TIME-DIVISION SWITCHING

Time- Division Switching

I.         Pendahuluan

Aplikasi pertama dari digital time-division switching adalah tandem switching dari PCM junction dan trunk circuit. Contohnya adalah Bell ESS No. 4 dan French E 12. Tandem atau trunk exchange dikenal sebagai switch route pada lokal exchange. Sistem lokal exchange dikembangkan dengan penambahan reed relay space-division concentrators. Contoh sistem seperti ini adalah AXE 10 dan E 10. Pengembangan teknologi solid state integrated circuit  dengan cepat menjadi solusi dari masalah BORSCHT dan  memungkinkan TDM konsentrator menggantikan space division consentrators.

Hal ini menjadi pembuka evolusi dari Integrated Digital Networks (IDN), yang merupakan transmisi digital yang compatible dan switching yang digunakan pada jaringan. Pengembangan transmisi digital selanjutnya memperkenalkan Integrated Service Digital Network (ISDN). ISDN menyediakan layanan yang bervariasi bebasis pada sebuah kanal transmisi 64 kbps. Sebagai contoh adalah System X local exchange pada gambar berikut ini.

 Digital switching subsystem (DSS) terhubung langsung dengan saluran terminating PCM. Junction frekuensi suara dihubungkan melalui Signaling Interworking Subsystem (SIS) dan sebuah analog Terminating Subsystem (ALTS) yang menyediakan konversi dari analog ke digital dan digital ke analog. Saluran customer analog dan digital terhubung ke DSS  melalui konsentrator yaitu digital subscribers switching subsystem (DSSS). Konsentrator terdapat di main exchange atau located remotely. Prosesornya menggunakna sofware yang sangat besar dari module ke sistem perangkat keras yang mreka kontrol.

Arsitektur  ini juga digunakan oleh sistem exchange telepon digital. Contohnya, AXE-10 (dikembangkan di Swedia), DMS-10 (Canada), E-10 (France), NO. 5 ESS (USA), EWS-D (Germany), NEAX (Japan).

I.         Space dan Time Switching

Sebuah sentral switching harus mampu menghubungkan kanal-kanal dari incoming PCM ke kanal-kanal outgoing PCM. Incoming dan outgoing highway terpisah secara ruang. Jadi hubungan membutuhkan space switching. Secara umum, sebuah hubungan akan menempati time slot yang berbeda pada incoming dan outgoing highways. Dengan demikian, jaringan switching harus bisa menerima sampel PCM dari suatu time slot dan mengirimkannya kembali ke timeslot yang lain. Hal ini disebut time-slot interchange atau time switching. Konsekuensinya, switching network dari tandem junction harus memiliki menggunakan space switching dan time switching.

Jaringan time division switching membuat koneksi antar kanal pada highways membawa sebuah primary multiplex group. Mereka beroperasi pada 1.5 Mbps atau 2 Mbps. Sebuah saluran 2 Mbps memiliki 32 time slot, 30 time slot untuk speech kanal, time slot 0 untuk frame alignment dan time slot 16 untuk signaling. Di dalam exchange, time slot 0 tidak digunakan untuk frame alignment karena semua switch dialirkan secara sinkron dari clock  - pulse generator exchange. 

II.1. Space Switching

            Hubungan antara incoming dan outgoing PCM highways dibangun dengan sebuah matriks crosspoint. Kanal yang berbeda pada sebuah incoming PCM frame boleh jadi di switch oleh crosspoint yang berbeda untuk mencapai wilayah tujuan yang berbeda.  Crosspoint merupakan dua input dari gerbang AND. Satu input dihubungkan ke incoming PCM higway dan yang lain ke connection store yang menghasilkan pulsa dengan cepat. Satu grup gerbang crosspoint bisa diimplementasikan dengan sebuah IC, contohnya multiplexer chip.

            Gambar 2 menunjukkan space switch dengan k incoming dan m outgoing PCM highways, masing-masing membawa n kanal. Connection store untuk setiap kolom crosspoint adalah memory dengan alamat lokasi setiap time slot, yang menyimpan nomor crosspoint yang dioperasikan pada time slot itu.   Nomor ini ditulis ke dalam bentuk alamat oleh controlling prosessor untuk meng-set up connetion. Nomor dibaca secara siklis pada sinkronisasi pada incoming PCM frame. Pada setiap time slot nomor yang tersimpan dibaca pada corresponding store address dan decoding logic mengkonversikan ke dalam bentuk pulsa untuk mengoperasikan relevent crosspoint.

            Crosspoint dapat membuat koneksi yang berbeda pada setiap n time slot, hal ini ekuivalen dengan n crosspoint pada space division network. Space division yang komplet ekivalen dengan n separate k x m switches.

Gambar 2. Space Switching

II.2. Time Switches

Time switch menghubungkan satu incoming channel PCM dan satu outgoing channel PCM. Time slot interchange meloloskan dua penyimpanan, masing-masing memiliki alamat penyimpanan untuk setiap kanal frame PCM. Penyimpan suara terdiri dari data masing-masingincoming time-slot pada respon alamat. Masing-masing alamat connection store dapat disamakan dengan outgoing time-slot. Terdiri dari nomor pada incoming time-slot sample mana yang tidak terkirim di outgoing time-slot. Informasi yang masuk akan dibaca oleh speech store cyclically, yang akan disinkronkan dengan incoming PCM system; data yang telah dibaca akan dikeluarkan secara random-access. Jika cyclic read beroperasi maka cyclic write tidak beroperasi.

Untuk menentukan koneksi, X sebagai time slot channel incoming ditulis ke conection store pada address corresponding yang dipilih oleh channel outgoing Y. selama proses cyclic pada speech store, incoming PCM sample dari X channel akan ditulis ke alamat x. selama proses cyclic pada connection store, x akan terbaca di time slot Y.

Time switching melakukan delay. Jika Y>X maka terjadi output sample pada frame yang sama pada input sample. Jika Y<X, terjadi output sample pada frame berikutnya.

Gambar 3. Time switch

II.3. Time-Division Switching Network

II.3.a. Basic Network

Gambar 4 menunjukkan sebuah switching jaringan S-T-S (Space-Time-Space). Yang mana setiap jalur incoming dari PCM dapat dihubungkan dengan link ’k’ dengan crosspoint yang ada di switch A, dan dibagian lain dari jaringan dihubungkan ke outgoing ’m’ dari jalur PCM dengan menggunakan crosspoint pada switch C. Setiap switch terdiri dari time-switch. Untuk membuat sebuah hubungan antara time-slot X dari sebuah jalur incoming sebuah PCM dan time-slot Y dari sebuah jalur outgoing, sangatlah penting untuk memilih sebuah koneksi yang memiliki alamat X yang bebas dibagian penyimpanan suara dan alamat Y yang bebas dibagian penyimpan suatu koneksi. Kemudian time-switch akan diset untuk menghasilkan sebuah pergeseran dari X ke Y.

 

Gambar 4. Space-time-space (S-T-S) switching network. m= no.of PCM highways, n=no of time slot

Gambar 5 menunjukkan jaringan T-S-T (Time-Space-Time) switching. Setiap incoming-m dan outgoing-m dari jalur PCM terhubung dengan sebuah time switch. Bagian incoming dan outgoing dari time switches terhubung dengan space switch. Untuk membuat sebuah koneksi antara time-slot X dari sebuah saluran incoming dan time-slot Y dari saluran outgoing, sangatlah penting untuk memilih sebuah time-slot Z yang mana memiliki penyimpanan koneksi yang bebas sebagai saluran incoming dan penyimpan suara sebagai saluran outgoing. Sebuah koneksi T-S-T akan lengkap dengan mensetting incoming time switch yang bergeser dari X ke Z, dan menset outgoing time switch bergeser dari Z ke Y dan operasi akan bertemu di slot Z dalam waktu yang sama. 

 

Gambar 5. Time-space-time (T-S-T) switching network m=no.of PCM highway, n=no of time slot

II.3.b. Bidirectional Path

Jaringan switching di atas menjelaskan koneksi hanya untuk satu arah transmisi, sistem transmisi PCM menggunakan four wired circuit, maka perlu adanya pemisah  kanal pengirim dan penerima yaitu jaringan switching untuk masing-masing arah transmisi. Seperti terlihat pada gambar 6 berikut.

Incoming trunk

Outgoing trunk

 

Gambar 6. Bidirectional Transmission- Time Division Switching Network

Pada S-T-S alamat penyimpanan pembicaraan yang sama pada time switch boleh digunakan untuk setiap arah transmisi. Untuk koneksi antara time slot X dan  Y pada trunk yang berbeda untuk satu arah, maka isi alamat ditulis pada akhir time slot X dan di baca pada awal time slot Y. Dari  arah  yang berlawanan isi alamat ditulis di akhir time slot Y yang sama dan di baca di awala time slot selanjutnya. Metode ini tidak bisa digunakan jika kedua circuit eksternal menggunakan time slot yang sama.

Di dalam jaringan T-S-T, percakapan dua arah harus dibawa melalui space switch  menggunakan time-slots yang berbeda. Di samping mempermudah control switching jaringan, time slots  untuk transmisi dua arah ini mempunyai perbedaan waktu yang tetap. Biasanya, time slot ini mempunyai sebuah fase berlawanan 180º. Dalam sistem 32 channel, jika 12 time slot digunakan untuk satu arah transmisi, maka kemudian sejumlah (12+16)=28 time-slot   digunakan untuk arah sebaliknya. Satu keuntungan dari susunan ini adalah jika satu slot ditemukan bebas, maka time slot lain juga akan bebas. Karena time slot ini serupa yaitu diterima dari input highway sebuah junction dan dikirim oleh output highway, koneksi penyimpanan yang sama dapat digunakan mengkontrol kedua time switches.

II.3.c. More Complex Switching Networks

Banyak sekali variasi yang mungkin untuk jaringan tiga tingkat T-S-T , seperti:

1.      Menambah ukuran store pada time switch, sehingga dapat melayani lebih dari satu jalur PCM.

2.      Mengoperasikan space switch di bit-rate yang lebih tinggi dari incoming dan outgoing system PCM. Hal ini memunkinkan crosspoint untuk melayani lebih dari 32 chanel sehingga secara efektif dapat meningkatkan ukuran dari switch.

3.      Menggunakan transmisi parallel untuk menggantkan transmisi secara seri dari PCM pada space switch. Hal ini akan meningkatkan jumlah saluran dan gerbang crosspoint.

4.      Menduplikasi jaringan switching untuk meningkatkan keamanan dari suatu kesalahan. Cara ini tidak ekonomis untuk space-division network, juga tidak begitu dibutuhkan karena kesalahan dari sebuah switch hanya memberikan efek yang kecil untuk keseluruhan pelayanan. Namun cara ini sangat penting untuk time-division switching karena akan mengurangi biaya yang digunakaan saat pemakaian waktu yang bersamaan.

Teknik-teknik ni digunakan oleh Mark 1 digital switching sub-system of system X  yang ditunjukkan pada gambar 7. Receive dan transmit time switches, masing-masing punya sebuah speech store yang berisi 1024 lokasi dan dapat melayani 32 sistem PCM. Jaringan yang lengkap dapat berisi 96 time switch, sehingga pelayanannya 3072 sistem PCM. Oleh karena itu Space switch ini membutuhkan ukuran maksimum 96x96 dan masing-masing crosspoint harus ada switch dengan 1024 channels. Ini dilakukan dengan menggunakan pararel transmisi yang nilai sebuah digitnya 8194 Mbit/s. Untuk meminimalisasi masalah distribusi pulsa, 1024-chanels highways masing-masing dipisahkan dalam 512 channels. Oleh karena itu space switchs dibagi dua segments(A dan B), switching genap dan ganjil time slot berturut-turut.

     Agar keamanan jaringan ini terjaga dengan baik, maka jaringan yang komplex ini digandakan. Sistem yang digandakan tadi beroperasi di dalam syncronism dan kesalahan dideteksi dengan sebuah check parity.

 

Gambar 7. Mark 1 digital switching subsystem of System X.

 II.3.d. Concentrators

Sebuah konsentrator terhubung dengan sebuah PCM highway dari sejumlah pelanggan yang banyaknya lebih dari jumlah time slots di highways. Didalam sebuah konsentrator sederhana, semua codec pelanggan dihubungkan ke common highway dan masing-masing mungkin menggunakan banyak slot. Codec yaitu semua hubungan yang ada dalam highway. Codec beroperasi pada time-slot yang telah ditentukan oleh connection store.

Concentrator dapat dikontrol oleh central procesor pada main exchange,  Jika PCM link antara sebuah unit remote concentrator dan main excange gagal, semua pelanggan di concentrator akan terputus. Fungsi kontrol dari concentrator bisa meningkatkan kemampuan untuk koneksi panggilan antara customer itu sendiri, jika PCM link mengalami kegagalan. Fasilitas yang harus ditambahkan untuk menerima dan menganalisis alamat sinyal, membangkitkan tone dan membuat  koneksi cross switch antar saluran pelanggan. Unit ini dikenal dengan nama remote switching unit.

II.3.e. PBX Switches

A large PBX itu hampir sama dengan public exchange. Small PBX membangkitkan trafik untuk semua koneksi yang dibuat pada single highway. Semua ports untuk extension lines, exchange lines dan posisi operator.  Codecs terhubung pada sebuah common highway. Codec dioperasikan pada timeslot tertentu oleh conection store. Untuk meningkatkan kapasitas saluran PBX sejumlah timeslot pada common highway bisa ditingkatkakn dengan menggunakan 8-bit paralel transmisi dan transmisi serial. Untuk melayani komunikasi dua arah pada highway yang sama masing-masing connection menggunakan dua time slot.

II.3.f. Digital cross-connect unit

Digital switching network bisa juga digunakan untuk semi permanen – connection.  Diatur secara manual dari terminal operasi dan juga secara otomatis oleh prosesor exchange. Switching network seperti ini disebut cross-connect – unit. Koneksi yang dibuat oleh digital cross conect unit disebut nailed up time slot.

            Digital cross connect unit memiliki dua fungsi yaitu grooming dan consolidasi. Grooming memiliki kanal 64 kbps pada common PCM beareryang terpisah untuk routing untuk destinasi yang berbeda. Pada konsolidasi , kanal pada beberapa PCM bearer yang tidak terlalu penuh dikombinasikan menjadi smaller number of bearer, dengan demikian meningkatkan penggunaan dari sistem PCM.