Conmutación (CX)

En las redes de comunicaciones, la conmutación se considera como la acción de establecer una vía, un camino, de extremo a extremo entre dos puntos, un emisor (Tx) y un receptor (Rx) a través de nodos o equipos de transmisión. La conmutación permite la entrega de la señal desde el origen hasta el destino requerido.

Adicionalmente, la conmutación (switching en inglés) representa una de las capas de los nuevos modelos de redes. La capa Conmutación, también conocida como capa 2, permite a los nodos asignar direcciones y adjuntar datos a una señal.

Básicamente, existen dos tipos básicos de arquitecturas de redes de comunicación: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. En la conmutación de circuitos, el camino (llamado “circuito”) entre los extremos del proceso de comunicación se mantiene de forma permanente mientras dura la comunicación, de forma que es posible mantener un flujo continuo de información entre dichos extremos. Este es el caso de la telefonía convencional. 

En la conmutación de paquetes, no existe un circuito permanente entre los extremos y, la red, simplemente, se dedica a encaminar paquete a paquete la información entre los usuarios. Existen también técnicas de conmutación, menos extendidas, como la Conmutación de canales.

Conmutación de circuitos

Se denomina Conmutación de circuitos (Circuit Switching en inglés) al establecimiento, por parte de una red de comunicaciones, de una vía dedicada exclusiva y temporalmente (o “circuito”) a la transmisión de extremo a extremo entre dos puntos, un emisor y un receptor.

En la conmutación de circuitos, se busca y define una vía extremo-a-extremo con un ancho de banda fijo específico durante toda de la sesión. La red recibe desde el extremo emisor, una dirección que identifica al extremo destinatario y establece un “camino” hacia dicho destino. Cuando finaliza la sesión, la vía se libera y puede ser utilizada por un nuevo circuito.

   

La comunicación por conmutación de circuitos implica tres fases: el establecimiento del circuito, la transferencia de datos y la desconexión del circuito. Una vez que el camino entre el origen y el destino queda fijado, queda reservado un ancho de banda fijo hasta que la comunicación se termine.

Su ventaja principal radica en que una vez establecido el circuito su disponibilidad es muy alta, puesto que se garantiza este camino entre ambos extremos independientemente del flujo de información. Su principal inconveniente reside en consumir muchos recursos del sistema mientras dura la comunicación, independientemente de lo que en la realidad pudiera requerir.

Para tráfico de voz, en que suelen circular datos (voz) continuamente, puede ser un método bastante eficaz ya que el único retardo es el establecimiento de la conexión, y luego no hay retardos de nodo en nodo (al estar ya establecido el canal y no tener que procesar ningún nodo ninguna información) .

La red pública de telefonía utiliza conmutación de circuitos. Su arquitectura es la siguiente:

Abonados: son las estaciones de la red.Bucle local: es la conexión del abonado a la red. Esta conexión, como es de corta distancia, se suele hacer con un par trenzado.Centrales: son aquellos nodos a los que se conectan los abonados (centrales finales) o nodos intermedios entre nodo y nodo (centrales intermedias).

Líneas principales: son las líneas que conectan nodo a nodo. Suelen usar multiplicación por división en frecuencias o por división en el tiempo.

En general puede decirse que ambas técnicas de conmutación pueden emplearse bajos los siguientes criterios:

Tráfico constanteRetardos fijosSistemas orientados a conexiónSensitivos a pérdidas de la conexiónOrientados a voz u otras aplicaciones en tiempo real

Conmutación de paquetes

Se denomina Conmutación de Paquetes (Packet Switching en inglés) al establecimiento, por parte de una red de comunicaciones, de un intercambio de bloques de información (o “paquetes”) con un tamaño específico entre dos puntos, un emisor y un receptor. En el origen, extremo emisor, la información se divide en “paquetes”, un paquete es un grupo de que consta información de dos partes: los datos propiamente dichos y la información de control, que especifica la ruta a seguir a lo largo de la red hasta el destino del paquete. Existe un límite superior para el tamaño de los paquetes; si se excede, es necesario dividir el paquete en otros más pequeños. los tipos de datos que se manejan en este "medio" son: voz, datos, multimedia. Estos paquetes indican la dirección del destinatario, cada paquete contiene además de datos, un encabezado con información de control (prioridad y direcciones de origen y destino).

Los paquetes se transmiten a través de la red y, posteriormente, son reensamblados en el destino obteniendo así el mensaje original. En cada nodo de red, un paquete puede ser almacenado brevemente y encaminado dependiendo de la información de la cabecera. De esta forma,

pueden existir múltiples vías o “caminos” de un punto a otro, siendo gestionado por la red el camino óptimo. Las redes basadas en la conmutación de paquetes evitan que mensajes de gran longitud signifiquen grandes intervalos de espera ya que limitan el tamaño de los mensajes transmitidos. La red puede transmitir mensajes de longitud variable pero con una longitud máxima.

La conmutación de paquetes resulta más adecuada para la transmisión de datos comparada con la conmutación de circuitos. 

Su principal ventaja es que únicamente consume recursos del sistema cuando se envía (o se recibe) un paquete, quedando el sistema libre para manejar otros paquetes con otras información o de otros usuarios. Por tanto, la conmutación de paquetes permite inherentemente la compartición de recursos entre usuarios y entre informaciones de tipo y origen distinto.

Este es caso de internet. Su inconveniente reside en las dificultades en el manejo de informaciones de tiempo real, como la voz, es decir, que requieren que los paquetes de datos que la componen lleguen con un retardo apropiado y en el orden requerido. Evidentemente las redes de conmutación de paquetes son capaces de manejar informaciones de timpo real, pero lo hacen a costa de aumentar su complejidad y sus capacidades.

En general puede decirse que ambas técnicas de conmutación pueden emplearse bajos los siguientes criterios:

Tráfico en ráfagasRetardos variablesOrientados a no conexión (pero no es una regla)Sensitivos a pérdida de datosOrientados a aplicaciones de datos

Conmutación de mensajes

Este método era el usado por los sistemas telegráficos  siendo el más antiguo que existe. Para transmitir un mensaje a un receptor, el emisor debe enviar primero el mensaje completo a un nodo intermedio el cual lo encola en la cola donde almacena los mensajes que le son enviados por otros nodos. Luego, cuando llega su turno, lo reenviará a otro y éste a otro y así las veces que sean necesarias antes de llegar al receptor. El mensaje deberá ser almacenado por completo y de forma temporal en el nodo intermedio antes de poder ser reenviado al siguiente, por lo que los nodos temporales deben tener una gran capacidad de almacenamiento.

 Ventajas

Se multiplexan mensajes de varios procesos hacia un mismo destino, y viceversa, sin que los solicitantes deban esperar a que se libere el circuito. El canal se libera mucho antes que en la conmutación de circuitos, lo que reduce el tiempo de espera necesario para que otro remitente envíe mensajes.

No hay circuitos ocupados que estén inactivos. Mejor aprovechamiento del canal.

Si hay error de comunicación se retransmite una menor cantidad de datos.

Desventajas

Se añade información extra de encaminamiento (cabecera del mensaje) a la comunicación. Si esta información representa un porcentaje apreciable del tamaño del mensaje el rendimiento del canal (información útil/información transmitida) disminuye.

Mayor complejidad en los nodos intermedios:

Ahora necesitan inspeccionar la cabecera de cada mensaje para tomar decisiones de encaminamiento.

También deben examinar los datos del mensaje para comprobar que se ha recibido sin errores.

También necesitan disponer de memoria (discos duros) y capacidad de procesamiento para almacenar, verificar y retransmitir el mensaje completo.

Sigue sin ser viable la comunicación interactiva entre los terminales.

Si la capacidad de almacenamiento se llena y llega un nuevo mensaje, no puede ser almacenado y se perderá definitivamente.

Un mensaje puede acaparar una conexión de un nodo a otro mientras transmite un mensaje, lo que lo incapacita para poder ser usado por otros nodos.

Conmutación Digital 

En el entorno de telefonía se refiere al establecimiento de conexiones a través de un centro de conmutación o central telefónica mediante operaciones con señales digitalizadas, es decir, sin convertirlas a su forma analógica original. Las señales de datos están normalmente en forma digital (excepto cuando se convierten a analógicas mediante un módem), por lo tanto, el término "conmutación digital" raramente se utiliza en relación con datos porque las señales siguen siendo digitales aunque puedan conmutarse en base a un circuito conmutado.

   

La transmisión digital se conoce desde hace mucho tiempo bajo la forma telegráfica, que fue una de las primeras maneras utilizadas en comunicaciones eléctricas. Justamente, por ese motivo, el de usar señales digitales, permitió que se materializara primero las centrales de conmutación de Telex que en telefonía.

El progreso tecnológico recién impulsa una verdadera evolución para las aplicaciones telefónicas en la década del 70. Las señales telefónicas son esencialmente analógicas por naturaleza y su conversión digital implica transformaciones sucesivas (muestreo-cuantificación y codificación).

Las ventajas de la transmisión digital son dobles: por una parte la economía material que implica el desarrollo tecnológico y por otra parte la digitalización de la información transmitida permite mezclar muy fácilmente, en el mismo multiplexor, señales de distinta naturaleza: telefonía, Telex, facsímil, datos, etc.

Vale decir que la transmisión digital permite obtener la integración de servicios, es decir, RDSI.

Las centrales de conmutación telefónicas conmutan vías digitales sin efectuar conversiones intermedias digital-analógico ni tampoco de multiplexar las vías temporales. En consecuencia se unen directamente al múltiplex de transmisión y cumplen funciones sin equivalencias en la conmutación espacial.

CONMUTACIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL

En la actualidad las centrales de conmutación son digitales, con lo que el control de la conmutación se realiza mediante programas, por lo que básicamente todas las centrales disponen de los siguientes  bloques:

·         Sistemas de conmutación.·         Sistemas de control.

Conmutación espacial, también llamada SDM  (Space División Multiplexing), consiste en el establecimiento de un camino físico entre la entrada y la salida, manteniéndose durante el tiempo que dure la comunicación (Se usa para comunicaciones analógicas).

Consiste en una transferencia física de un múltiplex a otro; se realiza en los conmutadores espaciales. Dicha transferencia de bits es instantánea, por lo que no implica modificación en los intervalos de tiempo de canal.

Tomando en cuenta que las técnicas M.I.C. convierte las señales analógicas de frecuencia vocal en señales digitales, y que la M.D.T. (Multiplexaje por División en el Tiempo) permite aprovechar el espacio entre dos muestras consecutivas del mismo canal, para introducir muestras de otros canales, con lo que pueden comunicarse varios canales sobre la misma vía física, de un modo

prácticamente simultaneo. Tenemos ahí pues, las principales técnicas utilizadas para la conmutación espacial.

La conmutación espacial consiste, pues, en la asignación de unos pocos caminos a muchos usuarios. Lo que se comparte entre los muchos usuarios son unos pocos "espacios" físicos (conductores) para que su comunicación fluya.

La conmutación espacial se realiza en los llamados conmutadores espaciales, conociéndose estas etapas de conmutación como etapas espaciales o etapas S.

Conmutación temporal, también llamada TDM (Time División Multiplexing)  que consiste en el muestreo de una señal analógica en el tiempo (Conmutación digital) (Sistema MIC)

Consiste en un almacenamiento del contenido de un canal en una memoria, durante un tiempo menor que el tiempo de una trama; dicho contenido será desde la memoria hacia el multiplex MIC saliente, modificando el canal asignado. Las etapas realizadas con conmutadores temporales, se conocen como etapas temporales o etapas T.

El conmutador temporal, a diferencia del conmutador espacial, dispone de un único múltiplex M.I.C. entrante, y un único múltiplex M.I.C. saliente, que puede ser considerado como entrante con una reorganización de sus canales.

Tanto el conmutador temporal como el espacial son capaces de realizar varios puntos de cruce simultáneamente.

En la figura  podemos ver un ejemplo de conmutación temporal en la que el conmutador temporal transfiere el contenido del canal 8 (CH8) del M.I.C. entrante hacia el canal 20 (CH20) del M.I.C. saliente, estableciendo para esta conmutación un punto de cruce temporal.

La conmutación temporal no es instantánea, pues presupone un almacenamiento en memoria, y es la causante de que las redes de conexión digital M.I.C. introduzcan un retardo en las señales, intrínseca a la conmutación.

Dado que los tiempos de trabajo de una red de conexión digital M.I.C. son del orden de microsegundos o incluso menos, obligan a que la tecnología empleada sea totalmente electrónica. Los dispositivos electromecánicos que trabajan en tiempos de milisegundos o más, son demasiado lentos.

Conmutación espacio-temporal, La conmutación espacio temporal no es más que una mezcla de la conmutación espacial y la temporal, aprovechando por ello todas las ventajas que nos proporcionan ambos modelos de conmutación.La conmutación espacio – temporal es una operación en la que el contenido de un canal M.I.C. entrante, se transfiere a otro canal de un múltiplex M.I.C. saliente escogido entre varios.

Las etapas de conmutación realizadas con conmutadores espacio – temporales, se conocen  como etapas  espacio – temporales  o etapas ST.

El conmutador espacio – temporal transfiere el contenido del canal (CH8) del múltiplex  M.I.C. entrante 18, hacia el canal 12 (CH12) del múltiplex saliente 14, estableciendo para esta conmutación, un punto de cruce espacio – temporal.

Este punto de cruce tiene un componente espacial (cambiamos de M.I.C.), y un componente temporal (cambio de intervalo de tiempo o canal). El componente temporal introduce un retardo (en el ejemplo, de 4 intervalos de tiempo).

Aplicaciones en la Planta:

En realidad lo que nos vamos a encontrar en la planta son diversas combinaciones de etapas temporales y espaciales dependiendo del tipo de central digital al que nos refiramos.

Inicialmente las centrales  digitales sólo disponían de conmutadores temporales y espaciales en su etapa de conmutador de grupo, relacionándose a continuación las diferentes combinaciones de los tres sistemas digitales que existen en la planta actualmente:

Sistema AXE: combinación T – S – TSistema 1240: combinación S – T – SSistema 5ESS: combinación  T – S – T

Actualmente, y dadas  las evoluciones tecnológicas que experimentan este tipo de centrales, vamos a poder encontrarnos conmutadores espaciales y temporales ya no sólo en la etapa de grupo, sino que los podremos encontrar en cualquier otro elemento de la central, como por ejemplo en la etapa de línea en el caso del sistema AXE.