e7580 Commutation telephonique - Autocommutateurs des reseau.pdf1455146089-1

Dossier délivré pour
Madame, Monsieur
08/09/2008
Commutation téléphonique
Autocommutateurs des réseaux publics
par
Jean-Baptiste JACOB
Ingénieur de l’École Nationale Supérieure des Télécommunications (ENST)
et
Corentin PENN
1.
1.1
1.2
Réseau de commutation téléphonique ..............................................
Bref historique. Avènement de la commutation temporelle ...................
Mutation des réseaux téléphoniques.........................................................
2.
2.1
2.2
2.3
Organisation générale d’un réseau téléphonique...........................
Structure d’une chaîne de communication ...............................................
Organisation administrative. Hiérarchisation des centres .......................
Plan de numérotage. Taxation....................................................................
—
—
—
—
7
7
7
8
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
Services offerts par le réseau téléphonique commuté .................
Services offerts aux exploitants de réseau................................................
Services offerts aux abonnés .....................................................................
Services offerts aux installations privées ..................................................
Radiotéléphone............................................................................................
—
—
—
—
—
8
8
9
11
11
4.
4.1
4.2
4.3
4.4
Trafic. Performances d’un autocommutateur..................................
Notions de trafic téléphonique ...................................................................
Performances d’écoulement du trafic........................................................
Performances en sûreté de fonctionnement .............................................
Extension et modification en fonctionnement ..........................................
—
—
—
—
—
14
14
14
15
15
5.
5.1
5.2
5.3
Signalisation..............................................................................................
Principes généraux ......................................................................................
Signalisation d’abonné ...............................................................................
Signalisation réseau ....................................................................................
—
—
—
—
16
16
16
19
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Architecture d’un autocommutateur téléphonique .......................
Architecture d’un autocommutateur numérique ......................................
Sous-système de raccordement d’abonnés ..............................................
Sous-système de raccordement de circuits ..............................................
Réseau de connexion central......................................................................
Architecture logicielle..................................................................................
—
—
—
—
—
—
22
22
24
31
33
36
7.
7.1
Présentation de quelques systèmes ...................................................
Système 12...................................................................................................
—
—
38
38
7.2
7.3
Système ESS no 5........................................................................................
Système AXE 10 ..........................................................................................
—
—
39
40
3 - 1995
8.
8.1
8.2
8.3
8.4
Considérations technico-économiques .............................................
Modularité matérielle ..................................................................................
Exploitation technique ................................................................................
Coût de développement des matériels et des logiciels............................
Génération des données d’un site .............................................................
—
—
—
—
—
41
41
42
42
42
E 7 580
Docteur-Ingénieur
Ingénieur de l’Institut Supérieur d’Électronique de Paris (ISEP)
Ingénieurs à Alcatel-CIT
9.
9.1
9.2
9.3
Évolution des architectures et des techniques de commutation
Réseaux intelligents ....................................................................................
Communication personnelle ......................................................................
Technique de transfert asynchrone (ATM) ................................................
—
—
—
—
42
43
44
44
Références bibliographiques .........................................................................
—
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3
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COMMUTATION TÉLÉPHONIQUE __________________________________________________________________________________________________________
a commutation téléphonique est l’ensemble des techniques que l’on met en
œuvre afin de choisir, d’établir, de maintenir et, à la fin, de libérer les trajets
téléphoniques entre les couples d’usagers abonnés au réseau. La transmission
téléphonique assure l’échange ou le transport des informations utiles (signaux
de conversation ou données) sur les trajets ainsi établis. Les nœuds qui permettent d’établir les connexions entre les usagers en fonction de leur demande
sont les centres de commutation, communément appelés autocommutateurs,
car leur exploitation est maintenant toujours automatique. Les autocommutateurs permettent d’interconnecter, deux à deux, les voies de transmission qui
aboutissent en grand nombre à leurs accès, qu’il s’agisse de lignes d’abonnés
ou de circuits (jonctions) reliant les autocommutateurs entre eux. Pour le besoin
de l’établissement des trajets, soit entre l’abonné et son autocommutateur de
rattachement, soit entre autocommutateurs, le réseau téléphonique utilise des
échanges d’informations de commande que l’on appelle la signalisation.
L
1. Réseau de commutation
téléphonique
Le réseau téléphonique mondial permet aujourd’hui d’interconnecter 600 millions de lignes principales. C’est, à ce jour, la plus
grande machine conçue par l’homme.
Tout réseau comporte des mailles et des nœuds. Il en va de même
pour le réseau téléphonique dont les mailles sont constituées des
lignes de transmission et les nœuds représentés par les centres de
commutation. La fonction de transmission est une notion assez
simple à comprendre. En revanche, la commutation est un concept
un peu complexe.
Grâce à la commutation téléphonique et aux principes définis et
normalisés dès l’origine par l’UIT (Union Internationale des Télécommunications) et en l’occurrence l’un de ses comités, le CCITT
(Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique),
les réseaux mondiaux sont complètement interconnectés. Il est donc
possible, là où l’équipement existe, de relier très rapidement deux
usagers de n’importe quel point du monde. On voit de ce fait qu’il
existe différents types de communications.
■ Une communication est dite locale lorsque deux abonnés sont
reliés à un même central.
■ Une communication est dite urbaine, interurbaine (régionale) ou
nationale selon que les abonnés appartiennent à une même agglomération urbaine, une même région ou un même pays. On voit ainsi
assez facilement que le réseau devra être structuré en différents
niveaux et que certains autocommutateurs auront simplement une
fonction de transit, n’étant pas raccordés à des usagers.
■ Une communication est dite internationale quand elle permet de
relier des usagers appartenant à des réseaux nationaux différents.
Pour identifier un abonné à l’intérieur d’un réseau quel qu’il soit,
il faut qu’il dispose de son numéro.
C’est l’objet de ce que l’on appelle le plan de numérotage qui doit
permettre d’identifier sans équivoque tout abonné dans le monde.
Compte tenu de la croissance du trafic téléphonique, les plans de
numérotage sont un souci permanent des exploitants de réseau et
de l’UIT. C’est l’analyse de la numérotation qui permet de définir
le routage ou l’acheminement d’un appel à travers le réseau. C’est
aussi l’analyse de la numérotation qui permet de définir, en fonction
généralement de sa durée, la taxation d’une communication.
E 7 580 − 2
Il est bien évident que l’ensemble de ces fonctions de la commutation sont extrêmement complexes et que l’interconnexion des
réseaux pour assurer un service universel n’a été possible que grâce
à un très important effort de normalisation au sein du CCITT, qui
s’appelle depuis son assemblée plénière de mars 1993 à Helsinki :
ITU/T (International Telecommunication Union / Telecom
standards).
Par leur taille sans cesse plus importante, mais aussi par la
complexité des systèmes mis en œuvre et des services rendus aux
usagers, les réseaux de télécommunication sont devenus incontestablement la machine la plus importante au monde. De plus, il faut
souligner qu’un principe essentiel des réseaux téléphoniques est la
permanence du service. Des redondances d’équipements au
niveau des autocommutateurs permettent de supporter des défaillances de l’ordre de 0,9 défaut pour 1 000 abonnés et des temps de
réparation courts (§ 4). Pour pouvoir superviser et gérer de tels
réseaux, les exploitants leur ont donc superposé une fonction
d’exploitation et de maintenance qui constitue maintenant un
réseau d’exploitation et de maintenance (REM) dont l’importance
est grandissante.
Le réseau téléphonique public a donc comme fonction principale
d’assurer le service téléphonique étendu à l’échelle mondiale.
L’exploitation de ces réseaux est assurée soit par des exploitants
publics soit par des exploitants privés. La mise en relation de postes
téléphoniques appartenant à une même entreprise est assurée par
des autocommutateurs privés reliés aux réseaux publics et utilisant
les moyens de celui-ci.
Les techniques utilisées par les autocommutateurs privés sont
semblables à celle des réseaux publics.
De véritables réseaux d’entreprise peuvent être créés soit par
l’interconnexion à travers le réseau public de plusieurs autocommutateurs privés en utilisant seulement les moyens de transmission du réseau public, soit en utilisant aussi leurs propres moyens
de commutation, créant ainsi ce que l’on appelle les réseaux privés
virtuels. Enfin le service centrex qualifie une forme d’exploitation
privée dans laquelle des entreprises indépendantes, situées par
exemple dans un immeuble tour, sont desservies par un même autocommutateur qui leur procure à la fois tous les services de l’exploitation privée mais aussi le service de centre de rattachement public
tant en départ qu’en arrivée.
Les réseaux téléphoniques qu’ils soient publics ou privés fournissent, outre le service téléphonique, un certain nombre de compléments de services liés au service de base, comme l’annuaire par
Minitel, les réclamations, l’assistance (police ou pompiers), le transfert d’appel, la messagerie vocale, les conférences téléphoniques...
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__________________________________________________________________________________________________________ COMMUTATION TÉLÉPHONIQUE
Un système de commutation est donc essentiellement un
ensemble de moyens permettant de construire des commutateurs
téléphoniques avec une technologie déterminée. Si, aujourd’hui,
tous les autocommutateurs produits dans le monde entier sont à
programme enregistré (commande par calculateur) et à commutation temporelle (multiplexage numérique), cela est récent. En
effet, ce n’est qu’à la fin des années 70 que cette technologie s’est
complètement imposée, donnant naissance par une numérisation
poussée jusqu’à celle de la ligne d’abonné (l’ensemble du réseau
est numérique) au RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services). On verra, par la suite, l’évolution des systèmes en fonction
des différentes technologies.
Quel que soit le système de commutation, on peut toujours
décomposer un autocommutateur en quelques grands blocs fonctionnels, comme le montre la figure 1.
Les différentes fonctions d’un autocommutateur peuvent se
classer schématiquement dans les catégories suivantes.
■ Relations externes :
— collection et distribution d’informations sur les lignes
raccordées ;
— signalisation avec les autres centraux ;
— relation avec la fonction d’exploitation et de maintenance.
■ Décision :
— analyse des demandes de communication ;
— choix des manœuvres à exécuter ;
— enchaînement des opérations.
■ Exécution :
— mise en place et relâchement des trajets dans le réseau de
connexion ;
— commande des divers organes périphériques (jonctions...).
1.1 Bref historique. Avènement
de la commutation temporelle
Dès l’origine du téléphone et son invention par Graham Bell en
1876, la commutation est apparue nécessaire pour permettre de
relier deux à deux un ensemble de postes téléphoniques. En effet,
deux ans après l’invention du téléphone, un commutateur téléphonique manuel, qui peut être considéré comme l’ancêtre de nos
centraux téléphoniques actuels, était mis en service à New Haven.
L’histoire de la commutation téléphonique ayant fait l’objet de
nombreuses publications, on se bornera, après avoir défini les principes généraux de la commutation téléphonique et ceux d’un réseau
de télécommunication, à en décrire les grandes étapes avant d’aborder ce qui, aujourd’hui, constitue les raisons d’une mutation en profondeur du réseau téléphonique, à savoir :
— la numérisation rapide des réseaux, liée à l’introduction de la
transmission numérique et de la commutation temporelle ;
— l’évolution des réseaux téléphoniques vers des réseaux de
télécommunication multiservices grâce notamment à l’utilisation,
généralisée maintenant, de la commande à programme enregistré,
alliant les techniques de la commutation téléphonique à celles de
l’informatique. L’introduction de la signalisation par canal sémaphore CCITT no 7 a suivi cette généralisation, conduisant à de nouvelles structures des réseaux ;
— l’importance du logiciel.
Après la commutation manuelle, qui a subsisté très longtemps,
la commutation automatique a vu le jour avec plusieurs étapes qui
nous ont conduits à la généralisation de la commutation temporelle et de la commande à programme enregistré.
1.1.1 Systèmes rotatifs
1.1.1.1 Système Strowger
Figure 1 – Blocs fonctionnels d’un autocommutateur
Le brevet de base du système Strowger fut déposé en 1889, et
le premier autocommutateur fonctionna le 3 novembre 1892 à La
Porte (Indiana). Le principe de ce sélecteur consiste à connecter une
entrée sur une des 10 × 10 = 100 sorties du sélecteur grâce à un
double mouvement d’ascension le long d’un axe vertical et de rotation autour de cet axe. Chaque abonné est relié à un sélecteur qui
choisit un cordon parmi 100 lorsque l’abonné décroche son combiné.
Puis, quand l’abonné compose le premier chiffre du numéro qu’il
veut obtenir à l’aide de son cadran, chaque impulsion émise par le
cadran provoque l’ascension d’un niveau du sélecteur relié au
cordon. Pendant que le cadran revient au repos, le sélecteur tourne
autour de son axe vertical et s’arrête sur la première sortie libre du
niveau. L’abonné compose alors son deuxième chiffre qui provoque
de même la translation du sélecteur relié à cette sortie, et ainsi de
suite jusqu’à la connexion à l’abonné demandé (figure 2).
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Figure 2 – Principe d’un commutateur pas à pas
1.1.1.2 Systèmes à enregistreurs
Les systèmes à enregistreurs sont un perfectionnement des
premiers systèmes rotatifs qui, grâce à un étage appelé chercheur
d’enregistreurs, connectent l’abonné demandeur au travers de
l’étage de présélection à un enregistreur, chargé, comme son nom
l’indique, d’enregistrer le numéro de l’abonné demandé et, après
traduction, d’effectuer les commandes pour acheminer l’appel
(figure 3). On voit, ainsi, que la notion de traduction permet de disjoindre l’organisation du réseau du plan de numérotage.
Les systèmes rotatifs à enregistreurs ont connu de nombreux
développements : R6, Rotary utilisés en France, Panel aux États-Unis,
Ericsson...
On peut noter que les systèmes rotatifs à enregistreurs étaient
déjà constitués d’une partie commande et d’une partie réseau de
connexion.
Pendant la période d’utilisation des systèmes rotatifs, la téléphonie automatique avait d’abord été réservée aux abonnés d’une
même agglomération, l’établissement des communications nécessitant toujours l’intervention de deux opératrices, l’une au centre
de départ, l’autre au centre d’arrivée. Ce n’est qu’en 1951 que la
France, avec plusieurs années d’avance sur les États-Unis et la
Grande-Bretagne, allait ouvrir l’ère de l’interurbain automatique
avec une liaison de 50 circuits entre Paris et Lyon sur 550 km. Cette
date a marqué un tournant et les réseaux téléphoniques ont alors
connu un développement considérable.
1.1.2 Systèmes crossbar
Les systèmes rotatifs nécessitent des déplacements mécaniques
importants, donc subissent une usure assez rapide. Pour éviter cet
inconvénient, le suédois Betulander déposa, en 1917, le brevet d’un
sélecteur qui fut appelé crossbar car son principe consiste à mettre
en place, à l’aide d’électroaimants, deux barres croisées, l’une horizontale, l’autre verticale, à l’intersection desquelles un contact est
établi.
Ce sélecteur fut utilisé en Suède dans certains commutateurs
ruraux mais ne connut un développement important qu’à partir de
1938 avec le système ATT crossbar no 1 et surtout en 1948 le crossbar no 5.
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Figure 3 – Principe d’un commutateur à enregistreurs
En France, les systèmes crossbar furent largement introduits dans
le réseau sous forme de Pentaconta et de CP 400. Le premier
Pentaconta fut mis en service à Melun le 23 juillet 1955, tandis que
Beauvais, en système CP 400, était ouvert à l’exploitation le
31 mars 1956.
1.1.3 Systèmes électroniques
Les études exploratoires sur la commutation électronique ont
commencé en France vers 1955, au moment même où les premiers
centraux crossbar étaient mis en service. Deux éléments distinguent
les systèmes électroniques des systèmes précédents.
■ La commande dite à programme enregistré, constituée par un
arrangement de calculateurs, en structure centralisée dans les systèmes de première génération, mais actuellement de plus en plus
décentralisée : le système Alcatel E 10 a, dès le départ et le premier,
adopté une commande très décentralisée.
L’une des caractéristiques importantes des commandes à
programme enregistré est le volume important de logiciel. À titre
d’exemple, le nombre de lignes de programme pour un autocommutateur Alcatel E10 est de l’ordre de 5 millions.
■ Le réseau de connexion : les premiers systèmes à programme
enregistré ont souvent utilisé des réseaux de connexion du type
spatial constitués par des points de connexion du type électromécanique comme les relais à tiges [ESS 1, 2 et 3 (Electronic Switching
System ) d’ATT (American Telephon and Telegraph) ou le Métaconta
E11 en France] ou des minisélecteurs crossbar comme celui développé par la CGCT (Compagnie Générale de Constructions Téléphoniques) en France pour le système 11F. En réalité, pour les
réseaux de connexion de type spatial, les points de connexion électroniques n’ont pas réussi une percée significative. Des questions
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d’équivalent de transmission mais aussi des problèmes de diaphonie n’ont pas permis le développement de cette technique. À
titre d’exemple historique, on peut toutefois citer le central ESS1
d’ATT mis en service à Morris dans l’Illinois en mai 1960 et qui utilisait comme point de connexion des diodes à gaz.
En fait tous ces systèmes utilisaient à la fois un mode de transmission et de commutation analogique.
La véritable révolution qui a conduit aux réseaux d’aujourd’hui
est née de l’utilisation des techniques de multiplexage temporel tant
en transmission qu’en commutation. Aujourd’hui, le réseau numérique intégré à commutation temporelle a permis un saut technique
qui a divisé, par un facteur supérieur à deux, le coût d’un réseau
téléphonique tout en améliorant la qualité de service et en perfectionnant les fonctions d’exploitation, de gestion et de maintenance.
1.1.4 Révolution de la commutation numérique
Portée par une demande croissante de nouveaux services de
communication, commutation temporelle et transmission numériques constituent aujourd’hui les éléments de base d’un réseau
moderne. Dans ce réseau, toutes les informations sont acheminées
sous forme numérique sur des canaux à 64 kbit/s, concept de
connexité numérique. Compte tenu de l’importance de cette technique dans les réseaux actuels, il est intéressant d’en faire rapidement l’historique.
Les premiers travaux exploratoires sur le multiplexage dans le
temps furent entrepris par Deloraine, Ranson et Adams aux ÉtatsUnis et TH Flowers en Grande-Bretagne au début des années 40.
Les travaux se poursuivent ensuite dans de nombreux laboratoires
et, en 1958, les Bell Laboratories réalisent une maquette expérimentale, ESSEX, d’autocommutateurs utilisant la modulation par impulsions et codage MIC (modulations par impulsions codées).
En 1956, le British Post Office (BPO) et les cinq constructeurs
anglais de matériel de télécommunication décident de mettre en
commun leur expérience et leurs efforts de recherche en créant le
JERC (Joint Electronic Research Committee). Un autocommutateur
électronique expérimental utilisant le principe de la modulation
d’impulsions en amplitude (PAM) est mis en service à Highgate
Wood. Malheureusement l’ambition de réaliser, en 1960, un central
téléphonique temporel est trop en avance sur la technologie disponible à cette époque, et le BPO abandonne pour un temps la commutation temporelle.
Compte tenu de l’évolution technologique, de l’apparition des
transistors et des circuits intégrés, les systèmes de transmission MIC
étant normalisés à la CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et Télécommunications) et au CCITT, le CNET
(Centre National d’Études des Télécommunications) en France lance
alors le programme Platon qui aboutit à la mise en service en 1970,
à Perros-Guirec en Bretagne, du premier prototype mondial industriel d’autocommutateur temporel numérique.
À cette époque, le prix de l’équipement d’abonné et celui de la
conversion analogique/numérique étaient encore importants et l’on
considérait que la commutation temporelle devait être réservée pour
les centres de transit. L’évolution technologique et les importants
travaux de développement permirent de résoudre ce problème.
À partir de cette date, les constructeurs de matériel téléphonique
se lancent tous dans le développement de systèmes temporels, et
les congrès ISS de 1976 à Kyoto, de 1979 à Paris, et l’exposition
d’Atlanta en 1978 confirment la consécration définitive de la commutation temporelle.
Les tableaux 1, 2, 3, et 4 permettent une comparaison des caractéristiques des systèmes de commutation spatiale et temporelle. Ils
ont été établis au début des années 80, à l’époque du démarrage
industriel de la commutation temporelle, alors que les systèmes
crossbar constituaient l’essentiel des autocommutateurs en service.
Ils n’en sont que plus significatifs car, depuis cette période, l’effet
de production de masse et les progrès de la microélectronique n’ont
fait qu’accentuer ces rapports.
(0)
Tableau 1 – Avantages des centres de transit
temporels par rapport aux centres spatiaux
Gain en surface extrêmement important :
Consommation plus faible :
Coût de la maintenance (gestion centralisée) :
Capacité plus importante :
Les chiffres cités sont ceux de l’ESS 4 par rapport au crossbar no 4
(0)
Tableau 2 – Modèle de réseau pour la comparaison
de prix : analogique contre numérique
(0)
Tableau 3 – Prix moyens par circuit :
transit + transmission
(par rapport à la base 100 du numérique)
Transmission
Commutation
Prix
Analogique
Numérique
Numérique
Analogique
Spatiale
Temporelle
Spatiale
Temporelle
175
100
169
195
L’utilisation de la commutation temporelle dans les centres de
transit eut en effet une réussite éclatante à partir de 1976 :
— gain en surface au sol extrêmement important ;
— consommation nettement plus faible ;
— coût de la maintenance réduit ;
— capacité plus importante.
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Tableau 4 – Prix moyens à la consommation
(par rapport à la base 100 du numérique)
(Source PTT juillet 1981)
Commutation
Abonnés
Transit
Spatiale
Temporelle
100
58
100
19
1.2 Mutation des réseaux téléphoniques
1.2.1 Numérisation rapide des réseaux
Partout dans le monde, les réseaux téléphoniques évoluent vers
une utilisation systématique de la transmission et de la commutation numériques. Ainsi, en France, on peut, fin 1992, dresser le
bilan suivant :
■ 30 millions de lignes d’abonnés ;
90 % des abonnés sont raccordés à des autocommutateurs
numériques,
près de 50 % des circuits utilisent la signalisation par canal
sémaphore CCITT no 7 ;
■ remplacement de tous les autocommutateurs électromécaniques
en 1996, le remplacement des centraux électromécaniques se sera
donc fait en l’espace de 20 ans ;
■ si la connexité numérique est déjà une réalité, en 1997 /1998 le
réseau interurbain sera totalement interconnecté par fibres optiques
monomodes en technique de transmission numérique SDH (Synchronous Digital Hierarchy ) ;
■ si la parole reste encore bien évidemment le service de base du
réseau téléphonique, en revanche une partie non négligeable du
chiffre d’affaires de France Télécom (plus de 16 %) provient d’autres
services comme les données, notamment au travers du Minitel ;
■ le RNIS (numérisation jusqu’à l’installation d’abonné) est dans
une phase de démarrage.
Ce panorama montre bien, même si la France est en avance
dans le domaine de la numérisation du réseau de télécommunication, quelle est la tendance très nette de l’évolution. En effet, outre
les avantages de coût, les systèmes numériques permettent d’améliorer la qualité du service du réseau sur plusieurs plans :
— les bruits et distorsions ne s’accumulent plus tout au long de
la transmission comme en analogique mais sont localisés aux
extrémités au niveau de la conversion analogique-numérique ;
— la possibilité de procédure de détection et de correction
d’erreur permet d’atteindre une excellente qualité des informations
de commande, de données et de parole ;
— les capacités importantes d’acheminement d’informations de
service et leur traitement par ordinateur améliorent les performances
d’exploitation, de maintenance et de gestion du réseau.
La notion de distance a tendance à s’estomper par l’introduction
de la numérisation dans le réseau de distribution (liaisons entre
l’installation d’abonné et l’autocommutateur de rattachement) en
rapprochant l’interface de ligne d’abonné dans l’autocommutateur
avec l’installation d’abonné. Mais cela est encore plus vrai dans le
cas d’un réseau interurbain complètement intégré. L’essentiel de
l’économie provient de la possibilité d’interconnecter des autocommutateurs directement entre eux sans interposition d’équipements
d’extrémité – plus de conversion analogique-numérique.
La numérisation totale dans le réseau de distribution et, grâce
aux circuits intégrés, la possibilité de décentralisation des fonctions d’un autocommutateur permettent la réalisation de véritables
E 7 580 − 6
centres éclatés. La gamme d’autocommutateurs temporels peut
donc aller de centres ruraux de 250 abonnés (système RURTEL
d’Alcatel ou IRT 1 500 de TRT) jusqu’à des centres de transit permettant le raccordement de 60 000 circuits (liaisons intercentraux).
En conclusion, la numérisation totale a donc des répercussions sur
la structure et le coût d’un réseau auxquels viennent s’ajouter les
gains en disponibilité, temps d’intervention et personnel, du fait du
traitement informatique des fonctions d’exploitation et de maintenance.
1.2.2 Évolution vers des réseaux
de télécommunication multiservices
La transmission de la parole n’est plus, depuis longtemps, la seule
utilisation du réseau téléphonique commuté ; grâce aux circuits intégrés le coût des modems a baissé considérablement. L’utilisation de
la transmission en analogique a déjà permis de nombreuses applications de transmission de données sur les réseaux existants.
L’exemple du Minitel est sans doute le plus significatif en France,
mais il n’est pas le seul car, la qualité de la transmission s’améliorant
compte tenu de la numérisation, le réseau téléphonique commuté
est utilisé pour de nombreuses transmissions de données entre
ordinateurs.
En revanche la connexité numérique de bout en bout offre des
possibilités considérables pour de nouveaux services. Par exemple,
la visiophonie sur un ou plusieurs canaux 64 kbit /s devient
aujourd’hui possible du fait, d’une part de l’utilisation des VLSI (Very
Large Scale Integration ) mais aussi de nouvelles techniques de
compression d’images, d’autre part de la connexité numérique grâce
à la numérisation jusqu’à l’installation d’abonné.
Que le service soit rendu directement par le réseau comme c’est
le cas pour la visiophonie, ou que le service soit rendu par des serveurs extérieurs au réseau comme c’est le cas du Minitel ou de l’accès
à des réseaux de commutation par paquets, on voit donc que le
réseau téléphonique devient de plus en plus un réseau multiservice.
1.2.3 Le logiciel
Dans n’importe quel autocommutateur public, le nombre de lignes
de code pour assurer toutes les fonctionnalités est extrêmement
important, généralement plusieurs millions (environ 5 millions pour
le système Alcatel E10).
Le logiciel est donc devenu le nœud gordien de l’évolution des
systèmes de communication avec les problèmes suivants :
— maîtrise de logiciels de grande dimension ;
— réalisation, test, qualité de service, maintenance...
Les meilleures techniques de génie logiciel sont donc nécessaires
pour le développement de tels logiciels et leur adaptation aux divers
sites et à différentes configurations de structure de réseau :
— possibilité de changer de version de logiciel sans interrompre
ni perturber le trafic sur des équipements déjà installés ;
— nécessité de ne pas avoir à réécrire l’ensemble du logiciel en
cas de changement technologique des calculateurs de commande.
Outre l’utilisation de langages de programmation de haut niveau et
de la programmation structurée, l’une des caractéristiques essentielles des logiciels des autocommutateurs est donc leur portabilité.
Le problème du logiciel fait l’objet de nombreuses recherches et
actuellement la technique de programmation par objets semble
prometteuse. Toutefois il faut bien se rendre compte que les applications et les services de communication deviennent de plus en plus
complexes et que les volumes de logiciel ne feront que croître. Le
développement du logiciel des autocommutateurs est, du reste,
devenu le point majeur du coût d’un système.
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2. Organisation générale
d’un réseau téléphonique
2.1 Structure d’une chaîne
de communication
La figure 4 résume la constitution d’une chaîne de communication.
■ Le réseau de distribution constitue les moyens de relier le poste
ou l’installation d’abonné à l’autocommutateur. En fonction de la
dispersion et du trafic des abonnés, il est possible d’utiliser des
concentrateurs ou des unités distantes assurant cette fonction dans
le réseau de distribution. On notera le rôle du répartiteur d’entrée
pour permettre le brassage des lignes en fonction des modifications
et l’équilibrage du trafic à l’entrée de l’autocommutateur.
De nombreuses études sont conduites pour introduire la fibre
optique dans le réseau de distribution. Pour permettre le raccordement de groupes d’abonnés par des liaisons MIC à 2 048 Mbit/s, des
interfaces de raccordement normalisées ont été définies tant à l’ETSI
(European Telecommunication Standards Institute) qu’à l’ITU/T. Il
s’agit des interfaces communément appelées V5.1 (sans concentration) et V5.2 (avec concentration).
■ La commutation.
■ Le réseau de transmission et les faisceaux de circuits entre
centraux ; les moyens de transmission sont très variés allant actuellement des faisceaux hertziens aux câbles coaxiaux. La fibre optique
est aussi en cours d’introduction à grande échelle dans le réseau de
transmission français.
Figure 4 – Chaîne de communication
2.2 Organisation administrative.
Hiérarchisation des centres
Bien que la structure administrative varie d’un pays à l’autre, on
peut considérer que la figure 5 représente généralement l’organisation administrative d’un réseau.
■ Un centre à autonomie d’acheminement (CAA) est un autocommutateur capable d’aiguiller les communications qui lui arrivent
dans plusieurs directions, c’est-à-dire sur plusieurs faisceaux de
circuits sortants. Un tel centre peut être raccordé aux abonnés par
des unités de commutation distantes, appelées centres locaux,
assurant une concentration du trafic mais n’ayant pas l’autonomie
d’acheminement.
■ Une zone urbaine (ZU) est une zone à forte densité de population
où existe un sous-réseau destiné à l’acheminement des communications propres à cette zone. L’interface entre ce type de zone et le
réseau général peut se faire par un centre spécialisé appelé centre
nodal.
■ Le réseau interurbain est constitué de l’ensemble des autocommutateurs qui assurent l’interconnexion des différentes ZAA
(zone à autonomie d’acheminement) ou ZU entre elles. Ces autocommutateurs assurent une fonction de transit. Ils ne commutent
donc que des circuits téléphoniques sur lesquels il y a un fort taux
de trafic.
En France, compte tenu du contexte géographique et du plan de
transmission, la hiérarchie des divers centres est représentée par la
figure 6.
Figure 5 – Organisation administrative d’un réseau
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2.3.2 Taxation
La taxation d’une communication est dépendante, d’une part de
la structure de la communication, c’est-à-dire de la situation géographique des deux correspondants, d’autre part de la durée de la
communication. Le premier élément de la taxation est donc donné
par la numérotation de l’abonné demandeur. De plus en plus la
notion de distance a tendance à s’estomper devant la notion de durée
de communication (notion de zone locale élargie par exemple). Des
tables de traduction permettent donc à la fois de modifier les acheminements mais aussi les divers paliers de taxation. En effet, en
France, la taxation s’effectue par comptage d’impulsions dont l’intervalle est d’autant plus court que la communication est plus chère.
Il est également possible d’affecter la taxe, soit au demandeur – cas
le plus usuel –, soit au demandé.
3. Services offerts par le réseau
téléphonique commuté
Figure 6 – Hiérarchie des centres en France
2.3 Plan de numérotage. Taxation
Identifier un abonné dans un réseau, tel est le rôle d’un plan de
numérotage. Cela est important et permet d’une part l’acheminement, d’autre part la taxation des communications. Deux principes
de numérotation subsistent dans le monde :
— les plans de numérotation ouverts, où le numéro de l’abonné
peut avoir une longueur variable. De tels plans sont liés à la structure d’acheminement du réseau et donc peu souples. L’Allemagne
utilise un tel plan ;
— les plans fermés dans lesquels la longueur du numéro d’abonné
a une longueur fixe. C’est ce type de plan qui est utilisé le plus fréquemment et c’est le cas notamment en France. L’inconvénient de
cette méthode est de n’offrir qu’un nombre limité de numéros, ce
qui nécessite de temps à autre des modifications de numérotation.
À titre d’exemple, on peut citer le nouveau plan français qui sera
mis en œuvre en 1996.
2.3.1 Nouveau plan de numérotage en France
Le principe du nouveau plan de numérotage est que tous les
Français effectuent une numérotation à 10 chiffres du type :
✱0
ZABPQMCDU
La notion de zone particulière de Paris (16 1) disparaît donc au
profit d’un concept plus élargi de découpage du territoire téléphonique national rendu nécessaire par l’élargissement des zones dites
locales. Tous les numéros à 10 chiffres commencent par 0 qui donne
l’accès au réseau interurbain, Z désignant la zone où se trouve
l’abonné.
L’accès à l’international se fait par :
✱
00 (code du pays)...
D’autre part, pour tenir compte de la possibilité d’ouvrir l’exploitation des réseaux téléphoniques en France à d’autres exploitants
que France Télécom tant au niveau du réseau de distribution qu’au
niveau du réseau de transit, des tranches du plan de numérotage
sont réservées pour cet usage.
E 7 580 − 8
3.1 Services offerts aux exploitants
de réseau
Pour pouvoir assurer un service de haute qualité à leurs clients,
les exploitants de réseaux de télécommunication ont besoin de disposer d’outils pour assurer leur gestion et donc de disposer de services d’exploitation et de maintenance qu’on peut classer selon les
cinq domaines fonctionnels définis par l’ISO (International Standards Organization) :
— détection des fautes dans un objectif de maintenance ;
— gestion de la configuration pour pallier aux défaillances (possibilité de réacheminement...) ;
— évaluation des performances à partir de l’observation du trafic ;
— gestion de la sécurité ;
— facturation.
Initialement les fonctions d’exploitation et de maintenance étaient
effectuées directement dans les autocommutateurs. Mais les possibilités offertes par la signalisation CCITT no 7 d’une part et les
réseaux de transmission de données d’autre part, le réseau Transpac
de commutation par paquets X.25 en France par exemple, associées
aux besoins de services d’exploitation et de maintenance plus
centralisées pour tenir compte de structures de réseaux de plus en
plus complexes, ont conduit au concept de RGT (réseau de gestion
des télécommunications) (TMN Telecommunication Management
Network ). Le RGT, dans son objectif final, est en réalité un véritable
réseau superposé au réseau téléphonique commuté. De nombreuses
études ont été conduites dans les organismes de normalisation pour
définir le RGT. Elles ont abouti à la Recommandation M.3010 du
CCITT que tout le monde reconnaît comme étant l’architecture cible
du RGT. Cependant, la mise en œuvre de ces principes est loin d’avoir
été entreprise, à grande échelle, dans la gestion des réseaux publics.
En fait, dans la situation présente, des applications centralisées,
spécifiques à des services, ont été mises en œuvre.
On trouve, par exemple, en France :
— des centres de maintenance centralisée de dérangement des
lignes d’abonnés ;
— des centres de taxation centralisée ;
— un superviseur de trafic pour le réseau interurbain de France
Télécom ; il supervise 73 commutateurs de transit ;
— un centre français de supervision du trafic international.
La figure 7 donne l’architecture du réseau MIRABEL de maintenance centralisée des lignes d’abonnés.
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Il est toutefois important d’avoir une vue sur l’architecture cible
du RGT car elle devrait constituer la base des futurs réseaux de
gestion (figures 8 et 9).
offrant un service particulier. La connexion établie peut consister soit
en une connexion téléphonique offrant une bande 300-3 400 Hz, soit
en une connexion numérique transparente à 64 kbit /s.
3.2.1.2 Services spéciaux
3.2 Services offerts aux abonnés
Les services offerts aux usagers diffèrent assez d’un pays à l’autre.
La description des services sera orientée vers les services du réseau
français définis dans les spécifications françaises des services (NEF
normes d’exploitation et de fonctionnement).
3.2.1 Services sur le réseau téléphonique
3.2.1.1 Service téléphonique de base
Ce sont des services qui utilisent le service de base et qui permettent, moyennant une numérotation abrégée, des accès
spécifiques :
— accès aux opérateurs nationaux ;
— accès au service des renseignements ;
— accès au service des réclamations ;
— accès à l’agence commerciale ;
— accès au service des télégrammes téléphonés ;
— accès aux services d’urgence ;
— accès à la police ;
— accès aux services de pompiers.
Le service téléphonique permet l’établissement d’une connexion
entre deux abonnés ou bien entre un abonné et une installation
Figure 7 – Fonctionnement de MIRABEL
Figure 8 – Relations générales entre un réseau de gestion des télécommunications et un réseau de télécommunication
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Figure 9 – Architecture du réseau de gestion des télécommunications
On peut également signaler que le service téléphonique de base
permet l’accès à des serveurs de vidéotex dont l’exemple qui a
connu le développement le plus important est le Minitel en France.
Grâce au Minitel, il est possible d’accéder à un service de renseignements téléphoniques sur une base de données.
sont extrêmement nombreux. L’ETR 010 de l’ETSI est le document
de base qui permet d’étudier les services du RNIS européen : (0)
ETR 010
The ETSI basic guide on the European Integrated
services digital network
3.2.1.3 Services supplémentaires
Les services supplémentaires sont des facilités associées au service téléphonique de base. Ces services supplémentaires peuvent
être obtenus par abonnement. Toutefois, ils peuvent n’être accessibles, compte tenu des procédures qu’ils impliquent, qu’à des lignes
équipées de postes à clavier à fréquences vocales qui permettent
la transmission des signaux ✱ et :
— ligne essentielle ;
— service restreint ;
— numérotation abrégée ;
— réveil automatique ;
— appel enregistré ;
— renvoi temporaire ;
— identification d’appels malveillants ;
— abonnés absents ;
— conférence additive ;
— indication d’appel en instance ;
— interception d’appels pour raison de service ;
— renvoi d’appel sur non-réponse ;
— renvoi d’appel sur occupation ;
— non-identification d’appel.
Moyennant des ajouts d’un modem et d’un visualisateur au
poste téléphonique il est également possible d’afficher le numéro
du demandeur. Ce service est appelé identification du demandeur
en phase d’appel.
3.2.2 Services sur le RNIS.
Réseau Numéris en France
Nota : pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra se reporter à l’article
Réseau numérique à intégration de services : RNIS [TE 7 470] dans le présent traité.
Compte tenu des possibilités offertes tant au point de vue signalisation que transfert de données numériques, les services du RNIS
E 7 580 − 10
Il apparaît cependant important de définir les services supports
fournis par le RNIS aux abonnés qui sont raccordés à l’autocommutateur de rattachement par une ligne numérique du type 2B+D,
où B est un canal à 64 kbit /s et D un canal à 16 kbit /s pouvant acheminer de la signalisation d’usager ou des données. Par l’intermédiaire d’un nombre limité d’interfaces usager/réseau polyvalentes,
le RNIS fournit une série de services au moyen d’un ensemble limité
de types de connexion que l’on appelle les services supports. Grâce
à la connexité numérique, le RNIS peut fournir des services supports
en mode circuits ou des services supports en mode paquets.
3.2.2.1 Services supports en mode circuits
Ces services
— le service
— le service
— le service
sont (cf. ref NEF) :
support en mode circuit 64 kbit /s pour la parole ;
support en mode circuit 64 kbit /s audio 3,1 kHz ;
support en mode circuit 64 kbit /s sans restriction.
3.2.2.2 Services supports en mode paquets
■ Accès aux services en mode paquets sur canal B
L’accès aux services en mode paquets sur canal B permet aux usagers Numéris d’accéder au réseau public de données à commutation
de paquets (RPDCP) via une connexion à 64 kbit /s sans restriction.
Ce service (cf. Recommandation I.462 – X.31 du CCITT) permet aux
usagers, dans une configuration point à point, de communiquer via
le réseau public RNIS, sur des canaux B, dans les deux sens, simultanément et de manière continue pendant la durée de la communication, en utilisant le codage de la Recommandation X.25 du CCITT.
La connexion est établie au moyen du protocole sur le canal D.
La figure 10 donne la configuration de référence pour ce service
support.
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■ Accès aux services en mode paquets sur canal D
Plusieurs solutions existent pour l’établissement de liaisons en
mode paquets sur le canal D (Recommandation I.441 du CCITT). La
France a choisi le service de liaison logique permanente (LLP). Ce
service permet l’échange de trames, moyennant une inscription du
droit, activation et établissement de la liaison de données (LAP), sans
signalisation ni numérotation préalable. Le transfert se fait dans le
canal D à l’accès et permet, via le réseau public RNIS, d’accéder aux
services ou applications de réseaux spécialisés via un point d’accès.
La figure 11 donne la configuration de référence pour ce service
support.
— à l’équipement du réseau téléphonique en signalisation CCITT
no 7, permettant l’interconnexion de bases de données réparties
dans le réseau pour la gestion de la mobilité des abonnés.
Compte tenu de l’importance du GSM et de ses relations avec le
réseau téléphonique, il apparaît important d’en définir les grands
principes.
3.3 Services offerts aux installations
privées
Outre le raccordement de lignes groupées pour les installations
privées et la mise à disposition de liaisons louées pour la constitution
de réseaux d’entreprises, le réseau public peut également offrir des
services directs aux réseaux privés. Ce service que l’on appelle fréquemment réseau privé virtuel permet à une entreprise à implantations géographiques multiples de disposer, grâce au réseau public,
d’un réseau d’entreprise privée reliant ses différentes installations.
Ce réseau offre à l’entreprise l’apparence et les fonctions d’un réseau
privé, mais utilise en fait au maximum les ressources du réseau général. L’essentiel du service est rendu par un organe centralisé appelé
point de commande du service (PCS). L’accès au PCS se fait par
l’intermédiaire d’un commutateur d’accès au service (CAS). Le raccordement des installations privées se fait sur les commutateurs
d’abonnés de raccordement, dès lors que ceux-ci disposent de la
signalisation CCITT no 7 et de quelques fonctions supplémentaires.
Ces notions correspondent au concept de réseau intelligent que l’on
verra par la suite (§ 9.1).
Figure 10 – Configuration de référence :
accès aux services mode paquets sur canal B
3.4 Radiotéléphone
Nota : pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra se reporter à l’article
Réseaux cellulaires. Introduction [E 7 360] dans le présent traité.
Parmi les services s’appuyant sur le RTPC (réseau téléphonique
public commuté) ou le RNIS, on peut considérer qu’actuellement
c’est le radiotéléphone qui connaît le développement le plus explosif.
Ainsi après les premiers systèmes analogiques qui ont connu un
développement considérable dans les pays nordiques, l’ETSI a défini
et normalisé un système de radiotéléphonie numérique cellulaire
appelé GSM (Groupe Spécial Mobile) du nom du Comité technique
qui en a défini la normalisation. Le GSM est en cours de déploiement
dans l’ensemble de l’Europe, permettant d’établir et de maintenir
des communications de radiotéléphone sur l’ensemble du territoire
équipé. Le GSM a été défini pour la bande des 900 MHz mais il est
également applicable à la bande récemment réservée des 1 800 MHz.
Le développement d’un tel système de radiotéléphonie numérique
a été rendu possible grâce :
— au degré de miniaturisation de plus en plus poussé des circuits intégrés et à la baisse correspondante des coûts ;
— aux techniques de codage de la parole de plus en plus
sophistiquées : dans le GSM la parole est codée à 9 600 bit /s ;
Figure 11 – Configuration de référence pour la mise en œuvre
du service de liaison logique permanente : accès aux services
mode paquets sur canal D
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Les principaux objectifs d’un réseau de radiotéléphonie sont les
suivants :
— grande desserte d’abonnés ;
— utilisation efficace du spectre ;
— compatibilité à l’échelle internationale (européenne dans le
cas du GSM) ;
— disponibilité très large ;
— adaptabilité à la densité de trafic ;
— possibilité d’accès au service à partir de mobiles, de véhicules
et de portables ;
— qualité de service téléphonique ;
— services spéciaux comme la transmission de données et les
services supplémentaires.
Par exemple la télécopie de groupe 3 est possible sur le GSM.
Pour tenir compte de ces objectifs dans le domaine radio, le réseau
est divisé en cellules qui correspondent à la portée de l’émetteur
radio ou station de base. Les ondes radio semblent, en effet, être
le seul moyen efficace de communication avec les mobiles. Malheureusement, le spectre radioélectrique est une ressource rare, déjà
largement sollicitée. Faute de pouvoir augmenter le nombre des
fréquences, elles peuvent, en revanche, être réutilisées en tirant parti
de la portée limitée, aux fréquences élevées. Ainsi, un même canal
radio peut servir simultanément plusieurs cellules. La figure 12
donne un exemple de réutilisation de fréquences pour un groupe
de 10 cellules. Un même canal est utilisé dans les cellules A et A1.
Dans cette configuration trois cellules (A, A’ et A’’) sont desservies
par une seule station de base du réseau d’infrastructure radio.
Figure 12 – Réutilisation des fréquences dans les cellules A et A1
E 7 580 − 12
Le réseau radio vient donc se raccorder sur le réseau téléphonique.
Cependant, la mobilité des abonnés dans un réseau cellulaire a des
conséquences sur les fonctionnalités du réseau téléphonique :
— pour établir une communication, il faut savoir dans quelle
cellule se trouve le terminal de l’abonné mobile. C’est la fonction
de localisation (Roaming) ;
— la liaison entre le terminal et l’infrastructure radio doit être
maintenue automatiquement quand le terminal change de cellule.
C’est la fonction de transfert automatique intercellulaire (handover) ;
— enfin, quand un abonné change de pays, un mécanisme particulier permet de traiter les abonnés étrangers. C’est la fonction
itinérance.
Pour permettre toutes ces fonctions, l’abonné au réseau GSM
dispose d’une carte à mémoire appelée SIM ou module d’identité
d’abonné qui contient toutes les informations qui lui sont spécifiques et qui permettent, quand cette carte est introduite dans le
terminal, d’établir les communications avec les facilités pour lesquelles il s’est abonné. Mais les fonctions de localisation et de
transfert automatique intercellulaire supposent la mise en œuvre
de bases de données réparties qui contiennent les enregistrements
nécessaires pour ces fonctions.
■ L’enregistreur de localisation nominal (HLR) assure la gestion des
abonnés mobiles. Tout abonné mobile est géré par un et un seul
HLR, lequel contient la description de ses droits ainsi que les données de routage de cet abonné, données qui sont évidemment
continuellement variables. Fonctionnellement, le HLR indique un
enregistreur de localisation des visiteurs (VLR), lequel indique l’aire
de localisation où se trouve l’abonné mobile. Deux données sont
liées à tout abonné mobile : son identité internationale et son
numéro RNIS. Selon le nombre d’abonnés et l’organisation, un
réseau GSM peut comprendre un ou plusieurs HLR.
■ L’enregistreur de localisation des visiteurs (VLR) stocke localement les données liées aux appels entrants et sortants des abonnés
mobiles qui sont enregistrés dans sa base de données. Ces abonnés
mobiles sont ceux qui se trouvent dans la zone de localisation de ce
VLR. Le VLR contient le numéro d’identification internationale, le
numéro RNIS, son identité temporaire et la zone de localisation où il
a été enregistré.
Le réseau de signalisation CCITT no 7 permet la mise à jour des
bases de données et donc la gestion de la mobilité. Ces mécanismes peuvent utiliser les principes du réseau intelligent que l’on
verra au paragraphe 9.
La figure 13 donne l’architecture fonctionnelle du GSM.
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Figure 13 – Architecture fonctionnelle
du système GSM
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4. Trafic. Performances
d’un autocommutateur
4.1 Notions de trafic téléphonique
Un abonné téléphonique ne téléphone pas en permanence. En
outre, il est bien évident qu’en fonction des différentes phases de
l’activité économique et sociale l’activité téléphonique peut varier
considérablement. Le dimensionnement des équipements (structure du réseau de connexion, taille des divers faisceaux de circuits...) doit donc tenir compte de ce phénomène. Cela introduit à
la notion de qualité d’écoulement du trafic.
Pour des lois d’arrivée des appels et des durées de communication données, on peut calculer une fonction P = f (N, A) représentant la probabilité d’échec en fonction du trafic A et du nombre
N de circuits, le trafic A étant défini comme la moyenne dans le
temps du nombre de circuits occupés. Selon que la probabilité
représente la probabilité que le faisceau soit saturé sur une période
donnée ou la probabilité qu’un appel arrivant à un instant donné
soit rejeté par suite de la saturation du faisceau, on parle de probabilité de congestion ou de probabilité de blocage. La probabilité
P est une des mesures de ce que l’on appelle la qualité d’écoulement du trafic. Mais ce n’est pas le seul facteur, et on verra par la
suite que l’analyse de certains temps caractéristiques permet aussi
cette appréciation.
Figure 14 – Courbes d’Erlang
Une autre notion est aussi souvent utilisée pour indiquer la qualité de service offerte à l’usager : l’efficacité. On dit qu’un appel est
efficace si l’abonné demandé a décroché. On voit que cet indicateur peut comporter plusieurs paramètres et notamment celui dû
aux non-réponses (abonné absent...).
4.1.1 Modèle d’Erlang
Les modèles couramment utilisés pour le trafic téléphonique supposent que :
— la probabilité d’arrivée d’un appel à un instant donné est
indépendante du temps et de ce qui a pu se passer auparavant ;
— il est très rare que deux appels ou plus arrivent pendant un
même petit intervalle de temps élémentaire ;
— le nombre d’appels arrivant pendant un petit intervalle de
temps est proportionnel à celui-ci.
Le processus d’arrivée des appels est alors dit poissonien. Il représente bien la réalité des choses si le nombre d’abonnés est important
et si le réseau n’est pas encombré car, dans ce cas, il n’y a plus indépendance par rapport à ce qui s’est passé antérieurement.
À partir de ces hypothèses, Erlang a développé une équation qui
permet de calculer P en fonction de N et de A :
AN N !
P = ------------------------------------------------------------AN
A2
1 + A + ---------- + ... + ----------N!
2!
L’utilisation de cette formule permet de calculer P, N ou A en fonction des autres paramètres. Les courbes (figure 14) sont une utilisation du modèle d’Erlang. Une tendance se dessine aujourd’hui
pour généraliser cette notion d’Erlang et l’appliquer à des flux numériques, tant pour des trafics de commande que pour des données.
4.1.2 Systèmes avec attente
Dans le modèle précédent on a supposé qu’un appel qui se présentait sur un faisceau totalement occupé était rejeté ; on dit qu’il
s’agit d’un modèle avec perte. Certains systèmes sont capables de
mettre les appels en attente. Une deuxième formule d’Erlang fournit
alors la probabilité d’attente.
La réalité est généralement beaucoup plus complexe, par exemple
par le biais des répétitions d’appels consécutives aux échecs. On peut
noter que ce type de cas peut être important lors de l’utilisation de
machines automatiques d’appels comme pour les télécopieurs par
exemple.
E 7 580 − 14
4.2 Performances d’écoulement du trafic
Les performances de la commande d’un autocommutateur sont
évaluées en termes de capacité de raccordement et de capacité de
traitement du système (puissance de traitement logique). La capacité
maximale est évaluée en tenant compte des temps de réponse du
système par rapport aux objectifs de performances tels que ceux
définis par la Recommandation Q.543 du CCITT par exemple. Il faut
en effet signaler que, compte tenu des nouveaux services, du RNIS,
des terminaux automatiques, le système de commande des autocommutateurs est de plus en plus sollicité et demande donc une
vitesse et une puissance de calcul toujours plus importantes.
Dans cette évaluation des performances on utilise fréquemment
la notion de TAHC (tentatives d’appel à l’heure chargée) (BHCA Busy
Hour Call Attempts ). Dans ce contexte, on utilise aussi la notion de
MIX d’appels qui caractérise à la fois la répartition des flux de trafic
(flux de trafic régional, national, international, services spéciaux...)
et les types d’appel (efficace, non-réponse, occupation, numérotation incomplète ou incorrecte). Le MIX d’appels permet aussi d’intégrer une certaine proportion d’appels RNIS. En fonction du contexte
général d’installation d’un autocommutateur, les caractéristiques du
MIX d’appels seront donc variables et l’évaluation des performances
d’écoulement du trafic doit s’effectuer pour une valeur spécifiée du
MIX d’appels. Le tableau 5 donne un exemple de MIX d’appels pour
des communications de parole entre abonnés analogiques.
Les abonnés ne sont cependant parfaitement caractérisés que si
l’on considère en outre les durées suivantes. Les valeurs mentionnées sont des valeurs typiques données à titre d’exemple :
— durée de sonnerie en cas de réponse du demandé :12 s ;
— durée de sonnerie en cas de non-réponse du demandé : 40 s ;
— durée d’écoute de l’occupation : 4 s ;
— durée de numérotation : 10 s.
Pour définir le système il faut également caractériser le mode
d’exploitation, comme les divers types de numérotation, le pourcentage de facturation détaillée, etc. les modélisations de système
permettent d’évaluer les paramètres de la Recommandation CCITT
Q.543. Mais la meilleure solution consiste à mesurer (essais en
charge en maquette ou sur site) les caractéristiques des temps définis
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dans la Recommandation Q.543. À titre d’exemple, des mesures
effectuées sur le système Alcatel E10 OCB 283, en Inde, ont montré,
pour un MIX d’appels défini par le client, que le système pouvait
supporter 800 000 TAHC. La tendance est actuellement de monter
vers des trafics de 2 millions de TAHC.
(0)
Tableau 5 – Exemples de MIX d’appels
Communica- Communica- Communica- CommunicaType
tions
tions
tions
tions
de communications
locales
départ
arrivée
transit
MIX A, forte efficacité
groupe de circuits, d’un faisceau sémaphore ; ces objectifs sont
définis par des graphes dans le cas des spécifications françaises),
de fiabilité d’une connexion établie et du nombre d’interventions par
mois pour 1 000 abonnés (objectif de 0,9 défaut par mois et pour
1 000 abonnés).
À titre d’exemple sont donnés ci-après les objectifs de performances pour le traitement d’appels.
— Libération prématurée pour une communication de référence de
1 min < 2 · 10– 5 ;
— Faute de libération < 2 · 10– 5 ;
— Taxation ou comptabilité erronée < 10– 4 ;
— Acheminement erroné < 10– 4 ;
— Pas de tonalité < 10– 4 ;
— Autres fautes < 10– 4.
Objectif d’indisponibilité intrinsèque : 30 min/an.
(Cet objectif ne comprend pas les temps logistiques ou délai pour
arriver sur le site).
Communication
efficace ....................
70 (58 %)
70 (58 %)
70 %
70 %
Non-réponse ...........
18 (15 %)
18 (15 %)
18 %
18 %
Occupation ..............
12 (10 %)
12 (10 %)
12 %
12 %
Numérotation
incorrecte ................
20 (17 %)
20 (17 %)
0
0
Le tableau 6 donne les types d’interventions selon les NEF
(normes d’exploitation et de fonctionnement) et les spécifications
de France Télécom.
(0)
54 (36 %)
54 (47 %)
54 (42 %)
Tableau 6 – Types d’interventions selon les NEF
et les spécifications en France Télécom
MIX B, faible efficacité
Communication
efficace ....................
54 (40 %)
Non-réponse ...........
13 (10 %)
13 (9 %)
13 (11 %)
13 (10 %)
Occupation ..............
33 (25 %)
33 (23 %)
33 (29 %)
33 (26 %)
Numérotation
incorrecte ................
33 (25 %)
33 (22 %)
15 (13 %)
15 (12 %)
Échec réseau ..........
0 (0 %)
15 (10 %)
0 (0 %)
13 (10 %)
■ Réactions aux surcharges
La surcharge est la partie de la charge totale se présentant à un
commutateur excédant la capacité nominale de traitement du trafic.
La surcharge est exprimée en pourcentage de la capacité nominale.
En période de surcharge, le commutateur doit se protéger et éviter
l’effondrement du trafic écoulé, en s’appuyant sur les principes
suivants :
— le commutateur doit privilégier le traitement des appels déjà
acceptés avant d’accepter de nouveaux appels ;
— le commutateur doit offrir des possibilités de rejet sélectif
d’appels avec un ordre de priorité ;
— les appels écoulés n’ont pas forcément la même qualité de
service qu’en trafic nominal.
À titre d’exemple, la résistance à la surcharge du système Alcatel
E10 OCB 283 est :
• 1 200 000 TAHC offerts,
•
720 000 écoulés,
conformément à la Recommandation CCITT Q.543 qui précise que
90 % du trafic supporté doit être écoulé (800 000 × 90 % = 720 000)
quand il y a une surcharge de 50 % : 800 000 × 1,5 = 1 200 000.
■ Le dimensionnement de la chaîne de connexion détermine les
possibilités de raccordement mais aussi les possibilités d’écoulement du trafic selon la définition d’Erlang. La description détaillée
d’un système permettra, par la suite, d’aborder ce problème.
4.3 Performances en sûreté
de fonctionnement
Les principales normes en matière de sûreté de fonctionnement
sont aussi définies dans les Recommandations Q.541 et Q.543
du CCITT. Elles s’expriment en termes de disponibilité (des équipements d’un abonné, d’un groupe d’abonnés, d’un circuit, d’un
Type d’intervention
Intervention immédiate
3,5 h
Intervention différée
12 h
Sans impératif d’intervention
72 h
Temps moyen de réparation sur site : 30 min
4.4 Extension et modification
en fonctionnement
Un autocommutateur ne doit jamais s’arrêter, le service étant dû
24 h/24 h. Les extensions de l’autocommutateur, c’est-à-dire l’addition de matériels et/ou de logiciels, doivent se faire sans dégradation du service et encore moins sans interruption.
Les extensions peuvent concerner différents sous-ensembles
d’un autocommutateur : équipements d’interface avec les lignes
d’abonnés ou de circuits, réseau de connexion, rajout d’une unité
de commande centrale (dans un système multiprocesseur).
Les modifications concernent, pour l’essentiel, les logiciels et les
tables de données. Ces modifications interviennent, à l’occasion de
la création de nouveaux services, de modifications d’exploitation,
etc.
Généralement les extensions ou modifications sont réalisées à
l’échelle d’un autocommutateur. Des modifications comme le changement de plan de numérotage national obligent à basculer les modifications de tous les autocommutateurs du réseau national en même
temps.
L’architecture des autocommutateurs doit prendre en compte cette
contrainte du cahier des charges :
les extensions et les modifications doivent se faire sans perturbation du service.
La plupart des sous-ensembles composant un autocommutateur
sont au moins dupliqués pour garantir une permanence du service.
Cette caractéristique permet des modifications du logiciel et des
tables de données en fonctionnement. Pour cela, une moitié des
organes dupliqués est positionnée hors service, mais disponible
pour le chargement d’un nouveau logiciel ou de nouveaux fichiers
de données. Une fois la moitié des organes chargés et prêts pour
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Temps
logistique
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le traitement, le basculement est commandé et l’opération de chargement se fait sur les autres organes tandis que les premiers
assurent le service aux usagers.
C’est la méthode générale utilisée pour les extensions ou les
modifications : les systèmes sont redondants, disons dupliqués, un
demi-système positionné hors service est modifié, puis remis en service avec ses nouvelles fonctions, tandis que l’autre demi-système
est positionné hors service, modifié et remis aussi en service.
Dans la pratique ces opérations sont délicates selon l’ampleur
des modifications et peuvent parfois conduire à de légères dégradations du service.
5. Signalisation
5.1 Principes généraux
Un autocommutateur téléphonique agit en fonction des demandes
qui lui sont faites à distance, soit par des postes ou terminaux d’abonnés, soit par des autocommutateurs distants. L’établissement des
communications nécessite donc des échanges d’information entre
l’autocommutateur et son environnement extérieur. Selon qu’il s’agit
de relations entre l’autocommutateur et les abonnés directement ou
sur une jonction entre deux autocommutateurs, ces échanges
d’information sont de types différents. L’ensemble des procédures
qui régissent ces échanges est appelé la signalisation téléphonique.
On trouve donc deux types de signalisation que l’on appelle
communément :
— la signalisation d’abonné ;
— la signalisation réseau.
Le mode de transmission de ces signalisations a considérablement
évolué. Ainsi, s’agissant de la ligne d’abonné, la numérotation était
initialement transmise sous forme d’impulsions calibrées constituées par des ouvertures de la boucle d’abonné sous l’action du
cadran téléphonique, la numérotation au cadran. Cette forme de
numérotation au cadran demeure encore assez utilisée. C’est ensuite
la numérotation au clavier à fréquence vocale qui a été introduite
car elle permet un confort et une vitesse de numérotation plus importants. Le RNIS a permis une nouvelle forme de signalisation par la
fourniture d’un canal de signalisation numérique à 16 kbit/s, appelé
canal D, entre l’abonné et l’autocommutateur.
C’est pratiquement la même évolution que l’on trouve du côté de
la signalisation réseau. En effet, si initialement on a utilisé une signalisation décimale transmise sur 2 fils particuliers appelés TRON et
RON, on est passé ensuite à une signalisation multifréquence. Ces
deux types de signalisation réseau sont appelés voie par voie car
l’information de signalisation chemine sur le même chemin physique
que la conversation téléphonique. Il y a donc une signalisation par
jonction ou circuit entre autocommutateurs. Les techniques de transmission de données ont donné naissance à un autre mode de transmission, appelé signalisation par canal sémaphore. Dans ce mode
de signalisation, l’ensemble de la signalisation associée à un faisceau
(groupe) de circuits téléphoniques est regroupé sur une liaison de
transmission de données. Les messages sont transmis avec une
étiquette qui permet d’identifier le numéro de circuit ou de la communication en cours de traitement.
Le système de signalisation CCITT no 7 est aujourd’hui le système
de signalisation par canal sémaphore qui, après de longues études,
est en cours d’introduction dans les réseaux de télécommunication
modernes. Grâce à lui, de nouveaux services et une évolution considérable de l’architecture des réseaux vont intervenir au cours de la
prochaine décennie.
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Pour rester dans le domaine purement téléphonique, on peut
classer les informations de signalisation en quatre groupes :
a) les informations concernant l’état des liaisons participant à
une communication ; ce sont :
— l’information de prise qui a pour but d’informer l’autocommutateur pour lui demander de se mettre dans la situation de pouvoir
recevoir la numérotation,
— l’information de libération qui indique que la communication
est terminée et qu’il faut libérer toutes les fonctions ayant contribué à son établissement ;
b) les informations de numérotation ; ce sont :
— l’invitation à transmettre les informations de numérotation,
— la numérotation ainsi que toutes les informations permettant
l’établissement d’une communication ainsi que les services associés à cette communication ;
c) les informations de fin de sélection qui indiquent l’état de la
ligne demandée ou la cause de non-aboutissement de la tentative
d’appel. Elles permettent toujours au moins de distinguer si la
ligne est libre ou non accessible ;
d) les informations de supervision qui reflètent l’état du terminal
de l’abonné demandé à savoir :
— l’information de réponse du demandé,
— l’information de libération par le demandé (raccrochage ou libération après temporisation si c’est le demandeur qui a raccroché le
premier). Cette information permet de libérer complètement la
communication.
5.2 Signalisation d’abonné
L’alimentation en énergie nécessaire au fonctionnement d’un terminal raccordé à un central téléphonique est fournie par l’autocommutateur à travers l’impédance de la ligne de raccordement.
Cette caractéristique est mise à profit pour transmettre certains des
signaux échangés sur une ligne d’abonné appelante ou appelée.
5.2.1 Numérotation au cadran
La numérotation au cadran utilise les variations du courant de ligne
provoquées par le « décrochage ou le raccrochage » du crochet de
l’abonné, pour les informations de prise, de supervision et de libération. Pour la numérotation, dans la signalisation au cadran, ce sont
des impulsions formées par des ruptures calibrées de l’alimentation
de ligne, action mécanique du cadran de numérotation, qui permettent de transmettre les informations. La figure 15 illustre l’envoi
du chiffre 3 suivi du chiffre 2 par une numérotation au cadran. Il faut
signaler que le principe de cette signalisation permet de transmettre
les chiffres 0 à 9.
5.2.2 Numérotation au clavier multifréquence
Pour les signaux de prise, de supervision et de libération, c’est
encore le courant de ligne d’abonné qui permet de transmettre les
informations. En revanche, pour les informations de numérotation,
chaque action sur le clavier permet l’envoi de deux fréquences, dans
la bande du signal téléphonique, parmi chacun de deux groupes de
4 fréquences vocales. On peut ainsi constituer 16 signaux distincts
qui correspondent aux 10 chiffres et à 6 signaux additionnels permettant de donner des commandes particulières à l’autocommutateur pour le traitement de services supplémentaires. Ce système
permet de transmettre jusqu’à 10 chiffres à la seconde. Les fréquences utilisées étant dans la bande passante téléphonique, on peut
transmettre des informations en phase de conversation. Cela permet
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d’envisager l’utilisation des postes à clavier multifréquences pour
de nouveaux services. La figure 16 donne la constitution du code
et des fréquences utilisées pour la numérotation au clavier multifréquence.
Il faut signaler, qu’en France, et dans le cas des signalisations
d’abonné au cadran et multifréquence, il faut ajouter deux types
d’informations pour les communications téléphoniques :
— l’appel, ou sonnerie, qui est fourni par l’envoi cadencé d’une
tension de 50 Hz, par l’autocommutateur sur la ligne de l’abonné
demandé ;
— les signaux d’acheminement, de retour d’appel, d’occupation
ou les divers messages enregistrés qui sont fournis, dans la bande,
directement par l’autocommutateur.
■ Le niveau « physique » (couche1) de l’interface usager-réseau est
défini aux interfaces S ou T des accès de base (ligne d’abonné
simple à 144 kbit/s) et des accès primaires (ligne de transmission
MIC à 2 048 kbit/s, soit 32 intervalles de temps à 64 kbit/s). La
figure 17 donne la configuration de référence pour le raccordement
d’un usager au RNIS.
■ Le niveau « liaison » (couche 2) assure la transmission des
trames entre deux entités situées de part et d’autre des interfaces S
ou T. Ces fonctions comprennent :
— la synchronisation de la liaison ;
— le transport des informations de manière transparente ;
— la détection et la correction des erreurs de transmission ;
— la régulation de flux.
5.2.3 Signalisation pour abonné numérique.
Le protocole D
Les nouvelles techniques de traitement du signal associées aux
progrès de l’intégration des composants électroniques ont conduit
au développement du RNIS, en permettant la transmission numérique de 144 kbit/s sur toute ligne normale d’abonné. Ces 144 kbit/s
permettent le transport de 2 canaux B à 64 kbit/s (transport de la
parole ou de données en mode circuits ou paquets) et d’un canal
de 16 kbit/s, appelé canal D, servant pour l’essentiel au transport de
la signalisation d’abonné mais aussi de données en mode paquets.
La signalisation, mise en œuvre entre l’usager et le réseau, permet
l’établissement des connexions nécessaires au transfert des informations entre usagers et à la réalisation des compléments de service.
Parmi ces compléments de service, la signalisation d’usager à usager
offre un moyen supplémentaire de transfert d’information entre
usagers. Pour réaliser ces objectifs, le protocole D est structuré en
couches conformes au modèle OSI pour l’interconnexion des systèmes ouverts (cf. article spécialisé dans le traité Informatique).
Figure 16 – Numérotation au clavier
Figure 15 – Numérotation au cadran
Figure 17 – Configuration de référence pour le raccordement
d’un usager au RNIS
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Ces fonctions sont conformes aux principes HDLC (High level
Data Link Control ) définis par l’ISO. Il faut toutefois y ajouter certaines spécificités :
— la supervision de l’état de la liaison par émission périodique
de trames de supervision ;
— la génération et l’analyse du type d’information portée par la
trame identifiée par le SAPI (Service Access Point Identifier ) ;
— la génération et l’analyse du numéro de l’entité terminale identifiée par le TEI (Terminal Endpoint Identifier ). La figure 18 décrit
la structure générale des trames du LAP D.
■ Le niveau « réseau » (couche 3) commande et supervise les
appels. L’objectif du protocole D est d’offrir, de façon intégrée, tous
les services définis et de faire en sorte qu’il puisse être utilisé dans
les divers équipements d’abonnés accédant aux réseaux publics ou
privés.
Le niveau « réseau » utilisé pour le traitement des appels en
mode circuits, paquets ou sans connexion réalise :
— le traitement des messages de niveau 3 ;
— la gestion des ressources liées à l’appel ;
— la gestion des temporisateurs ;
— la détection des anomalies.
Le dialogue entre l’usager et le réseau s’effectue par échange de
messages de longueur variable. La figure 19 donne un exemple
des procédures utilisées pour un appel à commutation de circuits.
Figure 18 – Structure générale des trames du LAP D
Le principe d’un tel protocole offre une richesse importante de
dialogue entre l’usager et le réseau et donc la possibilité de nombreux services sur la ligne d’abonné numérique :
— commutation de circuits sur les canaux B (parole ou données) ;
— circuits virtuels (mode paquets) soit sur le canal B soit sur le
canal D lui-même ;
— signalisation d’usager à usager (transfert d’information entre
usagers) ;
— transfert de données de faible volume ; un principe identique
à la signalisation d’usager à usager permet au canal D de véhiculer
des applications de téléaction (téléalarme, télémesure...) qui
génèrent un trafic de faible activité ;
— commande des nombreux compléments de service que permet
la ligne d’abonné numérique.
Figure 19 – Exemple de procédures utilisées
pour un appel à commutation de circuits
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5.2.4 Signalisation pour les services « confort »
La mise en œuvre, dans l’ensemble du réseau, de la signalisation
par canal sémaphore CCITT no 7, permet de véhiculer rapidement
à travers le réseau des quantités importantes d’information. Ainsi,
par exemple, peut-on transporter le numéro de l’abonné appelant
voire même, en accédant à une base de données, son nom. De nouveaux terminaux téléphoniques analogiques sont donc en train de
naître permettant l’affichage sur des écrans à cristaux liquides,
comme pour les terminaux RNIS, d’informations diverses. Ainsi l’un
des services qui se développe très rapidement aux États-Unis, à partir
de spécifications Bell-Core, est l’affichage sur les postes téléphoniques analogiques du numéro ou du nom de l’abonné appelant.
Des normes européennes sont développées pour ces nouveaux services. La France a aussi mis en application ces nouveaux types de
services que l’on peut appeler des services « confort » (Bell-Core les
nomme « CLASS services »).
Deux techniques peuvent être utilisées pour transmettre les informations concernant la ligne appelante sur la ligne d’abonné
analogique :
— la technique de la signalisation multifréquence à fréquence
vocale – technique relativement lente ;
— la technique du modem : c’est la solution qui a été choisie par
Bell-Core et que la France utilise également pour des nouveaux
services sur lignes analogiques à savoir :
• identification du demandeur en phase d’appel,
• notification immédiate ou différée d’un usager, service consistant à informer l’usager d’un événement particulier, par exemple
le dépôt d’un message.
Pour réaliser cette signalisation, l’interface de ligne d’abonné
n’évolue pas dans ses caractéristiques électriques mais les communications établies par commutation doivent supporter une transmission de données dite « à cohérence de phase », respectant la
Recommandation V.23 du CCITT. La transmission en mode halfduplex série asynchrone s’effectue à 1 200 bauds. Les fréquences
de modulation utilisées pour le codage sont :
• f0 = 1 700 Hz ;
• f1 = 1 300 Hz ± 10 Hz (niveau logique 1) ;
• fA = 2 100 Hz ± 10 Hz (niveau logique 0).
Les données sont du type série asynchrone au format de caractère
de 8 bits de code utiles (sans élément de parité), encadrés d’un start
(0 logique) et d’un stop (1 logique) codés en ASCII de la manière
suivante :
start / 20 / 21 / 22 / 23 / 24 / 25 / 26 / 27/ stop
À titre d’exemple, la figure 20 donne la constitution d’un message
simple.
Il est possible de transmettre aussi des messages en phase
d’appel (poste raccroché). Pour cela tout message doit être précédé
d’un signal de mise en mode réception (SMMR) composé d’une
séquence de 300 éléments binaires commençant par 0 puis alternativement 1 suivi de 0, le dernier élément binaire étant un 1 et
d’une séquence de 80 ± 10 bits égaux à 1. Pour cela l’interface doit
permettre la transmission sur un poste raccroché.
Ce nouveau mode de signalisation d’abonné permet au réseau
d’afficher sur les postes analogiques de très nombreuses informations, donnant un nouvel attrait à la ligne analogique.
5.3 Signalisation réseau
La signalisation réseau permet les échanges d’information entre
les autocommutateurs et plus largement entre les divers nœuds d’un
réseau de télécommunication. En effet, les premiers systèmes de
signalisation ont été conçus essentiellement pour les autocommutateurs à commande électromécanique. Il s’agissait donc essentiellement de systèmes voie par voie, la signalisation par canal sémaphore
n’ayant été rendue possible que par la commande par ordinateur
des autocommutateurs (commande à programme enregistré).
Figure 20 – Format d’un message simple
Il existe de très nombreux systèmes de signalisation qu’il est difficile de tout décrire. Pour illustrer les diverses méthodes de signalisation on se bornera à analyser deux systèmes nationaux voie
par voie :
— la signalisation décimale utilisée depuis très longtemps en
France ;
— la signalisation multifréquence MF Socotel ;
et le système de signalisation par canal sémaphore CCITT no 7 utilisé
tant en national qu’en international, car les implications de l’utilisation de cette signalisation sont particulièrement importantes pour
le développement des réseaux de télécommunication.
5.3.1 Signalisation décimale
S’agissant de la signalisation voie par voie, on peut considérer
que beaucoup des codes utilisés ont été conçus en fonction des
particularités des autocommutateurs. Les signalisations décimales
utilisent des séquences d’impulsions qui peuvent être transmises
sur le circuit desservi de trois manières différentes à partir du
joncteur :
— soit en courant alternatif 50 Hz ;
— soit en courant continu 48 V sur les deux fils de ligne destinés
à agir sur un signaleur externe ;
— soit par mise à la terre d’un fil de commande :
• TRON à l’émission,
• RON à la réception.
Les signaux reçus du centre placé à l’autre extrémité du circuit
seront de même nature.
Le tableau 7 donne une description du système dit normalisé de
signalisation décimale. Les difficultés liées à ce système de signalisation, outre sa lenteur, sont surtout dues à l’utilisation du 50 Hz
et aux tolérances sur les signaux.
(0)
5.3.2 Signalisation multifréquence Socotel
La signalisation multifréquence a été beaucoup utilisée pour les
autocommutateurs crossbar et elle a continué à l’être pour les
premiers systèmes à programme enregistré, y compris pour les autocommutateurs numériques, jusqu’à l’avènement du CCITT no 7. De
plus, la plupart des autocommutateurs ont toujours à interfonctionner avec les signalisations déjà existantes dans le réseau. De nombreux systèmes de signalisation multifréquence ont été développés.
Pour le CCITT on peut noter les systèmes CCITT no 4 (bifréquence)
et CCITT no 5 ainsi que le système R2 qui, étudié initialement pour
des applications régionales, a ensuite été normalisé au CCITT et utilisé très largement, avec ses différentes variantes, à travers le monde.
On décrira, à titre d’exemple d’un système de signalisation multifréquence, le système Socotel qui a été largement employé pendant
les années de fort développement du réseau français.
Les signaux échangés dans ce système, pour l’établissement d’une
communication interurbaine automatique, peuvent être classés en
deux catégories.
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Tableau 7 – Principe de la signalisation décimale
Système normalisé
Système simplifié
SRCT (1)
Système
type 2 FR
1. Prise
100 ms
2. Invitation à transmettre
Signaux
Avec alternées
en cas d’occupation
Avec signaux
de fin de sélection
100 ms
100 ms
100 ms
100 ms
100 ms
100 ms
100 ms
50/50 ms
60/40 ms
50/50 ou 66/33 ms
50/50 ms
Tonalité cadencée
audible
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
100 ms
Retour d’appel
audible
Retour d’appel
audible
Retour d’appel
audible
100/100/100 ms
→
→
←
3. Numérotation
←
→→→
4. Occupation (fin de sélection
abonné occupé)
5. Fin de sélection
demande libre
→→→
←←
→
→
←
←
→→→
→→→
←
←←
←←
Retour d’appel audible
6. Réponse du demandé
100 ms
100 ms
100 ms
100 ms
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
Train ininterrompu
100/233/100/233 ms
500 ms
minimum
→
500 ms
minimum
→
500 ms
minimum
→
500 ms
minimum
→
←
7. Raccrochage du demandé
←←
8. Fin (libération)
←
←←
←
←←
←
←←
(1) SRCT système rural de commutation téléphonique (nom d’un des premiers systèmes de commutation automatique français)
(2) 2 FR type de signalisation Rotary
a) Signaux de ligne
Ces signaux assurent la prise des organes, la supervision et la
libération. Comme pour le système décimal, les circuits utilisés en
signalisation multifréquence sont exploités dans un seul sens. La
transmission des signaux de ligne peut être réalisée soit par l’envoi
d’impulsions (code à impulsions), soit par des modifications du
courant permanent (code par courant continu).
b) Signaux d’enregistreurs
Ces signaux assurent la transmission des informations propres à
la numérotation ainsi qu’à la nature et à l’état des lignes d’abonnés.
Pour les signaux d’enregistreurs, le système est du type demandeur asservi utilisant 5 fréquences de signalisation et une fréquence
de contrôle. Le code utilisé est un code 2 parmi 5, le poids de chaque
position étant 0-1-2-4-7, utilisant les 5 fréquences suivantes :
f0 =
700 Hz
f1 =
900 Hz
f2 = 1 100 Hz
f4 = 1 300 Hz
f7 = 1 500 Hz
La fréquence de contrôle a pour valeur fc = 1 900 Hz. La fréquence
de 1 700 Hz a permis l’extension du code initial. Le contrôle d’asservissement s’effectue de la manière suivante : dès réception du signal
émis par l’enregistreur de départ, l’enregistreur d’arrivée émet la fréquence de contrôle. Lorsque l’enregistreur de départ reconnaît cette
fréquence qui lui indique que le signal qu’il a émis a été bien reçu,
il interrompt l’émission du signal. La reconnaissance de la cessation
du signal par l’enregistreur d’arrivée provoque la fin de l’émission
de la fréquence de contrôle. Le tableau 8 illustre l’utilisation de ce
mode de signalisation pour l’envoi de la numérotation et des codes
d’accès (signaux en avant, c’est-à-dire les signaux envoyés depuis
le départ de la communication).
(0)
E 7 580 − 20
5.3.3 Signalisation par canal sémaphore CCITT no 7
La signalisation CCITT no 7 a fait l’objet de très longs travaux au
CCITT puisque la première version date de 1980. Sa longue période
de gestation lui confère maturité et stabilité (depuis le livre bleu du
CCITT en 1988) quant à son utilisation, notamment en téléphonie
classique. Il faut rappeler que le premier système de signalisation
par canal sémaphore, le système CCITT no 6, fonctionnait sur une
transmission analogique à bas débit (9 600 bit/s), avec des messages
de longueur fixe. Il n’a pas connu un succès très important.
« La signalisation par canal sémaphore est une méthode de signalisation dans laquelle une seule voie de transmission achemine,
grâce à des messages étiquetés, l’information de signalisation se
rapportant, par exemple, à une multiplicité de circuits, ou à d’autres
types d’informations telles que celles qui sont nécessaires à la gestion du réseau. La signalisation par canal sémaphore peut être
considérée comme une forme de transmission de données, spécialisée aux transferts de signalisation et d’information, de divers types,
entre processeurs dans les réseaux de télécommunication.
Le système de signalisation utilise des canaux sémaphores pour
le transport des messages de signalisation entre commutateurs ou
entre d’autres nœuds du réseau de télécommunication qu’il dessert.
Des dispositions sont prévues pour assurer un transport fiable de
l’information de signalisation en présence d’erreurs de transmission
ou de défaillance du réseau. Il s’agit, par exemple, de dispositions
relatives à la détection et à la correction des erreurs sur tous les
canaux sémaphores. Le système de signalisation CCITT n o 7
comporte normalement une redondance des canaux sémaphores et
inclut des fonctions assurant le détournement automatique du trafic
sémaphore sur des trajets de secours en cas de défaillance d’une
liaison. La capacité et la fiabilité des canaux sémaphores peuvent
être dimensionnées par la mise en place d’une multiplicité de canaux
sémaphores en fonction des besoins de chaque application ».
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Tableau 8 – Principe de la signalisation multifréquence : cas des signaux en avant
Combinaisons
(2 parmi 5)
Fréquences
(Hz)
Code d’accès
Informations préliminaires
Code numérique
Informations numériques
f0 + f1
f0 + f2
f1 + f 2
f0 + f 4
f1 + f 4
f2 + f 4
f0 + f7
f1 + f7
f2 + f 7
f4 + f7
700 + 900
700 + 1 100
900 + 1 100
700 + 1 300
900 + 1 300
1 100 + 1 300
700 + 1 500
900 + 1 500
1 100 + 1 500
1 300 + 1 500
1 = régional ...................................................................................
2 = ..................................................................................................
3 = national....................................................................................
4 = ..................................................................................................
5 = appel à 2 chiffres ....................................................................
6 = ..................................................................................................
7 = ..................................................................................................
8 = ..................................................................................................
9 = ..................................................................................................
0 = ..................................................................................................
1 = chiffre 1
2 = chiffre 2
3 = chiffre 3
4 = chiffre 4
5 = chiffre 5
6 = chiffre 6
7 = chiffre 7
8 = chiffre 8
9 = chiffre 9
0 = chiffre 0
Telles sont les caractéristiques générales de la signalisation
CCITT no 7 telles que définies dans l’Avis Q.700 du CCITT : « Introduction au système de signalisation CCITT no 7 ».
L’introduction progressive de ce type de signalisation dans les
réseaux de télécommunication a considérablement modifié, non
seulement la structure des autocommutateurs, mais surtout celle des
réseaux de télécommunication. En effet, ce système est applicable
à des utilisations multiples dans des réseaux spécialisés ou dans des
réseaux multiservices tant sur le plan national qu’international. Il a
été optimisé pour travailler, dans le cadre des réseaux de télécommunication numérique, en liaison avec des centraux à programme enregistré. Il est adapté, de ce fait, pour travailler sur des
voies numériques au débit de 64 kbit/s. Il peut cependant fonctionner
sur des voies analogiques et à des vitesses plus réduites.
Outre une vitesse et une richesse de signalisation particulièrement accrues par rapport aux systèmes de signalisation voie par
voie du type multifréquence par exemple, le système CCITT no 7
permet un grand nombre d’applications nouvelles, outre celle du
réseau téléphonique public commuté (RTPC) :
— le RNIS dont il constitue l’un des points clés ;
— le réseau public pour mobile terrestre où il permet la mise à
jour rapide des bases de données de localisation des mobiles ;
— le réseau intelligent où il permet l’interaction avec des bases
de données réseau et des points de commande de services. Le service appelé communication personnelle est notamment l’une des
applications prometteuses des réseaux intelligents ;
— l’exploitation, la gestion et la maintenance des réseaux. Le système CCITT no 7 est le support d’un nouveau type de réseau appelé
le réseau d’exploitation et de maintenance (REM).
On voit donc toute l’importance de ce nouveau type de signalisation pour le développement de nouveaux réseaux de télécommunication multiservices. La structure en couches du système CCITT
no 7 lui permet en fait d’être utilisé par de nombreuses applications,
ce qu’on appelle les sous-systèmes utilisateurs. En effet, le principe
fondamental de la structure du système CCITT no 7 est la division
des fonctions entre, d’une part, un sous-système de transport de
messages (SSTM) commun et, d’autre part, des sous-systèmes
utilisateurs (SSU) séparés pour les différents utilisateurs. Cela est
illustré par la figure 21.
La fonction générale du sous-système de transport de messages
est de servir de système de transport fiable des messages de
signalisation entre les points où sont situés les utilisateurs qui
communiquent.
Dans ce contexte, le terme utilisateur se rapporte à toute entité
fonctionnelle qui utilise la capacité de transport du SSTM. Les fonctions utilisateurs du système CCITT no 7 sont :
— le sous-système utilisateur pour le RNIS
(SSUR) ;
— le sous-système utilisateur pour le téléphone (SSUT) ;
— le sous-système utilisateur de données
(SSUD) ;
— le sous-système commande des connexions sémaphores
(SSCS).
Figure 21 – Structure du système de signalisation CCITT no 7
Le SSCS fournit des fonctions supplémentaires à celles du SSTM,
afin d’offrir les services réseau, avec ou sans connexion, pour transporter des informations de signalisation concernant ou non les
connexions. Le SSCS fournit les moyens pour :
— commander les connexions logiques de signalisation dans un
réseau CCITT no 7 ;
— transporter des unités de données de signalisation à travers
le réseau CCITT no 7, avec ou sans l’utilisation des connexions
logiques de signalisation.
Le SSCS a aussi des utilisateurs qui sont :
— le sous-système utilisateur pour le RNIS (SSUR) ;
— le gestionnaire de transactions (GT).
Le gestionnaire de transactions (GT), tel que défini actuellement,
fournit des services basés sur un service réseau en mode sans
connexion. Le GT fournit donc les moyens d’établir une communication non liée aux circuits entre deux nœuds d’un réseau sémaphore. Les communications sont effectuées sous forme d’opérations
et de réponses (transactions). Le GT est donc en réalité un moyen
de transport, notamment entre base de données, et ses applications
sont particulièrement importantes pour le réseau intelligent, les
communications avec les mobiles (radiotéléphone) et le réseau
d’exploitation et de maintenance (REM), applications qui ne mettent
pas directement en œuvre des fonctions de commutation de circuits.
Les différentes fonctionnalités du système CCITT no 7 montrent
facilement que le champ d’application englobe à la fois la
signalisation relative à la commutation de circuits mais aussi des
applications plus proches d’un réseau de données comme la
communication entre processeurs de commande.
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Figure 22 – Réseau sémaphore
Assurant donc une fonction identique à celle d’un réseau de données entre, soit les autocommutateurs, soit d’autres nœuds plus
spécialisés, le transport de la signalisation CCITT no 7 constitue un
réseau particulier. En effet, dans les signalisations anciennes, les
informations échangées entre commutateurs du réseau téléphonique empruntent le circuit utilisé pour la conversation comme support physique de transmission. Avec le système CCITT n o 7, les
informations de signalisation relatives à plusieurs circuits sont transmises sur un canal commun appelé canal sémaphore. Dans ce cas,
le support physique de transmission de la signalisation peut être dissocié de celui utilisé pour la conversation.
Pour le réseau téléphonique, à chaque centre de commutation est
associé un point sémaphore (PS), origine et destinataire des messages de signalisation. Dans le mode dit associé pur, chaque canal
sémaphore dessert uniquement ses deux extrémités et pour le seul
compte des circuits qui relient ces deux centres de commutation.
Dans le mode de fonctionnement quasi-associé pur, les PS sont reliés
par des PTS (points de transfert de signalisation ) qui se répartissent
la totalité des flux de signalisation CCITT no 7. La fonction de base
d’un PTS concerne donc essentiellement le routage des messages
sémaphores dans le réseau.
Le réseau français fait appel à ces deux modes de fonctionnement. Chaque PS aura des liaisons en mode associé avec ses voisins et sera, par ailleurs, relié en mode quasi-associé vers un PTS
portant la signalisation relative au reste du réseau. En fait chaque
PS sera relié à deux PTS pour des raisons évidentes de sécurité. La
liaison vers chaque PTS pourra, selon le trafic à écouler, comporter
de 2 à 4 canaux sémaphores. Tous les PTS du réseau (environ 60)
seront totalement maillés deux à deux (figure 22).
Chaque PTS sera associé à un centre de transit, auquel il sera relié
par des liaisons MIC. Sur ces liaisons seront regroupés les canaux
sémaphores, issus des différents PS gérés par le PTS, via des liaisons
semi-permanentes établies dans le réseau de connexion du centre
(figure 23).
Enfin, un point sémaphore de gestion (PSG) supervisera les PTS
à travers les liaisons CCITT no 7. On voit donc assez facilement que
le réseau de PTS est un véritable réseau de données sur lequel
peuvent s’appuyer les diverses applications déjà citées. Les PTS
sont, de ce fait, de véritables commutateurs de paquets. Le réseau
de PTS actuellement en cours de déploiement en France utilise le
matériel DPC 700 développé par la société Alcatel-CIT. La puissance de commutation mesurée du DPC 700 est de 20 000 messages par seconde pour une longueur moyenne de 20 octets utiles
par message. Pour ces valeurs de trafic, le temps de traversée
moyen du PTS reste inférieur à 15 ms et la charge des processeurs
de commutation est de 80 %.
E 7 580 − 22
Figure 23 – Raccordement du point de transfert sémaphore
6. Architecture
d’un autocommutateur
téléphonique
6.1 Architecture d’un autocommutateur
numérique
L’autocommutateur numérique est l’élément structurant des
réseaux modernes de télécommunication. Son architecture a donc
les principales caractéristiques du réseau général.
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Le réseau général de télécommunication est constitué de trois
parties essentielles :
— le réseau de transport des informations des communications
entre usagers ;
— le réseau de signalisation entre les éléments du réseau de transport afin d’établir les voies de communication entre les usagers ;
— le réseau d’exploitation-maintenance ou de gestion de
l’ensemble du réseau dont le rôle est de superviser les éléments du
réseau. Sa fonction essentielle est de détecter les pannes éventuelles
d’éléments du réseau et de commander les reconfigurations afin de
maintenir le réseau opérationnel.
La figure 24 représente une organisation générale du réseau de
télécommunication, comprenant :
— les terminaux d’usagers et leurs lignes de raccordement au
réseau, c’est-à-dire au CAA (centre à autonomie d’acheminement) ;
— les CAA qui sont les centres de raccordement des lignes des
usagers ;
— les lignes (ou systèmes) de transmission entre nœuds de
communication ;
— les CT (centres de transit) qui sont les nœuds d’interconnexion
des CAA.
Utilisant les moyens physiques généraux, le réseau de signalisation (qui est le réseau CCITT no 7 dans les réseaux évolués comme
le réseau français) emploie, comme décrit au paragraphe précédent,
pour le transport de ses informations, des canaux 64 kbit/s portés
par les systèmes de transmission entre nœuds de commutation. Les
canaux 64 kbit /s sont commutés par les commutateurs soit CAA, soit
CT vers les PTS (point de transfert de signalisation) du réseau de
signalisation CCITT no 7.
Ainsi, le réseau de signalisation est superposé au réseau de transport des communications, empruntant une partie de ses moyens
physiques, les éléments spécifiques des réseaux de signalisation
étant les PTS.
Le réseau de transport (lignes de transmission et nœuds de
commutation) et le réseau de signalisation sont nécessaires pour
l’établissement des communications entre usagers et sont donc
reliés directement à eux par les lignes physiques de raccordement
des usagers au réseau de télécommunication et par le système de
signalisation d’usager-réseau qui utilise aussi la ligne de raccordement d’usager pour son transport.
Mais le réseau de télécommunication est aussi géré et nécessite
un système d’exploitation et de maintenance, fonctions qui sont
assurées par le gestionnaire du réseau qui est France Télécom en
France.
L’action des personnels et des machines d’exploitation et de
maintenance se concrétise par deux fonctions :
— une collecte d’information :
• venant des nœuds de commutation,
• sur l’état de fonctionnement des éléments du réseau (systèmes
de transmission et nœud de commutation) ;
— une transmission de commande :
• informations transmises vers les nœuds de commutation,
• reconfiguration d’éléments du réseau pour assurer la continuité et la qualité du service.
Le réseau d’exploitation et de maintenance (REM) comprend
donc :
— des centres d’exploitation et de maintenance (CEM) qui s’interfacent avec le personnel par l’intermédiaire de terminaux d’exploitation-maintenance ;
— des liaisons d’échange d’information (collecte et commande)
entre les CEM et les différents éléments du réseau.
Le REM nécessite donc un échange de données entre les éléments
du réseau et les CEM. Le réseau de transport de ces données aurait
pu être le réseau de transport lui-même ou le réseau CCITT no 7,
mais c’est un réseau distinct qui a été choisi, le réseau X.25 de
Transpac. Cela permet d’isoler d’une certaine façon le réseau de
maintenance et le réseau à maintenir.
La figure 25 représente un diagramme général d’architecture
d’un autocommutateur numérique, comprenant :
— des fonctions de transport des informations entre usagers,
réparties entre les fonctions de raccordement d’abonnés, le réseau
de connexion central, les interfaces avec le réseau de transmission ;
— des fonctions de signalisation et de commande (ou de décision) comprenant les processeurs de commande ;
— des fonctions locales d’exploitation et de maintenance qui
peuvent être soit prises en charge par les processeurs de commande
et de traitement de la signalisation, soit traitées par des processeurs
spécialisés.
■ Exemple concret d’architecture d’un autocommutateur
numérique
Par souci pédagogique et pour rendre plus concrète la présentation d’un autocommutateur numérique, le système français E10 va
servir de référence. C’est aujourd’hui le système le plus répandu dans
le réseau de France Télécom et c’est un système qui est exporté dans
de nombreux pays. Ce système va donc servir de support à la présentation des fonctions et caractéristiques principales d’un autocommutateur numérique moderne.
La figure 26 représente l’architecture générale du système de
commutation numérique E10 ; il se compose de trois soussystèmes :
— le sous-système de collecte d’abonnés ;
— le sous-système de connexion et de commande ;
— le sous-système d’exploitation et maintenance.
Il apparaît sur cette découpe que, physiquement, les fonctions de
transport des communications et de signalisation et commande sont
assez liées. En effet, la signalisation est portée par les systèmes de
transport et, en outre, le résultat de l’interprétation des signalisations
se traduit généralement par des commandes de connexion ou de
déconnexion dans les fonctions de transport.
Ainsi le sous-système de connexion et de commande comprend :
— la matrice centrale de connexion qui assure les fonctions de
commutation des canaux 64 kbit /s et qui comprend un élément
multiprocesseur SMX (station multiprocesseur de connexion) de
commande ;
Figure 24 – Organisation générale du réseau de télécommunication
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Figure 25 – Architecture générale
d’un autocommutateur numérique
— la SMT (station multiprocesseur de terminaison MIC) qui assure
l’interface avec les lignes de transmission numériques et qui
comprend un élément multiprocesseur de commande lié aux fonctions d’interface ;
— la SMC (station multiprocesseur de commande) qui est la station principale de traitement de la signalisation et du traitement des
appels, c’est-à-dire des demandes de communications des usagers.
Une analyse analogue peut être faite pour le sous-système de
collecte d’abonnés. Elle sera faite ultérieurement lors de la description de ce sous-système. Il apparaîtra également un lien physique
entre le réseau de transport et le système de commande.
Cet état de fait est dû en partie à la distribution de certaines
fonctions de commande auprès de sous-ensembles du réseau de
transport.
6.2 Sous-système de raccordement
d’abonnés
Le sous-système de raccordement d’abonnés est le sous-système
pour lequel il faut apporter un soin très particulier à l’optimisation
de l’architecture. En effet, dans un autocommutateur numérique, le
poids économique du raccordement d’abonné est d’environ 50 %.
Cela est dû au fait qu’il y a un équipement associé à chaque ligne
d’abonné et, dans un système numérique, cet équipement comprend
pour chaque ligne analogique un codeur-décodeur (CODEC) qui
effectue la conversion analogique numérique et la conversion
inverse.
6.2.1 Fonctions assurées par le système
de raccordement
Le système de raccordement d’abonnés permet le raccordement :
— de lignes analogiques ;
— de lignes numériques 2B + D (accès de base) ;
— de lignes numériques 30B + D (accès primaire) ;
— de liaison de données 2 et 4 fils à 64 kbit/s.
Afin d’optimiser le coût du réseau de lignes d’abonnés (ce que
l’on appelle le réseau de distribution), il faut raccorder les abonnés
au plus près et faire ce que l’on appelle aussi du gain de paires de
lignes d’abonnés (figure 27).
6.2.2 Exemple d’architecture
À titre d’exemple nous allons décrire l’architecture du soussystème de raccordement d’abonnés du système E10. Au cours de
cette description nous nous efforcerons de montrer comment les
objectifs et les contraintes se sont traduits en caractéristiques
d’architecture.
E 7 580 − 24
La figure 28 représente l’architecture générale du CSN (centre
satellite numérique) qui est le sous-système de raccordement
d’abonnés du système E10 ; le CSN comprend deux sousensembles :
— le CN (concentrateur numérique) avec deux variantes, le CNL
(concentrateur numérique local) situé dans la baie du CSN et le
CNE (concentrateur numérique éloigné) situé à distance du CSN et
relié à celui-ci par des liaisons MIC ;
— l’UCN (unité de commande numérique) qui est la partie centrale
du CSN et est composée d’un réseau de connexion numérique et
de processeurs de commande. L’UCN est raccordée à la partie centrale du système E10, que l’on appelle sous-système de connexion
et commande (figure 26), par des liaisons MIC.
Dans les concentrateurs numériques (CN), les fonctions sont les
suivantes :
— interface de ligne (d’abonné analogique ou numérique) ;
— numérisation (1 CODEC par ligne d’abonnés analogiques) ;
— premier niveau de concentration (1 à 256 lignes d’abonnés
analogiques sur 30, 60, 90 ou 120 voies, correspondant à 1, 2, 3
ou 4 liaisons MIC) ;
— premier niveau de connexion et commande (dont prétraitement de la signalisation) ;
— dialogue en mode message (procédure HDLC) avec l’UCN
(sur 1 IT à 64 kbit/s).
L’unité de commande numérique (UCN) assure les fonctions
suivantes :
— deuxième niveau de concentration (42 multiplex sur 16 multiplex MIC à 2,048 Mbit/s) ;
— deuxième niveau de connexion et commande avec :
• affectation des voies temporelles aux communications,
• traitement des appels (présélection, conversation, libération) ;
— établissement de communications locales en cas de nécessité
(coupure des liaisons MIC avec le sous-système de connexion et
commande) ;
— observation de charge et de trafic, essais des lignes et des
équipements d’abonnés ;
— reconfiguration du système en cas de défaillance et localisation de l’élément défectueux ;
— initialisation et téléchargement des logiciels.
L’ensemble de ces fonctions est résumé sur le diagramme de la
figure 29.
6.2.3 Description du matériel du CSN
6.2.3.1 Concentrateurs numériques
L’architecture matérielle des concentrateurs numériques (CN) est
illustrée sur la figure 30.
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Les cartes d’abonnés analogiques et numériques sont physiquement interchangeables, par simple enfichage, tous les connecteurs
étant identiques.
Cette dernière caractéristique est importante, car l’exploitant peut
ainsi équiper en proportions quelconques le nombre d’abonnés analogiques et numériques en fonction des demandes des usagers.
6.2.3.1.1 Carte d’abonnés analogiques
L’architecture matérielle de la carte d’abonnés analogiques est
représentée sur la figure 31.
Cette carte permet le raccordement de 16 abonnés.
Elle comprend :
• 16 équipements d’abonnés (1 équipement par ligne) ;
• des équipements communs aux 16 lignes.
Chaque équipement de ligne est composé des éléments suivants :
— un module interface de ligne réalisant les fonctions de : alimentation de ligne d’abonné en 48 V, protection des surtensions,
émission du courant de sonnerie, supervision de l’état de la boucle,
passage des 2 fils de ligne en 4 fils côté interne, la fonction de test.
Ces fonctions ont été résumées sous le mot anglais BORSHT ;
— un circuit LSI (Large Scale Integration ) de codage, filtrage et
décodage (COFIDEC) réalisant la conversion analogique/numérique
conformément à l’Avis Q.517 du CCITT (loi de codage A) ;
— un dispositif (relai) de renvoi sur équipement de secours, sur
test de ligne ou sur test d’équipement ;
— un dispositif de protection (foudre).
Figure 26 – Architecture générale du système de commutation
numérique Alcatel E 10
Chaque concentrateur numérique regroupe dans un même bac :
• 1 à 16 cartes d’abonnés, appelées unités terminales (UT)
d’abonnés ;
• 1 carte de test et de positionnement (chargée de la défense) ;
• 2 cartes d’horloge et d’interface multiplex avec la matrice de
connexion ;
• les alimentations d’énergie.
Parmi les types de cartes d’abonnés (UT) on distingue :
— la carte d’abonnés analogiques ;
— la carte d’abonnés numériques (2B + D) ;
— la carte d’abonnés numériques (30B + D) ;
— la carte de liaisons de données analogiques 2 ou 4 fils ;
— la carte de liaisons de données codirectionnelles à 64 kbit/s
(Avis CCITT G.703), etc.
Pour l’ensemble des 16 abonnés de la carte, les équipements
communs sont les suivants :
— un contrôleur de carte qui assure la connexion à travers un
étage de commutation temporelle de type T (à mémoire tampon)
de tout équipement d’abonné à l’une des 120 voies des quatre
liaisons MIC sortant du CN vers l’UCN. Ce contrôleur est assorti d’un
contrôleur de communication HDLC pour les informations de signalisation avec l’UCN ;
— un microprocesseur et sa mémoire qui assurent les fonctions
de commande de la carte, en particulier un prétraitement de la
signalisation et en général le premier niveau de commande dévolu
au CN, ces fonctions étant traitées au niveau de chaque carte par
le microprocesseur.
Nous ferons remarquer ici, que pour cette carte d’abonnés analogiques, en cas de panne des équipements communs, il y a panne
de 16 abonnés et dans le cas de panne d’un équipement d’abonné,
il y a panne de 1 abonné.
On dit que, dans le premier cas, il y a une modularité de panne
de 16 abonnés et dans le deuxième cas de 1 abonné.
Pour assurer une permanence du service aux abonnés, il faut donc
assurer une redondance de quelques équipements. Mais compte
tenu du poids économique (environ 50 %) de l’équipement d’abonné
dans le coût total par abonné, il faut trouver une solution plus économique que la duplication de la carte.
Comme dans la carte de 16 abonnés, ce sont surtout les équipements de ligne qui contribuent le plus aux pannes matérielles, la
partie commune étant très réduite, la solution adoptée pour assurer la redondance est le renvoi de la ligne sur un équipement de
secours. Cela revient à réserver un équipement sur une carte
comme équipement de secours. La partie commune aux 16 abonnés, dont le taux de panne est très faible, n’est pas secourue.
Ces choix de redondance sont faits en prenant en compte la qualité
de service à assurer aux abonnés (elle est fixée par le cahier des
charges) et l’optimisation des coûts.
Il faut ajouter que la qualité de service fixée par le cahier des
charges doit tenir compte des besoins des usagers, mais aussi du
coût (dû aux redondances) que l’usager accepte de payer pour un
degré donné de qualité de service.
Il y a donc lieu de trouver le bon compromis qualité-prix.
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Figure 27 – Types de lignes d’abonnés
raccordés
Figure 28 – Architecture générale du CSN
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6.2.3.1.2 Carte d’abonnés numériques (2B + D)
L’architecture matérielle de la carte d’abonné numérique (2B + D)
est représentée sur la figure 32.
Cette carte permet de raccorder 8 lignes d’abonnés numériques
en accès de base (2B + D) à 144 kbit /s, ces lignes comportant 4 fils
et l’annulation d’écho.
Elle comprend :
— 8 équipements de lignes numériques (1 équipement par ligne) ;
— des équipements communs aux 8 lignes.
Chaque équipement de ligne numérique réalise les fonctions de
terminal de ligne (TL) telles que raccordement, transmission, activation, désactivation, protection, téléalimentation, maintenance,
renvoi. Toutes ces fonctions sont réalisées conformément aux spécifications du CCITT (Avis I.412, I.430, I.441, I.451).
Les équipements communs aux 8 lignes réalisent les fonctions de
terminal de commutation telles que supervision, multiplexagedémultiplexage des canaux B et D, traitement du LAP D (Link Access
Protocol on the D channel ), détection de défauts, renvoi.
Les équipements communs aux 8 lignes sont les suivants :
■ un microprocesseur et sa mémoire, pour la commande de la
carte ;
■ un contrôleur de carte qui assure la connexion à travers un étage
T de commutation temporelle de tout canal B à l’une des 120 voies
des 4 MIC de liaison vers l’UCN ;
Figure 29 – CSN : fonctions respectives des concentrateurs
numériques et de l’unité de commande numérique
Figure 30 – CSN : concentrateur numérique
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Figure 31 – CSN : cartes d’abonnés
analogiques
Figure 32 – CSN : carte d’abonnés numériques
(2B + D)
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■ 10 contrôleurs HDLC dont :
• 8 pour le traitement des canaux D (signalisations ou données),
• 1 pour l’échange de signalisation avec l’UCN,
• 1 pour l’échange de données avec le commutateur de trames.
Concernant la modularité de panne, elle est de 8 abonnés dans
le cas de panne des équipements communs et de 1 abonné dans
le cas d’un équipement d’abonné. Il existe également un relais de
renvoi de chaque ligne sur un équipement de secours.
6.2.3.1.3 Carte d’abonnés numériques (30B + D)
L’architecture matérielle de la carte d’abonné numérique (30B + D)
est représentée figure 33. Cette carte permet de raccorder 1 ligne
d’abonné numérique en accès primaire (30B + D), par exemple un
central privé RNIS multiservice.
Rappelons que le canal D sur cette ligne est un canal à 64 kbit /s.
Cette carte comprend :
— un équipement de ligne numérique ;
— un équipement de connexion et commande.
■ L’équipement de ligne numérique est constitué des éléments
suivants :
— une interface MIC réalisant les fonctions suivantes :
• transcodage et resynchronisation des informations,
• fourniture d’une jonction HDB3 à 6 dB (interface V3),
• maintenance et mesure de la qualité de la ligne ;
— un multiplexeur-démultiplexeur des canaux B et D.
■ L’équipement de connexion et de commande comprend les
éléments suivants :
— un contrôleur qui assure la connexion à travers un étage T de
commutation temporelle de tout canal B de la ligne numérique à
l’une quelconque des 120 voies des 4 MIC de liaison vers l’UCN. Ce
contrôleur assure aussi la connexion des données paquet et de la
signalisation, issues du canal D vers les 4 MIC ;
— deux contrôleurs HDLC, l’un pour le traitement des données
du canal D, l’autre pour le traitement de la signalisation ;
— un microprocesseur et sa mémoire, pour la commande de la
carte.
Il est possible d’avoir plusieurs cartes (30B + D) par CN, la seule
limitation de raccordement n’étant due qu’au trafic offert par les
4 MIC de raccordement à l’UCN.
6.2.3.2 Unité de commande numérique (UCN)
L’unité de connexion et commande numérique (UCN) assure, pour
le CSN, la commande et les principales fonctions de connexion. Elle
réalise l’interface du CSN avec le sous-système de connexion et de
commande du système E10 (figure 26) par l’intermédiaire de liaison
MIC à 2 Mbit /s. Le dialogue entre l’UCN et la commande centrale
du système E10 se fait en signalisation CCITT no 7.
L’architecture matérielle de l’UCN est représentée figure 34. L’UCN
est composée de :
— deux unités de commande et de connexion (UCX) fonctionnant en mode pilote/réserve ;
— un groupe de traitement d’auxiliaires (GTA) ;
— des circuits d’interface avec les CNE (ICNE) et avec la partie
centrale du système E10 (ICDC).
6.2.3.2.1 Unité de commande et connexion (UCX)
Chaque UCX comprend :
— une matrice de connexion temporelle : c’est une matrice rectangulaire de 48 MIC par 16 MIC. Les 16 MIC sont affectés aux liaisons
vers le sous-système de connexion central du système E10
(figure 26), et les 48 MIC se répartissent :
• 42 MIC, affectés aux liaisons avec les CN,
• 6 MIC, affectés au raccordement des auxiliaires et des liaisons
internes de signalisation de l’UCN soit vers le CN, soit vers les
organes centraux de commande de système E10.
Cette matrice concentre donc le trafic des 42 MIC raccordés aux
CN sur les 16 MIC raccordés au réseau de connexion central du
système E10 ; c’est donc le deuxième niveau de concentration et
connexion du CSN (figure 29).
Figure 33 – CSN : carte d’abonnés numériques
(30B + D)
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Figure 34 – CSN : unité de commande
numérique
Cette matrice est complète et permet des connexions entre
n’importe lequel des MIC.
En fonctionnement normal, les connexions se font entre les 42 MIC
raccordés aux CN et les 16 MIC raccordés au réseau de connexion
central du système. En revanche, au cas où le CSN est isolé du système central E10 (coupure de tous les MIC par coupure de câble par
exemple, si le câble est unique), les connexions se font entre CN
pour des communications locales et donc entre les MIC raccordés
aux CN.
— une station de commande constituée d’un processeur et de
ses deux coupleurs. Ces deux coupleurs assurent le dialogue avec
les CN, c’est-à-dire chacune des UT (en protocole HDLC), et avec
les stations de commande du sous-système central de commande
(en signalisation CCITT no 7).
6.2.3.2.2 Groupe de traitement d’auxiliaires (GTA)
Il est composé des éléments suivants :
— récepteurs de fréquences pour postes à clavier ;
— générateurs de tonalités ;
— équipements de mesures des lignes et des équipements
d’abonnés ;
— groupement d’alarmes ;
— films parlants à génération numérique, pour utilisation en cas
d’isolement du CSN en communication locale.
6.2.3.2.3 Circuits d’interface avec les CNE
et le système E10
Ces circuits ICNE et ICDC sont des fonctions d’interface MIC et
regroupent les fonctions de transcodage, amplification, resynchronisation de trame et aussi la fonction diffusion /sélection d’informations avec les deux matrices de connexion des deux UCX. En effet,
il faut diffuser les informations qui viennent des MIC vers les
2 matrices et, en revanche, sélectionner les informations qui
viennent de la matrice pilote seulement.
E 7 580 − 30
6.2.4 Tolérance aux fautes des systèmes
de commutation. Solutions type CSN
Nous avons vu et signalé, au cours de la description de l’architecture matérielle du CSN, les redondances mises en place pour
permettre la continuité du service aux abonnés en cas de panne
d’un élément fonctionnel. Nous allons résumer ici les différentes
techniques de redondance qui sont utilisées dans le CSN.
Tout d’abord au niveau de l’UCN, l’UCX est entièrement dupliquée.
En effet, cet équipement traite le trafic de tout le CSN qui sert un
grand nombre d’abonnés (de 500 à 5 000 abonnés selon l’équipement). Dans ce cas, pour assurer la qualité de service requise
(permanence du service) la duplication s’impose. Une fois la duplication faite, il faut choisir un mode de fonctionnement des unités
dupliquées.
Dans les systèmes dupliqués, il existe trois modes de fonctionnement :
— le partage de charge entre les deux unités ;
— le fonctionnement en microsynchronisme des deux unités ;
— le fonctionnement d’une unité en pilote et de l’autre en
réserve.
■ Dans le cas de partage de charge, les deux unités se partagent la
charge du trafic, c’est-à-dire de la gestion des appels et des communications. Dans ce cas, il y a lieu de définir une règle de répartition
de la charge.
■ Dans le cas du fonctionnement en microsynchronisme, les deux
machines assurent tous les traitements en parallèle et en synchronisme parfait et comparent à chaque instant l’identité des résultats
de leurs traitements. En cas de non-identité, il y a déclaration de
faute. L’une des machines considérée comme maître continue le
traitement tandis que l’autre déroule un programme de diagnostics
de faute.
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■ Dans le cas de fonctionnement d’une machine en pilote et de
l’autre en réserve, la machine pilote effectue le traitement des
communications et met à jour la machine réserve de façon macroscopique, c’est-à-dire à chaque étape importante des communications.
En particulier, toutes les connexions des communications en
cours sont établies dans les deux machines. De ce fait, en cas de
détection de pannes dans la machine pilote, ne sont perturbées
que les communications en cours de changement : établissement
ou rupture de communications.
Ces types de redondance assurent donc une permanence du service avec, en cas de faute d’un élément, une faible perturbation, à
condition bien sûr que les systèmes de détection de fautes soient
précis et rapides, sinon la perturbation risque de se propager dans
le système qui se trouverait alors présentant une très mauvaise
qualité de service.
Pour l’UCX du CSN, c’est donc le mode de fonctionnement
pilote/réserve qui a été adopté, car le partage de charge ne s’applique
pas facilement au CSN, et le microsynchronisme est plus compliqué
à mettre en œuvre.
Ainsi le processeur pilote traite toutes les communications et met
à jour les mémoires de la machine réserve. En cas de panne de la
machine pilote, le basculement se fait, la machine réserve devient
pilote, les communications déjà établies ne sont pas perturbées.
Toujours dans l’UCN, les interfaces MIC ICNE ou ICDC présentent
une redondance naturelle car il y a un élément matériel distinct par
liaison MIC. Si une panne survient, une seule liaison MIC sera
coupée. Mais comme il y a plusieurs liaisons MIC par CNE ou à
l’ICDC, il y a seulement une baisse des capacités d’écoulement des
communications mais pas d’arrêt du service.
Concernant les groupes de traitement d’auxiliaires que sont les
récepteurs de fréquences, générateurs de tonalités, etc., ces équipements raccordés aux quatre MIC se trouvent en deux ou plusieurs
exemplaires et fonctionnent en partage de charge en fonction des
besoins à l’établissement des communications.
Examinons maintenant les techniques de redondance dans les CN
(figure 30). Il y a deux cartes d’interface MIC vers l’UCN, ce sont les
deux cartes d’interface matrice de connexion. Chaque carte gère
deux MIC. En cas de panne d’une carte, le CN perd la moitié de ses
capacités de trafic mais n’est pas isolé. La qualité de service (taux
de blocage, durée d’attente de tonalité) baisse, mais il n’y a pas arrêt
du service, ce qui est acceptable compte tenu que le nombre
d’abonnés desservi est au maximum de 250. Par ailleurs, le taux de
défaillance de ces cartes d’interface est relativement faible.
À ces deux cartes s’ajoutent les cartes d’abonnés, appelées UT
(unités terminales), dont nous avons décrit trois types (figures 31,
32 et 33). Nous avons indiqué que pour les cartes d’abonnés
analogiques et numériques la technique pour améliorer la tolérance
aux fautes était le renvoi de la ligne d’abonné sur un équipement
de secours réservé sur une des cartes UT. En revanche, la partie
commune à 16 ou 8 abonnés de chaque UT n’est pas secourue. Ce
choix résulte du fait que ce sont les équipements associés à chaque
ligne d’abonné (BORSHT, COFIDEC...) qui ont un taux de défaillance
assez élevé pour nécessiter un renvoi sur équipement de secours
pour assurer une qualité de service suffisante. En revanche, la partie
commune de chaque UT a un taux de défaillance assez faible pour
accepter une non-redondance. Dans ce cas, les abonnés connectés
à la carte en panne sont privés de service pendant la durée de l’intervention pour le remplacement de la carte. Ce type de faute rentre
dans la catégorie des interventions urgentes qui se font en moins
de deux heures d’après le cahier des charges de France Télécom.
Ainsi la description de l’architecture matérielle du CSN a mis en
évidence différentes techniques de redondance dont le choix résulte
d’un compromis technico-économique permettant d’assurer la
meilleure qualité de service possible pour un coût raisonnable.
6.2.5 Optimalisation du réseau
de raccordement d’abonnés
Les lignes de raccordement d’abonnés que l’on appelle réseau de
raccordement d’abonnés ou encore réseau de distribution représentent un pourcentage important dans l’investissement global d’un
réseau national de télécommunication. Il est donc important d’optimiser ces coûts, en fait en réduisant la longueur totale des câbles
déployés.
À cet effet, l’architecture du CSN présente des caractéristiques qui
permettent de réduire la longueur des câbles d’abonnés. Ces caractéristiques sont expliquées sur la figure 35 qui montre l’implantation
des sous-systèmes sur le terrain. Ainsi les organes centraux de
connexion et de commande sont installés dans un bâtiment dans
une ville. Dans le même local se trouvent des CSN qui raccordent
des lignes d’abonnés situés dans le voisinage de ce bâtiment
(1 à 2 km). Des CSN distants peuvent être installés dans d’autres
locaux en banlieue de cette ville ou dans une autre ville voisine, distante par exemple de 5 à 10 km. Ces CSN distants sont reliés au bâtiment principal par des liaisons MIC (au maximum 16 par CSN), ce
qui réduit beaucoup le nombre de câbles de liaison entre les deux
locaux. Chaque CSN, qu’il soit local ou distant, peut de plus avoir
des CNE éloignés de 5 à 10 km du local du CSN.
Les CNE sont installés dans les hameaux ou des villages et raccordent chacun 100 à 250 abonnés. Les CNE sont raccordés au CSN
par 4 liaisons MIC, ce qui réduit aussi le nombre de câbles de
raccordement d’abonnés.
Il est donc manifeste que les caractéristiques d’architecture du
CSN permettent une réduction importante des longueurs de câbles
de raccordement d’abonnés.
De plus, le fait de réduire la longueur des lignes d’abonnés permet
de réduire le diamètre du cuivre des paires d’abonnés, ce qui réduit
encore le coût. En outre, la faible longueur des lignes d’abonnés améliore la qualité des communications.
Évidemment, les possibilités offertes par le CSN étaient écrites
dans les objectifs de définition de l’architecture du CSN. Ces objectifs ont été traduits en l’architecture que nous avons présentée.
6.3 Sous-système de raccordement
de circuits
Dans un système de communication numérique, le sous-système
de raccordement de circuits a un seul type d’interface physique avec
le réseau, c’est le MIC à 2,048 Mbit/s. Seule la signalisation associée
aux liaisons MIC les différencie.
On peut classer la signalisation en trois catégories :
— la signalisation avec les sous-systèmes de raccordement distants, qui sont les CSN distants dans le cas du système E10. C’est
une signalisation CCITT no 7 pour le CSN ;
— la signalisation voie par voie qui correspond en général à des
liaisons avec des systèmes de technologie plus ancienne, par
exemple des systèmes électromécaniques crossbar qui existent
toujours dans beaucoup de réseaux ;
— la signalisation CCITT no 7 utilisée dans les réseaux modernes
pour les liaisons avec les centraux numériques.
L’unicité de l’interface physique avec le réseau conduit à une
architecture assez simple du sous-système de raccordement de circuits. Celui-ci a, par ailleurs, une interface de 2,048 Mbit /s interne
avec le réseau de connexion temporel.
Nous allons décrire l’architecture du sous-système de raccordement de circuits du système E10 pour continuer dans notre logique
pédagogique.
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Figure 36 – Organisation d’une station multiprocesseur
de terminaison
Donnons maintenant quelques éléments chiffrés relatifs à cette
architecture et apparaissant sur la figure 36.
Figure 35 – Exemple de collecte d’abonnés par le CSN
■ Exemple d’architecture de sous-système
de raccordement de circuits numériques
L’architecture du sous-système de raccordement de circuits numériques est représentée sur la figure 36. Ce sous-système se nomme
station multiprocesseur de terminaison MIC.
En effet, la simplicité des interfaces MIC a fait considérer le raccordement de circuits comme une partie du sous-système de
connexion et commande. C’est, d’une certaine manière, l’interface
externe du réseau de connexion temporel, qui est physiquement
implantée à côté de celui-ci.
Sur le diagramme de la figure 36 apparaissent donc les interfaces MIC externes et les interfaces MIC internes. Ensuite, l’équipement de base qui est dupliqué (ensemble logique A et ensemble
logique B) comprend des modules d’acquisition de la signalisation
et un processeur de commande (logique de commande).
L’équipement de base est relié aux processeurs centraux de
commande (SMC) par le BUS multiplex (MAS) (figure 26), et c’est
le coupleur multiplex principal (CMP) qui assure la connexion au
bus MAS.
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Tout d’abord, remarquons que la capacité maximale de la machine
est de 32 MIC externes et, par conséquent, de 32 MIC internes
puisqu’il n’y a ni concentration ni expansion dans la machine. Il y
a un module ou carte par interface MIC externe. Il n’y a donc pas
de duplication de ce module qui est, en quelque sorte, considéré
comme un élément de la liaison MIC qu’il interface et qui, elle, n’a
pas de redondance. Nous reviendrons ultérieurement sur les
méthodes de sécurisation des liaisons MIC entre centraux.
Les interfaces MIC internes sont organisées en groupes de 8 MIC
ou lignes réseau (LR). Un module traite donc 8 LR et il y a, au total,
4 modules ou cartes. Mais chaque carte est dupliquée, car le réseau
de connexion auquel elle s’interface est dupliqué en 2 plans réseau
de connexion.
Il y a donc en tout 2 groupes de 4 cartes d’interface MIC interne
assurant les liaisons avec le réseau de connexion. Chaque carte
traite 8 MIC internes ou lignes réseau (LR).
L’équipement de base est composé de modules d’acquisition au
nombre de 8 et d’un processeur de commande auquel est associé
un coupleur au bus de liaison avec les autres processeurs du système. Les modules d’acquisition récupèrent la signalisation voie par
voie qui est véhiculée par l’intervalle de temps no 16 (IT 16) et en
assure les prétraitements qui sont à leur charge. Chaque module
d’acquisition traite les signalisations voie par voie de 4 MIC, ce qui
conduit à 8 modules pour 32 MIC. L’ensemble de l’équipement de
base est dupliqué (logique A et logique B).
■ Faisons maintenant la synthèse des redondances du soussystème de raccordement de circuits du système E10 :
— l’équipement de base est dupliqué et fonctionne en mode
pilote-réserve. L’une des logiques traite le trafic et met l’autre
machine à jour à chaque étape importante des communications. En
cas de faute sur la machine pilote, la machine réserve devient pilote.
La machine réserve, en plus de la mise à jour de ces mémoires,
déroule des programmes de test interne pour s’assurer de son bon
fonctionnement ;
— l’interface de chaque MIC externe est réalisée en un module
ou carte qui est relié aux deux logiques A et B. Dans le sens réception,
les informations sont diffusées vers les deux logiques mais, dans
le sens émission, le module sélectionne les informations de la
logique pilote ;
— le module d’interface MIC interne traite 4 MIC internes. Ce
module est doublé, un module étant connecté à chacun des deux
plans de réseau de connexion.
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■ Voyons maintenant comment est assurée la permanence du
service sur les liaisons MIC entre centres de commutation. Dans le
cas général il y a plusieurs liaisons MIC entre chaque centre de
commutation (CAA et CT, figure 24) et, en cas de panne d’un MIC, la
capacité de trafic est réduite mais n’est pas coupée. S’il n’y avait
qu’une liaison entre centre, ou si plusieurs liaisons passaient dans le
même câble et que le câble soit coupé, la solution pour assurer le
trafic serait de router le trafic par d’autres chemins, en passant par
l’autre centre de transit par exemple (figure 24). C’est donc par des
techniques de maillage des centres de commutation et de choix de
routes de débordement de trafic que la permanence du service peut
être assurée en cas de coupure d’un faisceau direct entre deux
centres de commutation.
6.4 Réseau de connexion central
Avant d’aborder la présentation des caractéristiques générales
d’architecture d’un réseau de connexion numérique, en prenant
pour exemple le système E10, nous allons décrire les principes de
base d’un réseau de connexion temporel.
6.4.1 Fonctions de base d’un réseau de connexion
temporel
Le diagramme de la figure 37 va nous servir de support pour
énoncer les fonctions de base d’un réseau de connexion temporel.
Le réseau de connexion temporel est relié aux unités de raccordement d’abonnés ou de circuits ou d’auxiliaires (générateurs de
tonalités ou récepteurs de tonalités et signaux multifréquences)
par des multiplex temporels de 32 intervalles de temps synchrones
avec la base de temps de l’autocommutateur. Un multiplex synchrone est désigné par le terme de ligne réseau (LR). Une ligne
réseau comprend deux parties : une ligne réseau entrante (LRE) et
une ligne réseau sortante (LRS). Une ligne réseau entrante porte
les échantillons de parole émis par un abonné ou un circuit. Une
ligne réseau sortante porte les échantillons destinés à être reçus
par un abonné ou un circuit. C’est donc un système de transmission de type 4 fils.
Une communication téléphonique occupe deux intervalles de
temps soit d’une même ligne réseau, soit de deux lignes réseau.
Chaque intervalle de temps est occupé sur la ligne réseau entrante
et la ligne réseau sortante associée.
Supposons donc une communication téléphonique entre un
abonné A et un abonné B. L’intervalle de temps affecté à l’abonné
A se trouve, par exemple, sur la ligne réseau LRi (LREi , LRSi ) et est
désigné par tj .
L’intervalle de temps affecté à l’abonné B se trouve, par exemple,
sur la ligne réseau LRh (LREh , LRSh ) et est désigné par tk .
Pour établir la communication entre les deux abonnés, le rôle du
réseau de connexion est d’assurer le transfert des échantillons
émis par l’abonné A et arrivant à l’entrée du réseau de connexion
sur la ligne multiplex LREi dans l’intervalle de temps tj , sur la ligne
réseau LRSh dans l’intervalle de temps t k de façon à être reçus par
l’abonné B.
Le réseau de connexion doit aussi assurer le transfert symétrique, c’est-à-dire des échantillons émis par l’abonné B et arrivant
sur la ligne multiplex LREh dans l’intervalle de temps t k sur la ligne
multiplex LRSi dans l’intervalle de temps tj de façon à être reçus
par l’abonné A.
Cette fonction de transfert comprend donc deux sous-fonctions :
— une sous-fonction d’aiguillage spatial, qui est le transfert d’une
ligne réseau entrante quelconque vers une ligne réseau sortante
quelconque ;
— une sous-fonction d’aiguillage temporel qui consiste à effectuer un changement d’intervalle de temps puisque les échantillons
de l’intervalle de temps tj sont transférés dans l’intervalle de temps
tk ; de même, les échantillons de l’intervalle de temps tk sont transférés dans l’intervalle de temps tj .
6.4.2 Réalisation d’un commutateur temporel
Pour réaliser l’opération de changement d’intervalle de temps, il
est nécessaire de réaliser une fonction retard qui peut avantageusement être obtenue par une mise en mémoire des échantillons.
Pour effectuer l’opération de changement de ligne réseau
(aiguillage spatial), il est nécessaire que les échantillons puissent être
transférés à travers un réseau de portes d’aiguillage ou de transfert.
Le diagramme général de la figure 38 met en évidence :
— les mémoires tampons de conversation (MTC) permettant le
changement d’intervalle de temps ;
— le réseau de portes de transfert des échantillons (ligne de
jonction LJ) assurant l’aiguillage spatial des échantillons.
Ce diagramme est celui de ce que nous appellerons un commutateur temporel de type T. Il est raccordé à trente-deux lignes réseau,
soit trente-deux LRE (LRE0 à LRE31) et trente-deux LRS (LRS0 à
LRS31). Chaque ligne LRE est raccordée à une mémoire tampon de
conversation MTC (MTC0 à MTC31). Chaque ligne LRS est raccordée
à un registre de sortie RS (RS0 à RS31).
6.4.2.1 Mémoire tampon de conversation
Les huit bits (représentatifs d’un échantillon de conversation)
contenus dans chacun des 32 intervalles de temps d’un multiplex
entrant (LRE) sont enregistrés, au fur et à mesure de leur arrivée,
dans un mot d’une mémoire appelée mémoire tampon de conversation (MTC) ; chaque mémoire MTC comprend donc trente-deux
mots de huit bits.
Le contenu de chaque mot mémoire reste inchangé jusqu’à
l’arrivée de l’échantillon du même intervalle de temps de la trame
suivante, soit 125 µs plus tard. Il pourra donc être lu pendant un
intervalle de temps quelconque de la trame qui suit l’écriture. C’est
ce mécanisme de lecture à un instant quelconque de la trame qui
permet le changement d’intervalle de temps.
Figure 37 – Diagramme fonctionnel d’un réseau de connexion
temporel
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6.4.2.3 Mémoire de commande MCM
La mémoire de commande MCM est une mémoire associée au
multiplex LJ. Elle fournit, à chacun des 32 instants τ de transfert d’un
mot d’une mémoire MTC vers un registre de sortie RS, l’adresse du
mot du bloc mémoire MTC à lire et à transférer dans le registre RS
ayant même rang que l’instant τ en cours.
Cette mémoire MCM délivre donc ses adresses de façon cyclique
et à la même cadence de fonctionnement du multiplex LJ.
Ce principe de fonctionnement conduit à affecter un mot de
mémoire MCM à chaque intervalle de temps τ de chaque multiplex
sortant (LRS). Ainsi la capacité de la mémoire MCM se déduit du
nombre de multiplex sortants desservis par le commutateur. Dans
notre cas de figure, cette capacité est de 1 024 mots 32 τ × 32 LR.
Mais les adresses contenues dans cette mémoire doivent y être
inscrites et effacées. Pour cela, il faut des instants caractéristiques ;
ce sont, parmi les 36 instants du multiplex LJ, les 3 instants qui
restent après avoir affecté 32 instants à la lecture des mémoires
tampons MTC et un instant à l’écriture dans les mémoires MTC.
6.4.2.4 Principe d’établissement d’une communication
Figure 38 – Architecture d’un réseau de connexion temporel
de type T
Nous avons vu (§ 6.4.1), qu’une communication téléphonique
occupait deux intervalles de temps (t i et t k ) sur la même LR ou plus
généralement sur deux LR différentes. Il y aura donc deux mots de
mémoire de commande MCM affectés à une communication. Le mot
de mémoire MCM affecté à l’intervalle de temps tj du multiplex
sortant LRSi de l’abonné A contiendra l’adresse du mot de mémoire
tampon de conversation MTC, qui reçoit les échantillons de l’intervalle de temps tk du multiplex entrant LREh de l’abonné B. De la
même façon, le mot de mémoire MCM affecté à l’intervalle de temps
tk du multiplex sortant LRSh de l’abonné B contiendra l’adresse du
mot de mémoire tampon de conversation MTC qui reçoit les échantillons de l’intervalle de temps tj du multiplex entrant LREi .
6.4.2.2 Dispositif d’aiguillage spatial. Ligne de jonction
La ligne de jonction (LJ) est un multiplex de huit conducteurs
(transfert de 8 bits en parallèle) reliant toutes les mémoires tampons
aux registres de sortie RS (RS0 à RS31). L’aiguillage des échantillons
sortant des mémoires tampons MTC vers les registres de sortie RS
se fait en affectant à chaque LRS un instant de transfert τ sur le multiplex ligne de jonction LJ, τ 0 pour la ligne LRS0, τ31 pour la LRS31
et cela pour chaque intervalle de temps τi de 3,9 µs.
La cadence des transferts sur le multiplex ligne de jonction LJ,
qui est l’une des caractéristiques essentielles du commutateur,
détermine le nombre de multiplex LR desservis par le multiplex LJ.
Pour le commutateur représenté sur la figure 38, le multiplex LJ
comprend trente-deux instants τ de transfert et permet donc de
desservir trente-deux multiplex LR.
Pendant un instant τ de transfert sur le multiplex LJ, un mot de
huit éléments binaires est lu dans l’une quelconque des mémoires
tampons MTC.
Bien qu’une seule mémoire MTC soit active en lecture pendant
un instant de transfert sur LJ, aucune action ne peut être entreprise
sur les autres mémoires MTC, car l’accès en lecture est aléatoire.
Il est donc nécessaire de disposer, en plus des 32 instants τ de
transfert sur LJ, de quelques instants supplémentaires permettant
en particulier l’écriture en mémoire tampon MTC.
En réalité le multiplex LJ comprend, pour chaque intervalle de
temps de 3,9 µs, 36 instants caractéristiques dont 32 pour le transfert
des échantillons de l’une quelconque des mémoires MTC vers les
registres de sortie RS, un instant τ pendant lequel se fait l’écriture
des 32 échantillons arrivant sur les LRE dans chacune des 32 MTC
et trois instants dont nous verrons l’utilisation ultérieurement.
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6.4.3 Organisation générale d’un réseau
de connexion sans blocage
Nous avons vu (§ 6.4.2.2) que le commutateur temporel de
32 × 32 = 1 024 intervalles de temps permettait d’établir un maximum de 512 communications puisqu’il faut deux intervalles de
temps par communication.
Pour augmenter la taille du commutateur, c’est-à-dire augmenter
le nombre de multiplex LR raccordés, il y a deux possibilités :
augmenter la vitesse de transfert sur le multiplex LJ ou bien organiser le commutateur pour que plusieurs multiplex LJ puissent fonctionner simultanément.
Retenons cette dernière hypothèse et supposons une capacité de
commutateur de 128 multiplex LR, ce qui correspond à un commutateur à quatre multiplex LJ (32 × 4 = 128).
Le mécanisme de transfert des échantillons de parole arrivant dans
les intervalles de temps des multiplex entrants LRE et mémorisés
pendant la durée d’une trame (125 µs) dans les différentes mémoires
tampons de conversation est commandé par une mémoire de
commande MCM associée au multiplex LJ (§ 6.4.2.3 et 6.4.2.4).
Le commutateur de 128 multiplex LR et comprenant quatre multiplex de transfert LJ va donc comporter quatre mémoires de
commande MCM (une mémoire par multiplex LJ). Ces mémoires de
1 024 mots chacune assurent chacune 1 024 transferts d’échantillons
des mémoires tampons MTC vers les 32 intervalles de temps des
128 multiplex sortants LRS et cela à chaque trame de 125 µs. Ces
mémoires fonctionnent en parallèle (ou simultanément).
Puisque le commutateur est sans blocage, l’adresse de mot de
mémoire tampon de conversation MTC fournie par chacune des
4 mémoires de commande MCM est quelconque, et il est possible
qu’à un instant de transfert donné deux ou même les quatre adresses
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fournies par les quatre MCM désignent le même bloc mémoire MTC,
qui est réalisé sous forme d’une mémoire adressable à accès aléatoire de 32 mots de 8 bits.
Comme, à chaque instant de transfert τ, chaque bloc mémoire
MTC ne permet qu’un seul accès, la solution du problème consiste
à quadrupler les mémoires tampons de conversation.
La figure 39 donne l’organisation générale de commutateurs temporels sans blocage à 32 multiplex LR que l’on appelle une unité
réseau de connexion, à 64 multiplex LR ou à deux unités réseau, à
96 multiplex LR ou à trois unités réseau, à 128 multiplex LR ou à
quatre unités réseau.
6.4.4 Chaîne centrale de connexion
L’architecture générale de la chaîne de connexion centrale du
système E 10 est représentée sur la figure 40.
C’est une chaîne de connexion dupliquée, les deux demi-chaînes
fonctionnant en synchronisme. Cette chaîne de connexion établit
des interconnexions de voies temporelles pour les organes locaux
de collecte d’abonnés (CSNL), les stations SMT et SMA.
Cette chaîne de connexion comprend :
— la matrice centrale de connexion (MCX) qui comprend deux
branches A et B ;
— les équipements de sélection et amplification de branche (SAB).
Les équipements SAB sont situés physiquement dans les CSNL,
SMT et SMA (qui sont les équipements de raccordement d’abonnés,
de liaisons MIC de circuits et de liaisons avec les auxiliaires), mais
ils font partie fonctionnellement de la chaîne centrale de connexion.
Chaque matrice de connexion MCX est un réseau de connexion
temporel carré à un seul étage T de 2 048 LRE et 2 048 LRS. La matrice
centrale de connexion comprend deux branches identiques A et B.
Les équipements SAB ont pour fonctions essentielles :
— l’amplification des liaisons de paroles et de données vers les
MCXA et MCXB ;
— la sélection, IT (intervalle de temps) par IT, des informations
de la branche MCXA ou MCXB.
Pour cela, une comparaison, bit par bit, est réalisée des informations des voies sortant des deux branches MCXA et MCXB. Dans
cette comparaison un bit de parité est utilisé. Ce bit de parité fait
partie d’un ensemble de bits de contrôle (8 au total) qui sont
commutés en même temps que l’octet de parole. Ce qui veut dire
que la matrice MCX commute en réalité 16 bits : 8 bits de signal de
parole ou de données et 8 bits de contrôle dont un de parité pour
l’octet de signal. Nous ne rentrerons pas dans la description du rôle
des autres bits de contrôle qui permettent d’activer des procédures
complémentaires de contrôle de transmission et de connexion.
La figure 41 représente l’architecture d’une branche de matrice
centrale de connexion (MCX). Pour la capacité maximale de 2 048 LR,
elle est constituée de 8 unités appelées SMX (station multiprocesseur
de connexion).
Figure 40 – Architecture générale de la chaîne de connexion
du système E 10
Figure 39 – Organisation générale de commutateurs temporels
sans blocage de grande capacité
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Figure 41 – Architecture d’une branche
de matrice centrale de connexion
Chaque SMX dessert 256 LRE et LRS et est constituée de :
— l’ILR : interface liaison réseau coté LRE et LRS ;
— d’une matrice de commutation temporelle 2 048 × 256 qui
reçoit les 256 LR de son unité et est connectée aux LRE des autres
SMX selon le principe exposé au paragraphe 6.4.3 et sur la
figure 39 ;
— d’un coupleur CMP qui assure la fonction processeur pour le
réseau de connexion et le dialogue sur le multiplex MAS avec les
autres stations du système de commande et sur le bus BSM avec
le coupleur matrice.
■ Remarques générales concernant l’architecture
de la chaîne centrale de connexion
Il est évident que la disponibilité fonctionnelle permanente de la
chaîne de connexion centrale est fondamentale pour la permanence du service d’un autocommutateur.
En effet, les communications de tous les usagers transitent par
cet élément central. Il était sans doute possible de choisir une architecture plus modulaire de manière qu’une panne matérielle n’affecte
qu’une partie des usagers. Mais il est certain qu’une duplication
complète permet pratiquement une disponibilité totale et permanente de la fonction.
Remarquons, par ailleurs, que le mode de duplication choisi est
ici le fonctionnement en synchronisme ou même en microsynchronisme (puisque la comparaison est faite bit à bit) des deux branches.
Dans le cas du réseau de connexion temporel qui a une fonction
simple, ce mode de duplication (ou de redondance) est tout à fait
adéquat, et il résulte que, au niveau des SAB, la sélection de la
branche fournissant l’information correcte peut se faire sans perte
d’information à chaque octet.
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La chaîne centrale de connexion permet d’illustrer le mode de
redondance par duplication et fonctionnement en microsynchronisme.
6.5 Architecture logicielle
Il y a lieu de faire une distinction entre le logiciel de traitement
d’appel et le logiciel d’exploitation-maintenance, les contraintes et
les caractéristiques étant différentes.
6.5.1 Logiciel de traitement d’appel
Les objectifs d’un logiciel de traitement d’appel sont d’assurer :
— un service performant, continu et fiable sur une longue durée
de vie du système ;
— une facilité de génération et d’installation des logiciels (maîtrise
de leur production et de leur gestion) ;
— une facilité d’extension et de modification des centraux (sans
interruption de service) ;
— une facilité d’exploitation et de maintenance (procédures
pour détecter et localiser les fautes, les corriger et éviter leur
propagation) ;
— une évolution technologique ;
— une modularité matérielle du système de commande de traitement d’appel.
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Pour répondre à l’ensemble de ces critères et en particulier aux
deux derniers : évolution technologique et modularité, l’architecture logicielle de traitement d’appel comprend trois niveaux :
— le système d’exploitation de la machine support ;
— le système d’exploitation des applications de traitement
d’appel ;
— les applications du traitement d’appel.
— l’observation de trafic : cette observation temporaire permet
d’obtenir des renseignements complets sur le déroulement de
communications dans le central : par exemple, temps d’établissement, identité des éléments matériels de la communication, etc. ;
— les essais des lignes d’abonnés et des circuits.
■ Le système d’exploitation de la machine support assure l’interface avec le matériel, l’allocation des ressources aux logiciels, la
communication avec l’extérieur (les autres machines). C’est généralement le logiciel de base livré par le fournisseur de la machine et
qui change avec l’évolution technologique d’un processeur à l’autre.
Il s’agit de fonctions de gestion des entités matérielles et logicielles durant la vie du système :
— les logiciels : opérations de chargement, de génération, de
changement de version des logiciels ;
— les données : assurer l’intégrité et la cohérence des données
d’exploitation ;
— l’état des machines : positionnement des machines matérielles
(processeurs) ou logicielles (machines logiques) à la demande de
l’opérateur d’exploitation ;
— les terminaux informatiques : assurer la gestion des terminaux informatiques de tous types qui sont raccordés au système.
Pour la maintenance de l’autocommutateur, le système d’exploitation et de maintenance dispose de messages d’anomalies et de
programmes de localisation de défauts.
Les messages d’anomalies, émis spontanément par les éléments
matériels ou logiciels du système, sont triés et traités statistiquement.
Les programmes de localisation d’avaries sont activés par un
opérateur.
■ Le système d’exploitation des applications de traitement d’appel
assure l’interface entre le système d’exploitation support, spécifique
du processeur utilisé, et les logiciels d’application de traitement
d’appel, qui doivent être indépendants du processeur utilisé. Les
fonctions du système d’exploitation des applications sont dépendantes de l’architecture générale du système de commande. Elles
permettent à l’ensemble de fonctionner et fournissent des fonctions
telles que :
— la communication ;
— le chargement ;
— l’initialisation ;
— la défense, etc.
■ Les applications du traitement d’appel sont généralement organisées en unités fonctionnelles spécialisées, que l’on appelle des
machines logiques (ou des appellations équivalentes) dans la plupart des systèmes. Cette appellation de machine logique résulte du
fait que ce logiciel traite une fonction spécifique du traitement
d’appel comme :
— la gestion des connexions ;
— la taxation ;
— la traduction, etc.
Dans un système multiprocesseur et modulaire, le système
d’exploitation des applications de traitement d’appel doit permettre
une implantation de différentes configurations d’applications (ou de
machines logiques) sur un même processeur, de manière à disposer
de l’ensemble des machines logiques sur un nombre variable de processeurs selon la capacité du centre.
Dans un centre de grande capacité, une même machine logique
peut être implantée sur plusieurs processeurs de manière à assurer
la puissance de traitement nécessaire à la fonction de cette machine
logique.
Dans un centre de petite capacité, l’ensemble des machines
logiques peut être implanté sur un seul processeur.
6.5.2 Logiciel d’exploitation et de maintenance
Avant de présenter l’architecture générale d’exploitation et de
maintenance d’un autocommutateur numérique, rappelons les principales fonctions à traiter. On distingue deux catégories de
fonctions :
— l’exploitation de l’application téléphonique ;
— l’exploitation et la maintenance du système.
6.5.2.1 Exploitation de l’application téléphonique
Les principales fonctions sont :
— la gestion des données d’analyse et d’abonnés. Les principales
actions consistent à créer, modifier, interroger les caractéristiques
des abonnés et des circuits d’un central ;
— la gestion du réseau CCITT no 7 ;
— la taxation : il s’agit de gérer le calendrier et les caractéristiques
de taxation, les comptes d’abonnés, la facturation détaillée ;
— l’observation de charge : cette observation permet d’établir des
statistiques de charge soit sur une période précise (heure chargée),
soit sur une période plus longue (mois, année...) ;
6.5.2.2 Exploitation et maintenance du système
6.5.2.3 Architecture du logiciel d’exploitation
et de maintenance
■ Les caractéristiques particulières d’un tel logiciel sont d’assurer :
— l’extensibilité des programmes ;
— la flexibilité opérationnelle :
• pour affecter un terminal de dialogue à une fonction particulière sur demande,
• pour adapter le langage homme-machine aux langues des
différents pays ;
— la sécurité pour protéger le système contre une erreur logicielle quelconque.
Par ailleurs, comme pour le logiciel de traitement d’appel, il faut
assurer l’indépendance du logiciel vis-à-vis du matériel.
■ Le logiciel d’exploitation et de maintenance comprend aussi trois
niveaux :
— le système d’exploitation de la machine support ;
— le système d’exploitation des applications d’exploitation et de
maintenance ;
— les applications d’exploitation et de maintenance.
● Le système d’exploitation de la machine support, encore appelé
système de base, comprend pour l’essentiel les fonctions suivantes :
— un noyau de base assurant les mécanismes de relation avec
le matériel et le temps réel (gestion des interruptions), ordonnancement des tâches, gestion des horloges, gestion des entrées-sorties
etc. ;
— des services pour les applications transactionnelles : contrôle
des accès d’opérateurs, gestion des fichiers disque et bande magnétique, détection de matériel défaillant, édition de messages d’alarme,
etc.
● Le système d’exploitation des applications d’exploitation et de
maintenance assure l’interface entre le système de base et les applications transactionnelles. Il comprend :
— l’interface avec le système de base de façon à rendre indépendantes les applications de la machine support ;
— l’interface standard des applications qui rend aux applications
les services ou fonctions des types suivants :
• lecture et mise à jour de la date et de l’heure,
• gestion d’un calendrier pour certains traitements,
• accès aux fichiers sur disque ou bande magnétique,
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• édition des messages sur les terminaux,
• accès au système de connexion de l’autocommutateur,
• gestion des traitements et des transactions, etc.
● Les applications d’exploitation et de maintenance sont généralement organisées à partir de modules logiciels élémentaires réalisant une fonction bien spécifique. Le traitement d’une fonction
d’exploitation et de maintenance suppose l’exécution de plusieurs
modules de logiciel spécifiques. Un module spécifique peut être utilisé par des fonctions différentes. Les fonctions d’applications
d’exploitation et de maintenance sont nombreuses et diverses, mais
peuvent être réalisées par un enchaînement de modules élémentaires dont chacun peut être utilisé pour le traitement de plusieurs
fonctions différentes, mais associé à des ensembles différents de
modules élémentaires.
Le logiciel des applications d’exploitation et de maintenance est
ainsi constitué de modules logiciels élémentaires, parfois désignés
sous le nom de transactions. Le traitement d’une fonction suppose
l’exécution d’une séquence de modules élémentaires pris dans
l’ensemble des modules.
6.5.3 Remarques concernant l’architecture
logicielle
Les architectures logicielles du traitement d’appel et d’exploitation et de maintenance sont semblables, elles comprennent :
— un système de base dépendant de la machine matérielle ;
— un ensemble de logiciels d’application qui doit être indépendant de la machine support, afin d’assurer une évolution technologique sans modification des logiciels d’application ;
— un logiciel d’interface avec le système de base et de services
aux applications.
Les configurations matérielles des machines de traitement d’appel
et des machines d’exploitation et de maintenance sont différentes,
au moins à cause des périphériques raccordés sur la machine
d’exploitation et de maintenance (nombreux terminaux d’opérateurs, bande magnétique, etc.). De ce fait, les fonctions du système
de base sont un peu différentes.
Les logiciels d’application du traitement d’appel et d’exploitation
et de maintenance ont des contraintes et caractéristiques différentes,
ce qui conduit à des architectures différentes.
Le logiciel d’interface entre la machine support et les logiciels
d’applications doit assurer aux logiciels d’applications des services
différents selon qu’il s’agit du traitement d’appel ou d’exploitation
et de maintenance.
Ce logiciel doit aussi s’interfacer avec une machine support d’une
configuration différente lorsqu’il s’agit d’une machine de commande
de traitement d’appel ou d’une machine d’exploitation et de maintenance. Il présentera donc des différences d’une machine à l’autre.
Les langages de programmation utilisés sont pour l’essentiel des
langages de haut niveau, tels que le langage CHILL qui est défini
et recommandé par le CCITT.
Nous allons maintenant présenter les architectures générales de
trois autres systèmes de commutation très connus et équipant
aussi de grands réseaux.
7.1 Système 12
La figure 42 représente l’architecture générale du système 12
(S 12) [28]. C’est une architecture à commande très répartie. Elle est
constituée de modules spécialisés ayant la même architecture générale comprenant, en particulier, un module de traitement générique
s’interfaçant avec un réseau de connexion numérique central.
Le réseau de connexion numérique central assure toutes les
communications entre les différentes entités du système : communications de parole et communications de données, y compris les
échanges de données entre les processeurs de traitement des différents modules.
Les différents types de modules spécialisés apparaissent sur la
figure 42. Il s’agit de modules :
— d’abonnés analogiques ;
— d’abonnés numériques RNIS ;
— de circuits ou jonctions analogiques ou numériques, etc.
Les organes de traitement ont tous la même architecture générique et comprennent une interface numérique avec le réseau de
connexion central et un processeur (figure 43). Le processeur est
le même pour tous les modules. Le dimensionnement d’un module
dépend donc du trafic total à gérer par entité raccordée. Ainsi le
nombre d’abonnés analogiques est différent du nombre d’abonnés
numériques.
7. Présentation
de quelques systèmes
Pour des raisons pratiques de pédagogie et de plus grande précision dans les descriptions, nous avons basé la présentation de
l’architecture d’un autocommutateur numérique sur le système
Alcatel E10 qui est le système qui équipe une très grande partie du
réseau de France Télécom et est installé dans de nombreux autres
réseaux. Il a été ainsi possible d’utiliser des diagrammes d’architecture assez détaillés permettant une meilleure approche des
problèmes.
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Figure 42 – Architecture à commande répartie du système 12
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Le réseau de connexion central commute 16 bits par intervalle
de temps, 8 correspondant à la communication proprement dite et
8 utilisés pour le contrôle du réseau de connexion et le contrôle
interne des échanges entre machines de traitement.
Pour une description détaillée, le lecteur pourra se reporter à la
référence [29].
7.2 Système ESS no 5
C’est un système à commande en grande partie répartie. Il se
compose :
— de modules d’interface qui sont des unités de raccordement
d’abonnés et de circuits ;
— d’un réseau de connexion central qui établit les connexions
entre les entités des différents modules ;
— d’une unité centrale de contrôle qui comprend :
• un commutateur de message,
• un processeur central, et sa mémoire de masse,
• un processeur d’entrée-sortie qui fait l’interface avec les terminaux et les entités d’exploitation extérieures.
La figure 44 représente l’architecture générale du système ESS
no 5 d’ATT.
Figure 43 – Module générique du système 12
Figure 44 – Architecture du système ESS no 5
d’ATT
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Les modules d’interface, qui traitent le trafic d’environ
4 000 abonnés, sont des unités mixtes qui interfacent aussi des
circuits. Chaque module a son unité de contrôle et assure le traitement d’appel complet de ses abonnés et circuits. Pour les
communications qui mettent en œuvre deux modules d’interface,
les échanges d’information entre les modules pour le traitement
d’appel se font à travers le réseau de connexion central et le
commutateur de message.
Pour une description plus détaillée, le lecteur pourra se reporter
aux références [29] [30] [31] (figure 45).
7.3 Système AXE 10
La figure 46 représente l’architecture générale du système
AXE 10, système développé par la société suédoise L.M. Ericsson
et adapté pour le réseau de France Télécom par la société MET
(Matra Ericsson Télécommunications).
C’est un système à commande en grande partie répartie qui se
compose de :
— un sous-système de raccordement d’abonné (SSS) contrôlé
par un processeur local (RP) ;
— un réseau de connexion central (GSS) ;
— un sous-système de raccordement de circuits (TSS) ;
— un équipement de traitement des canaux sémaphores de
signalisation CCITT no 7 (CCS) ;
— un système de commande centralisé (CP).
L’architecture plus détaillée du module de raccordement
d’abonnés analogiques (LMS-A) est représentée sur la figure 47 et
comprend :
— les circuits interfaces de lignes (LIC-A), un réseau de connexion numérique (TS) ;
— une interface avec le réseau de connexion central (ET) et un
processeur local de commande (RP).
L’une des particularités des processeurs de commande est de
fonctionner par paires en microsynchronisme.
L’unité de commande RP est, en fait, constituée de plusieurs
paires de calculateurs fonctionnant en partage de charge.
Le processeur central est constitué d’une paire de calculateurs en
microsynchronisme. Il existe deux gammes de puissance pour ce
processeur central. Une gamme pour les petites et moyennes capacités, une gamme pour les grandes capacités d’autocommutateurs.
Pour une description plus détaillée, le lecteur pourra se reporter
aux références [32] [33] [34].
Figure 45 – Architecture du module interface
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8. Considérations technicoéconomiques
8.1 Modularité matérielle
Au premier jour d’installation sur un site donné d’un système de
commutation, le nombre de lignes d’usagers et de circuits raccordés
est très variable d’un site à l’autre. Les capacités de première installation peuvent être très faibles, par exemple quelques centaines
d’usagers. Au cours du temps, des extensions seront faites et le système pourra atteindre sa capacité maximale, qui est généralement
de plusieurs dizaines de milliers.
Figure 46 – Architecture du système AXE 10
Figure 47 – Système AXE 10 : module de raccordement d’abonnés
analogique
Les recettes de l’opérateur dépendent directement du nombre
d’usagers raccordés. Il est donc normal que l’investissement de
l’opérateur soit une fonction aussi linéaire que possible du nombre
de lignes d’usagers (figure 48). Mais cette courbe des coûts en fonction du nombre de lignes ne passe pas par zéro et est une courbe
en escalier plutôt qu’une droite. En effet, nous avons vu, en étudiant
l’architecture des systèmes de commutation, que ces systèmes
étaient organisés en sous-systèmes. Si l’on se réfère au système E10,
il se compose d’un système de connexion et de commande et d’un
système de collecte d’abonnés, il faut donc installer une baie de CSN
comprenant l’UCN ; il faut bien sûr mettre en place une configuration
minimale de l’ensemble de connexion et de commande. Ce sont ces
équipements qui déterminent le coût à l’origine (ou à zéro abonné).
Bien sûr, lorsque l’on définit un système de commutation, l’objectif
est d’obtenir un coût à l’origine aussi faible que possible.
Au cours de la vie du système sur un site, des extensions sont
réalisées assez régulièrement, le nombre des lignes d’usagers et de
circuits augmente. Le coût des extensions doit être aussi linéaire que
possible. Cependant des discontinuités sont inévitables, c’est ce qui
apparaît sur la courbe en escalier. Prenons le cas du CSN du système
E10 : les extensions se font en ajoutant des cartes d’abonnés, la variation du coût est donc assez linéaire jusqu’à la capacité maximale
du CSN. Ensuite, il faut rajouter une baie équipée d’une UCN, ce
qui produit une discontinuité (une marche d’escalier), puis la progression est linéaire en fonction du nombre de cartes d’abonnés.
Au cours de ces changements, d’autres causes de discontinuités
apparaissent lorsqu’il faut faire des extensions de l’ensemble de
connexion et de commande, par exemple rajouter un processeur de
commande, une baie de réseau de connexion, une baie de raccordement de liaisons MIC.
Figure 48 – Courbe représentative de la modularité matérielle
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La modularité matérielle est donc une contrainte que les architectes des systèmes de commutation doivent prendre en compte
dans leur architecture fonctionnelle, mais surtout dans la répartition
des matériels dans les baies, ce que l’on appelle les configurations
matérielles.
Pour les systèmes capables de grandes capacités, il est parfois
nécessaire de définir plusieurs configurations matérielles permettant
d’obtenir un coût à l’origine faible, y compris pour de très petites
capacités. Ces configurations doivent être obtenues à partir des
mêmes cartes matérielles et des mêmes modules logiciels. Il n’est
pas très facile de passer en ligne d’une configuration de petite capacité à une autre configuration. Mais cette situation se présente rarement. En effet, la capacité finale d’un site est généralement égale
à 3 ou 4 fois la capacité initiale.
8.2 Exploitation technique
L’exploitation technique est organisée autour :
— de centres principaux d’exploitation (CPE) qui ont en charge
d’assurer le bon fonctionnement des équipements et le bon écoulement du trafic. Le personnel de ces centres assure la maintenance
des équipements d’une zone géographique déterminée, ainsi que
les fonctions d’exploitation liées à ces équipements ;
— de centres de construction des lignes (CCL) chargés des réseaux
locaux (réseau de distribution) et des raccordements d’abonnés.
Il n’est pas question ici d’évaluer le coût d’exploitation des réseaux
de télécommunication. Cependant, on compare parfois les performances ou la productivité des différents opérateurs (France Télécom,
British Telecom, ATT, NTT, etc.) par un chiffre qui est le nombre de
lignes d’usagers par employé. Ce chiffre peut ainsi donner une idée
du coût global d’exploitation.
En Europe ce chiffre peut atteindre 200 et se situe en général entre
150 et 200. Ce chiffre a assez fortement augmenté avec la progression
des systèmes évolués et performants en fonction d’exploitation et
de maintenance. En effet, il n’y a plus de personnel dans les locaux
des commutateurs numériques, tout le personnel d’exploitation
technique est regroupé au CPE qui assure l’exploitation et la maintenance de plusieurs commutateurs.
8.3 Coût de développement
des matériels et des logiciels
Pour un système de commutation numérique le coût de développement des logiciels est beaucoup plus élevé que le coût du développement des matériels. Pour fixer les ordres de grandeur, l’on peut
dire qu’un système de commutation comprend de trente à cinquante
types différents de cartes qu’il faut donc développer. Ces cartes sont
assez complexes et comprennent des ASIC à développer aussi. Le
coût moyen de développement d’une carte y compris les spécifications, le firmware, les tests et les dossiers permettant de la fabriquer
peut être estimé entre six et huit mille heures.
Les logiciels nécessaires pour faire fonctionner un site sont généralement de l’ordre de plus de deux millions de lignes de code source
comprenant les instructions des programmes et des commentaires
associés. Mais un produit vit et s’exporte dans des pays où l’exploitation présente des différences par rapport au réseau national de
France Télécom. L’ensemble des logiciels nécessaires à la vie d’un
produit varie donc de plus de deux millions à trois, quatre, voire cinq
millions de lignes de code source. Le ratio moyen de production de
logiciel est de l’ordre de 1 ligne de code source par heure. Le coût
est entendu comme un coût global allant de la spécification jusqu’au
test et à l’intégration dans un système et comprenant même le suivi
pendant un an chez le client.
E 7 580 − 42
En conclusion, si nous prenons l’exemple d’un système qui
a 40 types de cartes électroniques et trois millions de lignes de code
source, le coût de développement correspond à environ trois cent
mille heures pour le matériel et trois millions d’heures pour le
logiciel.
8.4 Génération des données d’un site
Pour qu’un commutateur puisse fonctionner et remplir toutes
ses fonctions, il ne suffit pas de mettre en place les matériels, de
raccorder les lignes d’usagers et les circuits et d’installer les logiciels dans les processeurs des unités de commande, il faut aussi
charger dans les mémoires du système un ensemble de données
spécifiques pour chaque site.
Ces données sont de deux types :
— les données de configuration matérielle, c’est-à-dire la désignation de toutes les entités matérielles présentes sur un site ;
— les données de configuration téléphonique, c’est-à-dire la liste
des numéros d’annuaire attribués aux usagers, les fichiers d’analyse
de numérotation, la liste des faisceaux de circuits.
Les données de base sont fournies par l’opérateur client au
constructeur qui doit générer les données à rentrer dans son système. En effet, à partir des données fournies par l’opérateur, les
données rentrées dans le système de commutation dépendent de
l’architecture du système lui-même, de la répartition des fonctions
et des données utilisées dans les différents sous-ensembles.
La génération des données est donc une opération assez complexe
qui nécessite l’utilisation d’outils logiciels d’aide que chaque
constructeur crée pour ses besoins. C’est donc un logiciel générique
qui est utilisé quel que soit le site.
Puis, à partir des données techniques de l’opérateur : liste des
abonnés, des circuits, des faisceaux, etc., il est possible de saisir ces
informations. La méthode la plus directe de saisie de ces données
est l’utilisation des commandes employées pour l’exploitation et que
l’on appelle les commandes relation homme-machine (RHM). En
effet, ces commandes sont utilisées par l’opérateur exploitant pour
rentrer de nouvelles données site dans le système.
Il est donc possible de préparer en usine un fichier de commande
RHM correspondant à toutes les données de configuration matérielle
et de configuration téléphonique. Ce fichier stocké sur un disque
pourra être transporté ou transféré sur l’unité de commande chargée
de l’exploitation et de la maintenance du système de commutation
du site. L’exécution de l’ensemble des commandes du fichier va permettre de charger dans les différentes mémoires du commutateur
les données nécessaires au fonctionnement.
9. Évolution des architectures
et des techniques
de commutation
Le taux du trafic proprement téléphonique dans un réseau a tendance à baisser dans les pays développés avec l’émergence des nouveaux services et notamment les transmissions de données et le
RNIS. Cependant il est bien clair que la transmission de la parole
restera pendant longtemps encore le service prédominant avec
toutefois des évolutions importantes sur les facilités offertes. C’est
le cas notamment du concept de réseau intelligent dont l’objectif est
de faciliter la création de nouveaux services. L’idée de réseau intelligent a elle-même donné naissance a un nouveau concept : la
communication personnelle. Il s’agit, en fait, de la possibilité offerte
aux usagers de retrouver, quelle que soit leur localisation, toutes les
facilités de leur abonnement. Ce service peut être offert soit par le
réseau fixe, soit par le réseau mobile. Il s’agit d’un service très prometteur mais qui demandera du temps pour être mis en œuvre.
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La technique de transfert asynchrone (ATM) (Asynchronous Transfert Mode ) est une technique de transmission et de commutation
numériques où le transfert d’information se fait sous forme de
cellules de longueur fixe qui peuvent transporter différents types
d’information. Cette technique numérique permet la commutation
de débits particulièrement importants et est adaptée aux réseaux à
large bande comme, par exemple, aux signaux de télévision
numérique.
Il apparaît important de traiter ces trois thèmes qui vont avoir
une influence sur l’avenir de la structure des réseaux.
9.1 Réseaux intelligents
Introduire rapidement de nouveaux services, offrir à l’exploitant
une souplesse de leur gestion, permettre aux utilisateurs d’accéder
à leurs propres paramètres de services et de les modifier, tels sont
les objectifs majeurs recherchés par le concept de réseau intelligent.
Pour répondre à ces objectifs, l’architecture du réseau intelligent
repose sur deux principes :
— la centralisation de l’intelligence ;
— la normalisation des interfaces.
S’agissant de la centralisation de l’intelligence, les données relatives à un service ainsi que la logique de traitement sont centralisées
en dehors de l’autocommutateur alors que, jusqu’à présent, elles y
étaient intégrées. Le principe du réseau intelligent est donc de distribuer, dans des nœuds spécialisés du réseau, les fonctions de traitement d’appel et de gestion des services. Le réseau intelligent
comprend donc les composants suivants (figure 49).
■ Commutateur d’accès aux services (CAS)
Le CAS est un commutateur qui permet d’accéder aux composants spécialisés du réseau intelligent. À partir du préfixe affecté
au service, le CAS avertit le point de commande du service (PCS).
La logique du traitement d’appel est alors prise en charge par le
PCS. En quelque sorte, pendant la durée de l’appel, le PCS télécommande le commutateur d’accès au service.
■ Point de commande de service réseau (PCS-R)
Sollicité par le CAS pour un service de type réseau intelligent, le
PCS-R possède la base de données temps réel ainsi que la logique
de traitement d’appel. Cette logique de traitement d’appel, faite de
modules logiciels, est modifiable, depuis le PCS-G, à partir de scripts
de services, pour faire évoluer les services ou en créer de nouveaux.
■ Point de commande de service gestion (PCS-G)
Il représente la référence pour le service en contenant les programmes et les données relatives à ce service. De plus il assure
l’exploitation technique du réseau de PCS-R et l’exploitation
commerciale du service (gestion des contrats, accès de l’exploitant
et des usagers).
■ Serveurs commerciaux ou points de commande de service
commercial (PCS-C)
En ouvrant une partie de l’exploitation au prestataire de service,
le PCS-C lui permet de gérer directement et, sur sa propre machine,
des données relatives à son service.
La figure 50 donne le principe de fonctionnement du réseau
intelligent.
On voit qu’un service est décrit dans le PCS-G par un script de
service qui permet de définir les enchaînements d’actions élémentaires dans le PCS-R. Donc, quand un service est sollicité, le CAS
vient demander au PCS d’effectuer le choix des opérations qu’il doit
réaliser. Ces opérations sont contrôlées par le PCS-R. Dans cette
architecture, quatre ensembles fonctionnels sont définis :
— des scripts de services qui constituent, avec les actions élémentaires et les interpréteurs logiques, le traitement par le PCS-R
du service ;
— des commandes au commutateur qui se traduisent par des
opérations à effectuer dans le commutateur ;
— des bases de données « temps réel » pour le traitement
d’appel PCS-R, et « relationnelles » PCS-G ;
— des fonctions d’exploitation du service dans le PCS-G.
Une bonne partie des efforts pour la définition du réseau intelligent
a porté sur la normalisation des interfaces entre le CAS et le PCS.
Ces travaux ont montré qu’il était possible de réaliser une interface
pouvant couvrir l’ensemble des services imaginables pour le présent
et le futur en s’appuyant sur des protocoles déjà existants, à savoir
le système de signalisation CCITT no 7, et en se limitant à un nombre
réduit de primitives de base, appelées opérations dans le contexte
du réseau intelligent. Des interfaces ont également été normalisées
entre les autres composants. Le tableau 9 donne la liste des opérations du réseau intelligent.
■ Services du réseau intelligent
De nombreux services peuvent être fournis par le réseau
intelligent :
— le libre appel ou « numéro vert » en France, service payé par
le demandé ;
— le numéro jaune, variante du « numéro vert » où la taxation
est partagée entre le demandeur et le demandé ;
— la carte pastel ou carte de crédit ;
— le numéro universel où l’appel est aiguillé selon la position géographique du demandeur vers le demandé le plus proche (banques,
assurances...) ;
— le réseau privé virtuel ;
— le centrex à zone étendue ;
— le vote et le sondage d’opinion ;
Figure 49 – Architecture du réseau intelligent
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Figure 50 – Principe de fonctionnement
du réseau intelligent
— la fonction kiosque : pour obtenir des informations, un abonné
peut appeler un prestataire de services. Une surtaxation est
appliquée à l’appel, permettant de rémunérer le prestataire.
(0)
Le radiotéléphone, dont les principes ont été étudiés précédemment, est aussi un exemple d’utilisation des principes du réseau
intelligent, avec notamment la nécessité de centraliser des bases
de données concernant la localisation des abonnés ou de gérer
l’itinérance ou le transfert automatique intercellulaire. On a pu voir,
du reste, (§ 3.4, figure 13) que la structure du réseau de radiotéléphone s’apparente à celui du réseau intelligent.
à caractère très sporadique, le RNIS est insuffisant. Pour ces applications, la technique de transfert asynchrone, technique numérique,
hybride entre la commutation de circuits, dont elle garde la simplicité
et qui est un gage de hauts débits, et la commutation de paquets,
dont elle garde la souplesse, est une technique particulièrement
attractive. Lors de l’exposition de l’UIT Télécom 91 à Genève, les
premiers commutateurs expérimentaux ont été mis en démonstration, permettant, par exemple pour celui d’Alcatel, la commutation
de télévision numérique à 155 Mbit/s ou des applications multimédias, c’est-à-dire mettant en œuvre, pour un même terminal, des
connexions de types variés (image, données, parole...).
9.2 Communication personnelle
9.3.1 Principes de base de l’ATM
L’objectif de ce service est de permettre à tout abonné disposant
d’un numéro personnel de retrouver, où qu’il se trouve, dans
n’importe quel réseau, les mêmes services et facilités. Bien entendu,
tout appel adressé au numéro personnel de l’abonné est acheminé
dans le réseau jusqu’au poste où l’abonné s’est identifié. Dans le
principe, ce service s’apparente au radiotéléphone mais il est généralisé pour s’étendre aux réseaux téléphoniques fixes publics ou
privés. Il est vraisemblable que ce service verra le jour d’abord dans
les réseaux privés. En tout cas ce service est l’objet de nombreuses
études. L’ETSI a publié de nombreux documents de référence sur
ce sujet.
9.3 Technique de transfert
asynchrone (ATM)
Nota : pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra se reporter à l’article
spécialisé dans le présent traité.
Pour pouvoir transmettre des débits élevés d’information (interconnexion de réseaux d’ordinateurs grande vitesse, transfert de
débits pour la télévision numérique...) ou écouler des flux de trafic
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L’ATM est basée sur la définition d’une cellule, unité de transfert
d’information unique, qui est traitée par tous les éléments du réseau :
terminaux, multiplexeurs, brasseurs, commutateurs. La cellule, de
longueur fixe, est dotée d’un en-tête et d’un champ d’information.
Ce dernier transporte les données de l’usager alors que l’en-tête
permet le routage des cellules à travers le réseau. Les deux champs
ont un format fixe, ce qui permet d’atteindre des vitesses de traitement très élevées en réalisant les fonctions les plus critiques par
du matériel, des composants VLSI (Very Large Scale Integration ).
Conçue pour supporter une gamme très large de services de
communication, l’ATM se doit de procurer un service de transfert
aussi indépendant que possible de ces services. Les fonctions trop
spécifiques sont donc repoussées aux frontières du réseau. Il en
découle deux notions d’indépendance :
— l’indépendance temporelle : les cellules n’ont pas une position
repère dans le temps, à la différence des octets d’une liaison synchrone qui occupent une position fixe dans le temps. Les spécificités
de l’ATM découlent du fait qu’il n’y a pas de lien entre l’information
véhiculée par le train de cellules et le vecteur temps ;
— l’indépendance au niveau de la cellule entre l’en-tête et le
champ d’information. L’en-tête ne sert qu’aux fonctions de transfert
dans le réseau, les fonctions liées aux services de communication
étant incluses dans le champ d’information.
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Tableau 9 – Liste des opérations du réseau intelligent
Catégorie d’opération
Nom de l’opération
Abréviations
du CNET
Sens de transmission
Dialogue général
PROVIDE INSTRUCTION
TRANSFER CONTROL
SAS
PCS ← CAS
PCS → CAS
Dialogue avec l’usager
SEND & RECEIVE
DEI
PCS → CAS
Gestion des branches
CREATE
JOIN
SPLIT
FREE
DETACH
ATTACH
EDA
CNX
DCX
RDA
DET
ATT
PCS → CAS
Gestion de la signalisation
MONITOR
EVENT
GENERATE SIGNAL
GEV
SEV
EEV
PCS → CAS
PCS ← CAS
PCS → CAS
Gestion des données
RETRIEVE
UPDATE
LED
MOD
PCS ↔ CAS
PCS ↔ CAS
Défense
FILTER
RESET SWITCH
RESET NODE
ACTIVITY TEST
DFT
RZA
RZP
NUL
PCS → CAS
PCC → CAS
PCS ← CAS
PCS ↔ CAS
Description des opérations : dans le réseau intelligent, où le PCS-R télécommande et contrôle le CAS, la sémantique du service est connue seulement du PCS-R.
La plupart des opérations, à l’exception pratiquement de celle qui accompagne l’initialisation du dialogue, sont lancées du PCS-R. Les différents types d’opérations
sont :
1) les opérations d’initialisation de dialogue (PROVIDE INSTRUCTION) envoyées par le CAS vers le PCS-R et de fin de dialogue (TRANSFER CONTROL) du PCS-R
vers le CAS ;
2) l’opération qui est envoyée du PCS-R au CAS pour gérer le dialogue avec l’usager (SEND & RECEIVE).
Elle permet :
— de guider l’utilisateur selon le type de protocole utilisé (dans la bande, protocole D, vidéotex) ;
— d’indiquer au CAS de se mettre en réception des données fournies par l’utilisateur ;
— de demander au CAS de transmettre au PCS-R les données qu’il a reçues de l’utilisateur ;
3) les opérations envoyées du PCS-R au CAS pour qu’il exécute certaines commandes, par exemple : établissement d’appel (CREATE, JOIN, SPLIT, FREE) ;
4) les opérations qui permettent au PCS-R d’être informé et d’agir éventuellement sur la signalisation (EVENT, MONITOR, GENERATE SIGNAL) ;
5) les opérations de défense lors d’un redémarrage du PCS-R ou du CAS, ou pour gérer le flux d’appels (FILTER, RESET SWITCH, RESET NODE, ACTIVITY TEST).
L’information est transportée en mode connexion par un circuit
virtuel, préalablement établi, soit par un traitement d’appel entre
abonnés, soit de façon semi-permanente entre entités du réseau.
9.3.2 La cellule
La cellule, unité de base du transport, normalisée par le CCITT,
prévoit 5 octets pour l’en-tête et 48 octets pour la charge utile (champ
d’information) (figure 51).
■ L’en-tête contient essentiellement un numéro binaire représentant une adresse logique qui identifie le circuit virtuel auquel est
affectée la cellule. Cette adresse contient, en fait, deux numéros
indépendants et complémentaires (figure 52) :
— l’un identifie un circuit virtuel (VCI) ;
— l’autre un faisceau virtuel (VPI), c’est-à-dire un groupe de
circuits virtuels.
Ces deux adresses sont importantes car on peut indépendamment faire des commutations au niveau VCI ou au niveau VPI.
L’en-tête comporte encore des informations pour des fonctions de
gestion du réseau mais aussi un code de 8 bits détecteur et correcteur
d’erreurs. Cela est indispensable, car c’est l’adresse qui, seule,
permet d’acheminer la cellule dans le réseau et, si elle est erronée,
cause la perte de l’information dans la charge utile.
Figure 51 – Structure de la cellule ATM
■ Le champ d’information contient des informations pouvant être
d’origines et de types quelconques, pas nécessairement à large
bande : images numérisées, paroles numérisées, fichiers informatiques, messages de signalisation et de maintenance. Il est transmis
de bout en bout de façon transparente, aux erreurs près.
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9.3.3 Multiplex
Un flux de cellules ATM peut être transporté par n’importe quelle
capacité de transmission sous réserve que le débit soit suffisant.
L’adaptation au débit se fait par l’adjonction de cellules vides. L’ATM
peut utiliser de ce fait n’importe quel type de moyen de
transmission :
— les débits de la hiérarchie plésiochrone (2 048 kbit/s,
34 Mbit/s...) ;
— les débits de la nouvelle hiérarchie synchrone SDH
(155,52 Mbit/s...) ;
— le multiplex ATM, suite de cellules contiguës, avec une horloge
plésiochrone.
Si les premières applications vont devoir utiliser la transmission
plésiochrone, il est probable, compte tenu du déploiement en cours,
en France et dans de nombreux pays, de la transmission synchrone
SDH, que l’ATM sera supportée par ce mode de transmission
synchrone sur fibres optiques monomodes. Il faut signaler que
l’introduction de la transmission synchrone SDH engendrera la
nécessité de l’adaptation des commutateurs numériques actuels
aux débits, sur les faisceaux de circuits, de ce nouveau mode de
transmission synchrone SDH.
Figure 52 – Structure de l’en-tête à l’interface usager
9.3.4 Couche d’adaptation à l’ATM
Le service de transfert offert par la couche ATM [AAL (ATM Adaptation Layer )] répond globalement aux exigences que l’on en attend :
souplesse, débit et simplicité. En revanche, il présente, vis-à-vis des
services de communication de bout en bout, d’éventuelles lacunes
telles que : la non-fourniture d’une horloge, la perte de cellules en
cas de surcharge ou d’erreurs non corrigées sur l’en-tête, en plus,
bien entendu, des erreurs sur le champ d’information dues à la
transmission.
Le rôle de l’AAL est de redonner à l’application un flux de données
compatible avec les exigences du service considéré. Pour éviter de
définir un AAL par service, le CCITT a classé les services selon un
certain nombre de critères : l’existence ou non d’une contrainte de
temps réel, la variabilité ou non du débit de l’information, les services
en mode connecté ou sans connexion, les questions de signalisation.
En 1993, 5 types d’AAL étaient définies. La figure 53 donne le
modèle de référence de l’ATM. La couche AAL est elle-même divisée
en deux couches appelées segmentation et réassemblage.
Figure 53 – Modèle de référence du protocole ATM
9.3.5 Commutation ATM
Comme on l’a vu précédemment, l’identification d’un canal ATM
se fait par deux champs d’adresse.
Identificateur logique d’un canal : VPI, VCI
— à l’interface usager/réseau : 8 bits, 16 bits ;
— aux interfaces réseau :
12 bits, 16 bits.
Cette structure permet de définir deux niveaux hiérarchiques : le
faisceau virtuel VP et le circuit virtuel VC. Cette notion permet également d’introduire deux niveaux hiérarchiques de commutation :
— la commutation ATM proprement dite traitant les canaux de
communication et utilisant donc le couple VPI + VCI ;
— le brassage, un brasseur ATM ne prenant en compte que le
VPI.
Les figures 54 et 55 donnent le principe de la commutation de
VP et de la commutation de VP + VC.
Le brassage est une fonction de transmission qui permet de réaménager de façon interne l’architecture du réseau. Les brasseurs sont
alors sous le contrôle des entités de gestion du réseau. La commutation ATM, VPI + VCI procure flexibilité dans l’allocation des débits,
indépendance vis-à-vis de l’infrastructure de transmission. Les
commutateurs de VC sont sous le contrôle des procédures d’établis-
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Figure 54 – Commutation de VP
sement d’appel (signalisation d’abonné). Ces principes débouchent
sur une organisation de l’architecture du réseau avec la nécessité
de créer, au début, une infrastructure à base de brasseurs pour supporter ultérieurement une véritable commutation ATM où toutes les
cellules qui ont la même adresse suivent un même chemin et arrivent
à destination dans leur ordre d’émission.
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Un nœud reçoit (figure 56) un certain nombre de multiplex
entrants et émet un certain nombre de multiplex sortants (qui peut
différer du précédent). Les cellules vides sont éliminées à l’entrée
du réseau de connexion, autre avantage de l’ATM. Seul le débit utile
est commuté. Comme le montre la figure 56, une cellule arrivant
sur le multiplex Ei avec une adresse A est émise sur le multiplex
Sj avec une adresse B pouvant théoriquement être identique à
l’adresse A. Il y a donc commutation spatiale pour les multiplex et
commutation logique et temporelle asynchrone pour les adresses.
Bien entendu, tous les débits et tous les services peuvent être
commutés par un réseau de commutation unique.
Il faut signaler que la commutation n’est possible qu’après
récupération de la phase d’horloge de la cellule, permettant le
cadrage et donc la lecture de l’en-tête. Le temps de traversée d’un
commutateur ATM est aléatoire puisqu’il dépend du nombre et des
files d’attente donnant accès au multiplex sortant. Un réseau ATM
n’est donc pas transparent temporellement.
Confiant dans l’avenir de l’ATM, France Télécom, d’une part,
mais aussi un certain nombre d’exploitants de réseaux publics se
sont lancés dans l’installation d’une infrastructure d’un réseau
ATM basé sur le principe de brassage de faisceaux virtuels. Les
premiers brasseurs ATM commencent à équiper le réseau français.
La figure 57 décrit le principe du brasseur Alcatel 1 000 AX.
Le brasseur 1 000 AX comprend trois types de sous-ensembles
fonctionnels et matériels :
— d’abord un étage central de brassage de VP intégrant un réseau
de commutation ATM appelé ASN (ATM switching network ),
composé de commutateurs élémentaires ASE, et une unité de
contrôle doublée chargée de la commande et de l’exploitation du
commutateur de conduits virtuels ;
— ensuite des unités de multiplexage de conduits virtuels, permettant de concentrer et multiplexer les VP d’usagers vers l’étage
central. Une telle unité peut être intégrée dans l’étage central et
s’appelle alors UML (VP MUX L). Elle peut aussi être déportée et
s’appelle alors UMD (VP MUX R) ;
— enfin un terminal local d’exploitation.
Deux types d’unités terminales permettent le raccordement ATM
hauts débits :
— les STU permettant le raccordement direct aux abonnés ;
— les TTU pour lesquelles le trafic ATM est déjà concentré
[liaisons entre brasseurs ou trafic concentré après les unités de multiplexage (UM)].
Figure 55 – Commutation de VP et de VC
Figure 56 – Principe de la commutation ATM
Figure 57 – Architecture du brasseur ATM Alcatel 1 000 AX
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