönen, Bildern oder Textdokumenten vorliegt), ist es notwendig, die ursprüngliche Form in eine elektrische Form zu transformieren, um die Übertragung durchzuführen. Umgekehrt muss die elektrische Form beim Empfänger wieder in eine für die Sinnesorgane wahrnehmbare Form umgewandelt werden.

Diese Transformationen werden am Quell- bzw. Präsentations-Anschluss durch Komponenten vorgenommen, die als Wandler (Transducer) bezeichnet werden. Beispielsweise ist eine TV-Kamera ein Wandler, der aufgenommene Bilder in elektrischen Strom umwandelt. Die elektrische Darstellung der Information wird als elektrisches Signal oder einfach Signal bezeichnet.

Als spezifisches Beispiel für den allgemeinen Begriff der Telekommunikation betrachten wir die Telefonie, die in den Telekommunikationskursen I, II und III behandelt wird.

Definition der Telefonie

Telefonie ist die Wissenschaft, die darauf abzielt, die Schallübertragung zu realisieren. Sie umfasst das Studium und die Anwendung der Mittel und Verfahren für den Transport von Schall. Telefongesellschaften können daher als Transportunternehmen betrachtet werden. Die Kunden liefern den Schall, und die Aufgabe der Unternehmen ist es, diesen mit minimalen Verlusten an die Adresse des Empfängers zu transportieren.

Wie im allgemeinen Modell gibt es auch in der Telefonie ein Element, in dem Informationen generiert werden, und einen Empfänger, der diese in einer für Menschen verständlichen Weise präsentiert. Da die telefonische Kommunikation in beide Richtungen erfolgt, sind die beiden Endgeräte identisch und werden als Teilnehmer-Endgerät oder Telefon bezeichnet.

Einteilung der Telefonie nach dem Übertragungsmedium

1. Drahtgebunden (Wired): Hierbei werden elektrische Signalleitungen als Übertragungsmedium verwendet (die sogenannte Teilnehmeranschlussleitung). Dieser Text konzentriert sich auf diese Form der Telefonie.
2. Drahtlos (Wireless): Die elektrische Signalübertragung erfolgt ohne physischen Leiter (das Medium ist die Luft).

Da die ursprüngliche Form der telefonischen Information Schall (Stimme) ist, muss sie zur Durchführung der Übertragung in eine elektrische Form umgewandelt werden. Umgekehrt muss die Information beim Empfänger wieder in Schall (Stimme) umgewandelt werden, damit der Teilnehmer auf der anderen Seite sie hören kann.

Das Mikrofon des Telefons übernimmt die Funktion, Schall in elektrische Stromschwankungen umzuwandeln, die dann als Sendesignal über das Übertragungsmedium geleitet werden. Die Aufgabe des Telefonhörers ist es, diese Stromschwankungen wieder in Schall umzuwandeln.

Offensichtlich kann diese Transformation nicht beliebig erfolgen. Die Schalländerungen müssen exakt auf die empfangenen Stromänderungen reagieren, um die vom Mikrofon erfassten ursprünglichen Klänge originalgetreu zu reproduzieren.

Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und Netzwerke

Die Abbildung (nicht vorhanden, aber impliziert) zeigt zwei miteinander verbundene Endgeräte. Diese Verbindungsform wird als Punkt-zu-Punkt-Verbindung bezeichnet. Telekommunikation ist fast immer bidirektional, wobei jedes der beiden Geräte einen Eingang und einen Ausgang haben muss, um die Kommunikation zu ermöglichen.

Um drei Endgeräte zu verbinden, benötigen wir drei Leitungen, die jeweils einen Zwei-Wege-Anschluss (Eingang und Ausgang) an jedem Endgerät bereitstellen. Die Komplexität und die wirtschaftlichen Kosten dieser Verbindung sind im Vergleich zur vorherigen gestiegen. Es wird mehr Ausrüstung benötigt, und die Geräte sind komplexer, da sie mehr Ein- und Ausgangsmöglichkeiten haben.

Betrachten wir nun fünf Endgeräte, die alle miteinander verbunden werden sollen. In diesem Fall werden neun Leitungen benötigt, und jedes Terminal benötigt vier Eingangs- und vier Ausgangswege. Die Komplexität und die wirtschaftlichen Kosten steigen erneut. Wenn die Terminals so verbunden sind, dass jeder Teilnehmer mit jedem anderen verbunden ist, spricht man von voller Konnektivität.

Wenn die Anzahl der Endgeräte wächst und die Kosten sowie die Komplexität der vollen Konnektivität zu hoch werden, muss eine alternative Verbindungsform in Betracht gezogen werden. Diese neue Form der Verbindung nennen wir Telekommunikationsnetzwerk.

Der Knoten und die Vermittlungsfunktion

Das einfachste Netzwerk, das wir aufbauen können, besteht aus einer Reihe von Endgeräten, die an einem zentralen Punkt angeschlossen sind. Dieser Punkt wird Knoten genannt. Seine Funktion ist es, einen einzigen Kommunikationspfad zwischen jedem Paar von Endgeräten herzustellen, die miteinander kommunizieren möchten.

Die Komplexität dieser Anordnung ist geringer als bei der vollen Konnektivität. Es wird weniger Ausrüstung benötigt, und die Endgeräte benötigen nur einen Eingangs- und einen Ausgangsweg.

Der Knoten ist dafür verantwortlich, die relevanten Verbindungen herzustellen und die verschiedenen Endgeräte zu verbinden, die kommunizieren möchten. Diese Funktion wird Schalten (Switching) genannt.

Die wirtschaftlichen Kosten dieser Lösung sind, selbst unter Berücksichtigung der Existenz des Knotens, besser als die Lösung der vollen Konnektivität. Da in der Praxis viele geografisch entfernte Endgeräte miteinander kommunizieren müssen, ist die Lösung des Telekommunikationsnetzwerks von großer Bedeutung.

Betrachten wir nun einen großen geografischen Bereich. Es gibt drei Gruppen von Endgeräten, die an drei Knoten angeschlossen sind. Im Gegenzug sind diese drei Knoten miteinander verbunden, um die Kommunikation zwischen den Endgeräten aller drei Gruppen zu ermöglichen.

Das Netz stellt die notwendigen Kommunikationskanäle zur Verfügung, um Verbindungen herzustellen. Es handelt sich um eine organisierte Gruppe von Ressourcen, die allen Nutzern zugutekommt. Das Netzwerk stellt Verbindungen nur bei Bedarf her, im Gegensatz zur vollen Konnektivität, bei der die Anschlüsse dauerhaft bestehen, auch wenn der Teilnehmer nicht kommuniziert.

Der Signalzugriff auf das Netzwerk, das Routing und die Übertragung müssen durch eine bestimmte Organisation oder Disziplin geregelt werden. Diese Verfahrensregeln werden als Protokolle bezeichnet.

Die Protokolle verwenden spezielle Signale, die selbst keine Informationen übertragen, aber für die Telekommunikation unerlässlich sind. Die Gesamtheit dieser Signale wird als Signalisierung bezeichnet.

Übertragung, Vermittlung und Signalisierung

Das öffentliche Fernsprechnetz (PSTN, Public Switched Telephone Network) wurde für die Übertragung von Ton (Stimme) geschaffen. Seine Struktur ist identisch mit dem allgemeinen Telekommunikationsnetz, das wir betrachtet haben, mit dem Unterschied, dass der Knoten im Telefonnetz als Vermittlungsstelle (Zentrale) bezeichnet wird.

Wir verbinden drei Gruppen von Telefon-Endgeräten, die an drei Vermittlungsstellen angeschlossen sind. Im Gegenzug sind diese Vermittlungsstellen miteinander verbunden, um die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern zu ermöglichen.

Das Telefonnetz ist ein System, das die wirtschaftlichen Kosten für die Kommunikation zwischen zwei Endgeräten reduziert, da die Übertragungsmedien und die Vermittlungseinrichtungen geteilt werden. Der Zweck des Netzwerks ist der Transport von Informationen von einer Quelle zu einem Ziel.

Dieses Netz ist vermittelt (geschaltet): Wenn ein Quell-Endgerät ein Ziel-Endgerät wählt, ist das Netz dafür verantwortlich, einen Pfad zwischen ihnen herzustellen, wobei die Vermittlungsstellen die notwendigen Routenänderungen vornehmen.

Der Vermittlungsvorgang wird vom Netz selbst überwacht, da die Kommunikation zwischen den Teilnehmer-Endgeräten und der Zentrale durch spezielle Zeichen (die wir Signalisierung nennen) gesteuert wird.

Ablauf eines Anrufs: Die Rolle der Signalisierung und Vermittlung

Betrachten wir, was passiert, wenn ein Teilnehmer einen Anruf tätigt:

1. Der Teilnehmer nimmt den Hörer ab. Die Vermittlungsstelle (TK-Anlage) erkennt, dass der Teilnehmer eine Verbindung aufbauen möchte.
2. Unmittelbar sendet die Zentrale ein Dauersignal, das Freizeichen, um anzuzeigen, dass der Teilnehmer die Rufnummer des Angerufenen wählen kann.
3. Der Anrufer wählt die Rufnummer, die in Form eines elektrischen Signals an die angeschlossene Vermittlungsstelle gesendet wird. Diese Schritte sind ein Beispiel für die Signalfunktion des Telefonnetzes.
4. Nach der Rufnummernverarbeitung muss der Anrufer über die beteiligten Vermittlungsstellen und Anschlüsse mit dem Angerufenen verbunden werden.
5. Diese Vermittlungsfunktion ist nicht in den Telefonen, sondern in den zentralen Vermittlungsstellen konzentriert. Die Vermittlungsstellen müssen die Schaltfunktion ausführen, die, wie der gesamte Prozess, von der Signalfunktion des Netzes überwacht wird.
6. Signale müssen an die rufende Partei gesendet werden, damit diese weiß, ob der Angerufene besetzt oder frei ist. Gleichzeitig muss, wenn der Angerufene frei ist, ein anderes Signal gesendet werden (das Rufsignal), das das Mobilteil des Angerufenen klingeln lässt. Diese Schritte sind weitere Beispiele für die Signalfunktion des Netzes.
7. Schließlich bleiben die beiden Teilnehmer während des Gesprächs verbunden und übertragen das Informationssignal über die Übertragungsmedien. Dieser letzte Schritt, zusammen mit der Übertragung verschiedener Signalisierungssignale, ist ein Beispiel für die Übertragungsfunktion des Netzes.

Wenn das Gespräch beendet ist, trennen sich die beiden Teilnehmer. Es folgen verschiedene Zusatzfunktionen, wie beispielsweise die Abrechnung des Anrufs beim Anrufer. Es ist offensichtlich, dass die Erledigung dieser und weiterer Aufgaben ein gewisses Maß an Intelligenz im PSTN erfordert.