Universität Karlsruhe Fakultät für Informatik Universität Karlsruhe

Proseminar Rechnerkommunikation und Telefon

Vermittlung in Kommunikationsnetzen

Thomas Mickstein

Inhaltsverzeichnis

        1. Wie wird die Vermittlung realisiert?
                1.1. Aufbau der Vermittlungsstelle
                1.2. Aufgaben der Vermittlungsstellen
        2. Funktionsweise einer Vermittlungsstelle
                2.1. Nutznachrichten:
                2.2. Steuernachrichten:
        3. Koppeleinrichtungen
                3.1. Koppelelemente
                        3.1.1. Koppelpunkte
                        3.1.2. Koppelreihe
                        3.1.3. Koppelvielfach
        4. Arten der Vermittlung
                4.1. Leitungsvermittlung
                4.2. Speichervermittlung
        5. Steuerung des Vermittlungssystems
                5.1. Steuerung in digitalen Vermittlungsstellen
                        5.1.1. Zentrale Steuerung
                        5.1.2. Teilzentrale Steuerung
                        5.1.3. Dezentrale Steuerung
        Literatur

1. Wie wird die Vermittlung realisiert?

Die Vermittlung in Kommunikationsnetzen, wird in sogenannten Vermittlungsstellen (auch Netzknoten genannt) mit Hilfe von Vermittlungssystemen realisiert. Ein Vermittlungssystem ist ein spezielles System, welches in Netzknoten zur Vermittlung oder Verteilung von Nachrichten dient. Netzknoten in Netzen sind zentrale Einrichtungen, die es ermöglichen, Nachrichten aufgrund von Zielinformationen durch das Netz zu leiten.


Vereinfachte Darstellung des Netzes

1.1. Aufbau der Vermittlungsstelle

Ein Vermittlungsstelle besteht aus mehreren Koppeleinrichtungen, welche wiederum aus Relais (Metallische Koppelpunkte) oder Transistoren ( Elektronische Koppelpunkte) oder optischen Koppelpunkten bestehen, die bei einem Verbindungswunsch die Leitung innerhalb des Vermittlungssystems freischalten und somit die Verbindung zur nächsten Vermittlungsstelle oder zum angerufenen Teilnehmer aufbauen. Untereinander sind die Vermittlungsstellen mit Leitungsbündeln verbunden. Die Endeinrichtungen am Netz werden durch Anschlussleitungen (Asl) zu den Vermittlungsstellen (Netzknoten) geführt. Nicht alle Vermittlungsstellen besitzen auch angeschlossene Endeinrichtungen; Transitvermittlungsstellen (Fernvermittlungsstellen und Auslandsvermittlungsstellen) schalten nur Leitungsbündel.

1.2. Aufgaben der Vermittlungsstellen

Die Vermittlungsstellen verbinden im weitesten Sinne immer Eingänge und Ausgänge miteinander. Die Vermittlungsstelle hat die Aufgabe, die Nachricht eines anrufenden Teilnehmers zu einem anderen, den angerufenen Teilnehmer durchzuschalten. Am Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern sind, bedingt durch die Netzstruktur des Fernmeldenetzes, oft mehrere Vermittlungsstellen in den verschiedenen Netzebenen beteiligt. Vermittlungsstellen stellen also ein Koppelfeld dar, welches in der Praxis sehr unterschiedlich aufgebaut sein kann.

2. Funktionsweise einer Vermittlungsstelle

Zum Verbindungsaufbau zwischen zwei Teilnehmern werden bestimmte Steuerzeichen benötigt, welche vom anrufenden Teilnehmer über das Telefon oder Modem an die Vermittlungsstelle gesendet werden, wodurch die technischen Einrichtungen die eigentliche Zusammenschaltung realisieren können. Nach Beendigung des Nachrichtenaustausches müssen die beteiligten technischen Einrichtungen wieder ausgelöst werden, um wieder für neue Verbindungswünsche zur Verfügung stehen zu können. Außerdem gibt es auch noch Vermittlungssysteme, die Schaltaufträge von Netzmanagementsystemen erhalten und unabhängig von Teilnehmern agieren. Die Vermittlungsstelle muss für den Schaltauftrag eine Wegsuche veranlassen, welche durch zentrale Steuerungen oder auch mehrere verteilte Steuerungen geschieht. Für den Verbindungsaufbau sind verschiedene Informationen oder Nachrichten erforderlich.

2.1. Nutznachrichten:

2.2. Steuernachrichten:

Typische Steuernachrichten sind:

3. Koppeleinrichtungen

Koppeleinrichtungen (Switching Network), oft auch Koppelanordnungen genannt, sind die zentralen Funktionselemente von Vermittlungsstellen. Sie stellen eine wahlweise Verbindung von Zubringer- und Abnehmerleitung für die Dauer einer Nachrichtenübertragung her. Die Gesamtheit der Koppeleinrichtungen einer Vermittlungsstelle wird als Koppelnetz bezeichnet. Strukturell zusammenhängende Teile eines Koppelnetzes werden Koppelfeld genannt. Die Gesamtheit aller derjenigen Koppelfelder einer Koppelanordnung, die strukturell an gleicher Stelle liegen, heißt Koppelstufe. Aus benachbarten Koppelstufen gebildete Gruppierungseinheiten werden Koppelgruppe genannt.

3.1. Koppelelemente

Als ein Koppelelement bezeichnet man eine elementare Schalteinrichtung in Koppeleinrichtungen, die Leitungen verbindet.

3.1.1. Koppelpunkte

Ein Koppelpunkt / Crosspoint besteht aus Koppelelementen, die eine, zwei oder mehrere Leitungen über gemeinsam geschaltete mechanische, elektronische oder optische Kontakte verbindet. Die Anordnung von Koppelpunkten zu technischen Funktionseinheiten stellen die Koppelreihe und das Koppelvielfach dar. Im allgemeinen ist ein Koppelpunkt ein mehradriger Kontakt , der eine ankommende mit einer abgehenden Leitung temporär verbindet. Bild eines mechanischen Koppelpunktes


Darstellung eines mechanischen Koppelpunktes

3.1.2. Koppelreihe

Eine Koppelreihe besteht aus einer ankommenden Leitung, die wahlweise mit einer von k abgehenden Leitungen verbunden werden kann. Sie ist also aus mehreren hintereinander geschalteten Koppelpunkten aufgebaut, welche alle die selbe ankommende Leitung haben.

Symbole für eine Koppeleinrichtungen:


Symbol für eine Koppeleinrichtungen


Symbol für eine Koppeleinrichtungen

Wähler: Ein Wähler ist ein elektromagnetisch betätigtes Schrittschaltwerk mit den Hauptbestandteilen Schrittschaltwerk, Schaltarmsatz und Kontaktbank. Nach der Art der möglichen Bewegung des Schrittschaltwerkes unterscheidet man Drehwähler und Hebdrehwähler. Die Schaltarme eines Drehwählers werden nur gedreht, während Hebdrehwähler zwei Bewegungen ausführen können: Hebdrehwähler können die Schaltarme heben und danach drehen.

3.1.3. Koppelvielfach

Ein Koppelvielfach besteht aus einer Anordnung von i Koppelreihen mit k vielfachgeschalteten Ausgängen. Ein Koppelvielfach erlaubt, dass von jeder ankommenden Leitung zu jeder freien abgehenden Leitung durchgeschaltet werden kann.

4. Arten der Vermittlung

Es gibt zwei Arten bei der Vermittlung bzw. Verbindung zwischen ankommenden und abgehenden Leitungen einer oder mehrerer Vermittlungsstellen.

4.1. Leitungsvermittlung

Werden für die Dauer des Verbindungsaufbaus innerhalb des Vermittlungssystems bestimmte Leitungswege zur Zusammen- oder Durchschaltung genutzt, bezeichnet man diese Art der Durchschaltung als Leitungs- oder Durchschaltevermittlung. In einem idealen Koppelfeld geht man davon aus, das theoretisch jeder Eingang mit jedem Ausgang jederzeit verbunden werden könnte. In der Praxis allerdings geht man davon aus, dass immer nur eine begrenzte Zahl von Eingängen ( z.B. Teilnehmern) gleichzeitig belegt sind und Fernsprechverkehr erzeugen. Aufgrund dieser Tatsache können die Vermittlungsstellen bzw. deren "innere Verbindungswege" so dimensioniert werden, dass sie sowohl den technischen Anforderungen (zu erwartende Fernsprech- Verkehrslast) als auch den wirtschaftlichen Gesichtpunkten Rechnung tragen. Innerhalb einer Leitungsvermittlung kann also nur eine begrenzte Anzahl von Verbindungen gleichzeitig durchgeschaltet werden. Sind alle Leitungswege belegt, führt jeder weitere Durchschaltversuch unweigerlich zu Verlusten, das heißt, ein Teilnehmer, der zu diesem Zeitpunkt einen Verbindungswunsch hat, bekommt ein "Besetzt" Zeichen. Die Höhe des Verlustes an Vermittlungswünschen stellt ein Maß für die Leistungsfähigkeit eines Vermittlungssystems dar.

Die Koppeleinrichtungen einer Leitungsvermittlung, bei der also für jede einzelne Durchschaltung bzw. Verbindung fest zugeordnete Leitungen für die Dauer der Verbindung zusammengeschaltet werden, bezeichnet man als Multiplex. Typische Vertreter eines Raumvielfaches sind Koppelfelder mit elektromechanischen Kopplern (z.B. elektromechanische Wähler oder Koordinatenschalter). In einem Raumvielfach werden Koppelelement für die gesamte Dauer einer Verbindung geschaltet. Hierzu stehen unterschiedliche Technologien bereit:

Metallische Koppelpunkte:

Elektronische Koppelpunkte:

Optische Koppelpunkte:

4.2. Speichervermittlung

Bei der Speicher- Vermittlung, werden die Nachrichten, die über die Eingangsleitung zur digitalen Vermittlungsstelle geschickt werden, zunächst in einen Speicher eingelesen und zu einem späteren Zeitpunkt an eine Ausgangsleitung weitergegeben. Die Vermittlung erfolgt innerhalb der digitalen Vermittlungsstelle über PCM-30-Systeme durch Durchschaltung von 8-Bit-PCM-Wörtern von jeweils 30 Kanälen im Multiplexverfahren (Verbindungswege werden mehrfach ausgenutzt). In der Speichervermittlung wird von den Nachrichten der Eingangsleitung zu verschiedenen Zeitpunkten (t1 ... t32 ) Proben entnommen, bearbeitet und zu den Ausgangsleitungen durchgeschaltet. Man spricht bei dieser Art der Kopplung von einem Zeitmultiplex.

5. Steuerung des Vermittlungssystems

Zur Vermittlung bzw. Durchschaltung von Nachrichten innerhalb eines Vermittlungssystems (Vermittlungsstelle), müssen die für den Verbindungsaufbau benötigten Komponenten zur Zusammen- oder Durchschaltung veranlasst (gesteuert) werden. Die Steuerungen bewerkstelligen die Signalisierung, die Wegsuche, den Aufbau, die Überwachung und den Abbau von Nachrichtenverbindungen.

5.1. Steuerung in digitalen Vermittlungsstellen

In digitalen Vermittlungsstellen wird dass grundsätzlich mit Hilfe von programmierbaren Steuerrechnern realisiert. Werden die Steuerbefehle (Steuerlogik) als Programm in Speichern abgelegt, so nennt man sie SPC - Vermittlungssysteme. (SPC = stored program control = Speicherprogrammierbare Steuerung) Zum Beispiel kann man einen Steuerrechner für ein Vermittlungssystem verwenden, oder innerhalb eines Vermittlungssystems mehrere Steuerrechner für abgegrenzte Aufgaben einsetzten, um bestimmte Vermittlungsvorgänge zu realisieren. Die Steuerung eines digitalen Vermittlungssystem, wird grundsätzlich in folgende Steuerungsformen unterschieden.

5.1.1. Zentrale Steuerung

Alle Steueraufgaben bzw. Steuerfunktionen werden von einem zentralen Steuerwerk realisiert. Der Ausfall der Zentralsteuerung bedeutet den Ausfall der gesamten Vermittlungsstelle.

5.1.2. Teilzentrale Steuerung

Einzelne technische Einrichtungen der Vermittlungsstelle werden durch gesonderte Steuereinrichtungen gesteuert, so dass diese Aufgaben nicht durch die zentrale Steuerung übernommen werden müssen. Es werden Teilbereiche innerhalb der Gesamtsteuerung von hierarchisch untergeordneten elektronischen Steuerwerken verwaltet. Ein kurzzeitiger Ausfall der Zentralsteuerung kann durch die teilzentrale Steuerung überbrückt werden.

5.1.3. Dezentrale Steuerung

Jede Komponente, die zum Verbindungsaufbau benötigt wird, ist mit einem eigenen Steuerrechner ausgerüstet, so dass jede Systemkomponente ihren Teil zum Verbindungsaufbau beitragen kann. Der Ausfall eines einzelnen Steuerrechners macht sich für den gesamten Verbindungsaufbau kaum bemerkbar.

Literatur

  [Universität Karlsruhe] [Institut für Technische Informatik] [E-Mail an Autor]  
Letzte Änderung: 2002-06-13 11:10:23