CENTRAL TELEFONICA ELECTROMECANICA En lugar de utilizar tantos teléfonos y cables, la red telefónica se organizó de manera que cada abonado tenga sólo un teléfono y un par de cables para comunicarse con los demás. Para lograr esto fue necesario introducir un mecanismo de “conmutación” que permita seleccionar la línea apropiada para
hablar con la persona deseada, como se indica en la siguiente configuración:
Estas máquinas, sustituyeron sustituyeron los oídos y brazos humanos de la la operadora, en uso a comienzos del siglo XX. El abonado indicaba en el disco de su teléfono, el número del teléfono con el que deseaba comunicarse, para luego poner en movimiento un mecanismo, que realizaba todo el trabajo de comunicación, entre ambas líneas. El abonado indicaba en el disco de su teléfono, el número del teléfono con el que deseaba comunicarse, para luego poner en movimiento un mecanismo, que realizaba todo el trabajo de comunicación, entre ambas líneas. Estas utilizaban técnicas donde el mando de la central que realizaba la conmutación era un mecanismo que producía la apertura y cierre de relés electromecánicos, que permitían el paso de las señales telefónicas a través del conmutador en forma de señales analógicas, tal como llegan al nodo de conmutación. Utilizando este mecanismo logramos que al tener que conectar una nueva persona para comunicarla con las demás no sea necesario llevar un cable y un teléfono a c/u del resto sino que es suficiente con agregar un teléfono y un único cable que lo
conecte al mecanismo de conmutación. Se entiende ahora como mecanismo de conmutación al área encerrada entre las líneas de puntos del dibujo anterior, que podrán estar concentradas en un sitio.
En la figura de la izquierda arriba, para que A pueda hablar con B es necesario llevar las lla ves indicadas como „La‟ y „Lb‟ a las posiciones mostradas. A este procedimiento de modificar la posición de las llaves para enrutar la llamada entre dos personas es a lo que se denomina “conmutación”. La primera entidad de
conmutación fue, por supuesto, el operador que era la persona encargada de cerrar las llaves necesarias para establecer el vínculo y que fue supremo durante unos 16 años luego de la invención del teléfono. La persona que deseaba hacer una llamada debía informar a la oficina central, donde estaba el operador, de la necesidad de servicio. Para ello los primeros teléfonos venían equipados con un generador eléctrico a manivela (parecido a la dínamo de las bicicletas) el cuál se hacía girar vigorosamente para notificar al operador del deseo de servicio. Más tarde, esta manivela se reemplazó por una corriente continua que se hacía correr al levantar el teléfono y que encendía una lámpara de un tablero en la posición del operador. El operador respondía al llamado pidiendo el número con el cual la persona se quería comunicar haciendo luego las conexiones correspondientes para establecer la vía de comunicación. La conexión se realizaba insertando una clavija en un tablero de conexiones como se indica en la figura siguiente:
Las primeras máquinas automáticas de conmutación, tenían que emular la tarea del operador, en espíritu, pero no en detalle. Se tuvo que hacer un agregado al aparato telefónico (el discado ) para permitir la comunicación en una forma aceptable con la máquina automática de conmutación. Se tuvieron que proveer medios para comunicar información al usuario sin utilizar la voz (por ej. tono de discado en lugar de “número por favor”, tono de llamado en lugar de “estoy llamando a dicho número” tono de ocupado versus “dicho número está ocupado”).
Se tuvieron que proveer medios para seleccionar el trayecto y establecer la vía de comunicación cerrando conmutadores primero mecánicos y luego electrónicos en lugar de insertar clavijas en un tablero. Las máquinas automáticas nacieron por necesidad. Una de las primeras en aparecer y lejos el diseño que tuvo más éxito es la atribuida a Almond B. Strowger de la ciudad de Kansas en los Estados Unidos. Patentada en 1889 e instalada por primera vez en La Porte (Indiana) el 3 de Noviembre de 1892, el concepto es bastante sencillo y continúa siendo usado en varias partes del mundo aún en estos días.
El sistema diseñado por Strowger era completamente electromecánico. Estaba formado por electroimanes y relés electromagnéticos. Los llamados eran enrutados bajo el completo control del discado del usuario. A las llaves Strowger se las denomina selectores de dos movimientos: los contactos que llevan la llamada pueden moverse hacia arriba verticalmente o hacer barridos horizontalmente. Este es el movimiento que encamina la llamada a tr avés del sistema. No existe ningún control central. Cada número discado opera una llave diferente, y cada llave puede ocuparse únicamente de una única llamada a la vez. El control se va moviendo a través de toda la central a medida que se establece la llamada. Es un sistema distribuido, y la central Strowger es denominada con frecuencia central paso a paso. Esto es una buena descripción de su forma de trabajar: si el usuario que llama disca un “2” la llave Strowger da dos pasos hacia
arriba subiendo dos niveles, luego, busca la siguiente llave que este libre barriendo a través de todos los terminales posibles. El contacto se detiene en el terminal conectado a la primer llave libre que encuentra y esta llave es la que recibe el siguiente número discado. De esta forma, la llamada se enruta a si misma a través de toda la central.
En el ejemplo de la figura, el abonado llamante desea conectarse con el abonado cuyo número es el 7584. Al levantar el teléfono su línea es conectada automáticamente a través de un selector a un circuito libre el cual le envía un tono
invitándolo a discar. Este circuito a su vez está conectado a otro selector de manera que cuando el abonado disque el primer dígito del número deseado, cada pulso del discado hace que el selector suba un nivel. Este se para en el nivel 7, y durante la pausa interdígito, es decir, mientras el discado vuelve a su posición de reposo , el selector rota automáticamente alrededor de su eje vertical ( no indicado en la figura ) y se para en la primer salida que encuentra libre de las que están presentes en el nivel 7. Este nivel a su vez también está conectado a un selector que procede de la misma forma que el anterior al recibir el segundo dígito. El proceso así se repite hasta que el último dígito completa la conexión con el abonado deseado. Las centrales Crossbar, que fueron inventadas por L.M. Ericsson de Suecia, son más recientes que las equivalentes de Strowger. Tienen en común que ambas usan llaves electromecánicas. Sin embargo en los sistemas Crossbar cada llave puede manejar más de una llamada a la vez y todos los números discados son almacenados en un registro de enrutamiento antes del posicionamiento de la llave. De esta forma, vemos que el sistema Crossbar tiene una forma de control central a pesar que también es electromecánica. El término “Crossbar” o “barras cruzadas” pr oviene de la utilización de barras
horizontales y verticales cruzadas para seleccionar inicialmente los contactos. Una vez establecidos, estos contactos son mantenidos a través de electroimanes alimentados con corriente continua que pasa a través del circuito establecido. Los diseños modernos han evolucionado a partir de la Crossbar. En primer lugar, las llaves fueron miniaturizadas inicialmente a través del uso de relés de lengüeta (reed relays) y más tarde mediante el uso de dispositivos de estado sólido. En segundo lugar, el área de control se ha ido convirtiendo paulatinamente a estado sólido de manera tal que un controlador moderno es muy similar a, y a veces lo es, una computadora digital. Esta combinación constituye una central telefónica electrónica moderna. Su evolución podría verse como debida principalmente a la disponibilidad de nueva tecnología, pero de hecho lo inverso es cierto en muchas áreas. Las telecomunicaciones han sido las que manejaron a la tecnología en lugar de ser manejadas por ella. Basta con recordar que el transistor, el elemento fundador de la industria electrónica moderna, fue descubierto en los Laboratorios Bell de Telefonía. MATRICES DE CONMUTACIÓN
Una forma simplificada de representar la Figura anterior es la indicada a continuación: En esta figura, se representan con un círculo los puntos de cruce entre las distintas líneas telefónicas. Un punto de cruce abierto es aquel en el que no existe contacto eléctrico. Un punto de cruce cerrado o activo es aquel en el que existe un contacto eléctrico. De esta forma, en esta figura queda establecido el vínculo para que pueda hablar A con B. Las otras dos combinaciones que se pueden dar en este sistema son las siguientes:
Vemos que son necesarios 3 puntos de cruce para comunicar a tres teléfonos entre sí. Los puntos de cruce son agrupados en matrices con puntos de acceso que se multiplican a lo largo de filas y columnas (m entradas y n salidas) como se muestra en la siguiente figura:
Cada conexión se establece entre un punto de acceso vertical (una columna) y un punto de acceso horizontal (fila) cerrando el contacto (punto de cruce) en la
intersección de la fila y la columna correspondientes a los puntos de acceso. Durante la llamada, un único punto de cruce está activado (cerrado) por fila y por columna. Este tipo de matriz, es utilizada para conectar cualquiera de las m entradas con cualquiera de la n salida. El número de puntos de cruce es m x n. Normalmente, no es económico (excepto en centrales muy pequeñas) tener todas las salidas y entradas interconectadas a través de una única y gran matriz de conmutación con tantos puntos de cruce. En este tipo de matriz el bloqueo interno es cero, esto significa que si una de la n salida está libre, siempre podrá ser accedida por una de las m entradas. En una matriz con bloqueo interno se acepta que aun cuando la salida a la que se quiere acceder está libre, existe una probabilidad de que no exista un trayecto disponible para conectar a la salida con la entrada llamante. Para reducir el número de puntos de cruce en una red de conmutación, también es posible diseñar estructuras en la cual hay entradas que no tienen acceso a todas las salidas. En este caso, se dice que la accesibilidad es limitada, sino, se dice que es completa. Utilizando una matriz de conmutación para conectar a 8 abonados entre sí nos llevaría al siguiente esquema:
Si nos ponemos a pensar un poco, nos daremos cuenta que el peor caso posible se da cuando la mitad de los abonados se encuentra hablando con la otra mitad. Este hecho se considera en la figura siguiente, donde se ve que el número de puntos de cruce de conmutación se reduce en un factor de 2 y aun así es posible conectar a cualquier abonado con cualquier otro en cualquier instante (esto es, la red continúa siendo sin bloqueo). Así, para 8 teléfonos vamos a necesitar 28 puntos de cruce (8×7/2 = 28) como se indica a continuación:
El máximo número posible de conversaciones es 4 (la mitad de los abonados hablando con la otra mitad). En la práctica, es poco probable que todos los abonados estén usando el teléfono al mismo tiempo (la probabilidad se aproxima a cero a medida que crece el número de abonados), y sería extravagantemente innecesario e impracticable proveer un equipo con dicha capacidad. En lugar de esto, es suficiente en la práctica proveer el equipamiento necesario para satisfacer el pico promedio de tráfico (generalmente, en el orden del 10% de las líneas activas). Si decidiéramos proveer un máximo de 2 conversaciones entre los 8 abonados, deberíamos utilizar el siguiente arreglo en donde los puntos de cruce se reducen de 28 a 16:
La figura muestra al abonado B hablando con el F y al E con el C. Cualquier otro abonado que en ese momento desee conectarse no podrá ya que no existen puntos de cruce disponibles para efectuar la conexión. Sin embargo, para un número práctico de líneas, una red de conmutación se organiza en tres etapas para economizar puntos de cruce (aunque para el caso particular de 8 abonados los puntos de cruce aumentan de 16 a 20). Para el ejemplo anterior, la red nos quedaría así:
La etapa que se encuentra más a la izquierda es la etapa de concentración, que concentra 8 líneas a 2 enlaces. La etapa central, es la etapa de distribución, que
provee acceso completo desde cualquier entrada a cualquier salida. La etapa que se encuentra más a la derecha es la etapa de expansión, en la que se expanden 2 enlaces a 8 líneas.
