Лекции по "Основы построения телекоммуникационных систем"

Лекция 7. Техника коммутации каналов

 

Распределение потоков сообщений  в системах с коммутацией каналов  осуществляется на узлах и станциях связи различного уровня с помощью  соответствующих систем кроссирования и коммутации. При этом преследуется 2 основные цели: доставка каждого сообщения по адресу и повышение использования каналов связи и другого оборудования, а следовательно снижение стоимости как сети в целом, так и доставки отдельных сообщений. В связи с этим на узлах связи используется оборудование, позволяющее вручную или телемеханически передавать приходящее на узел сообщение в нужном направлении.

Такой процесс может осуществляться либо созданием на узле долговременного (постоянного) или кратковременного (на время передачи одного сообщения) соединения между входящим и исходящим каналами.

Постоянные (долговременные) соединения осуществляются в системах кроссирования, а кратковременные – в системах коммутации каналов.

 Кроссирование (кроссовая коммутация) сводится к образованию составных каналов или групповых трактов, проходящих через несколько узлов, или к соединению канала с оконечной аппаратурой. На узлах, как правило, имеются специальные устройства: кроссы, щиты, шкафы, стойки переключения т.п., на которых с помощью пайки, подключения под винт, или специальными перемычками осуществляется соединение между отдельными частями канала или блоками каналообразующей аппаратуры. В большинстве случаев кроссирование осуществляется вручную.

С помощью кроссирования производится распределение каналов первичной  сети между различными вторичными сетями, и создаются пучки каналов  для отдельных вторичных сетей.

При составлении схем кроссирования  следует стремиться к организации  транзита по возможности крупными группами с тем, чтобы уменьшить на узле количество каналообразующей аппаратуры.

Для коммутации каналов, разделенных  в пространстве, в большинстве  существующих сетей используются коммутационные системы с пространственным разделением  каналов с механическим контактом  или бесконтактным коммутационным элементом (КЭБ) в цепи передачи информации.

 В общих чертах оборудование  любой коммутационной станции  можно разделить на ряд составных  частей: для сигнализации, управления  и коммутации.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Основная функция, выполняемая  оборудованием сигнализации- это наблюдение за активностью и состоянием входящих линий и последующая трансляция этого состояния в устройство управления коммутационной системой. Кроме того, оборудование сигнализации используется для выдачи управляющих сигналов на исходящие линии при поступлении соответствующих указаний из устройства управления.

 Устройство управления обрабатывает  поступающую информацию и устанавливает  соответствующие соединения.

Схемы коммутации могут быть с пространственным и временным разделением.

Простейшую коммутационную систему  с пространственным разделением  можно представить так,

как показано на рис.

 

 

1   2  .  i n

 

 1

 2

.

 j

 

 m

 

 

Каждое пересечение – точка коммутации- коммутационная группа, обеспечивающее соединение между горизонтальными и вертикальными шинами. Такой коммутатор может быть построен на реле, шаговых искателях или представлять собой самостоятельную конструкцию – многократный координатный соединитель (МКС) или многократный герконовый соединитель (МГС).

В шаговом искателе точка коммутации образуется с помощью щеточных контактов, которые перемещаются в ответ на поступающие импульсы набора номера. (Система коммутации Строуджера). По мере поступления импульсов1-й цифры вертикальная контактная щетка искателя перемещается шагами и достигает  того горизонтального ряда, который соответствует 1-й цифре. После того, как соответствующий ряд выбран, щетка совершает вращательное движение, пересекая некоторое множество контактов горизонтального ряда до тех пор, пока не будет найдена свободная линия к следующему разряду коммутации.  Следующая серия импульсов набора номера, представляющая 2-у цифру, поступает на 2-й каскад коммутации и заставляет «шагать» аналогичным образом другой шаговый искатель. Этот процесс происходит во всех каскадах коммутационной станции, число которых определяется ее емкостью.

Как следует из названия, декадно-шаговые  системы коммутации используют принцип  непосредственного управления с  прямым способом установления соединения: соединительный путь устанавливается постепенно по отдельным участкам по мере поступления каждой цифры набираемого абонентом номера. Однако эта система имеет ряд существенных недостатков:

1. Вызов может оказаться заблокированным даже в тех случаях, когда соединительный путь через всю коммутационную систему имеется, но вследствие неудачного выбора соединительного пути на предыдущей ступени искания этот путь оказывается недоступным при обслуживании данного вызова.
2. Нет возможности организовать обходные пути при установлении исходящих соединений
3. Нет возможности использовать способы сигнализации, отличные от передачи номера декадными импульсами
4. Невозможен пересчет (трансляция) номера.
5. Плохое качество трущегося контакта – изменяющееся сопротивление, шумы и трески вплоть до разрыва цепи
6. Медленное действие и низкая надежность.

В координатных системах используются контакты релейного типа, позволяющие обеспечить общее управление для выбора соединительного пути в схеме. По мере набора номера управляющее устройство коммутационной системы принимает весь адрес, и лишь после этого начинается его обработка. Если соответствующий путь через коммутационную  систему найден, то для того, чтобы установить соединение, управляющее устройство передает сигналы управления в коммутационную схему.

В современных АТС коммутационные схемы реализованы на цифровых логических элементах. С учетом применения принципа управления на базе ЭВМ это позволяет реализовать огромное количество новых функциональных возможностей. Такие АТС называют электронными.

Можно привести еще некоторые важные характеристики коммутационных систем.

Например, ввести понятие доступности (возможности соединения одного входа  с выходами или выхода со входами).  По этому признаку коммутационные системы  разделяются на

• Полнодоступные, в которых любой вход может быть соединен с любым свободным на данный момент выходом независимо от числа соединений, установленных в системе
• Полнодоступные с блокировками (квазиполнодоступные), у которых в исходном состоянии каждому входу доступны все выходы, а при наличии некоторого числа соединений часть выходов становится недоступной из-за отсутствия свободных внутренних путей
• Неполнодоступные, у которых каждый вход может быть соединен с частью выходов. Как и в полнодоступных системах, неполнодоступные системы могут быть блокирующие и неблокирующие.

Применяя специальный порядок  установления соединений или изменяя  некоторое число существующих соединений, можно обеспечить отсутствие блокировок в блокирующей схеме, т.е. превратить блокирующую систему в условно  блокирующую. Доступность определяется  как конструкцией отдельных приборов коммутационных систем  (так декадно-шаговый искатель ДШИ имеет доступность 10 в каждом направлении при общем числе выходов 100), так и способами построения из этих приборов коммутационных схем.

 Основным коммутационным блоком коммутационного узла является ступень искания – совокупность коммутационных приборов, предназначенных для:

-соединения входов с любым  свободным выходом системы ( свободное искание),

       -со свободным  выходом в заданном направлении  по адресу (групповое или серийное искание)

- или с одним определенным  выходом  по адресу (вынужденное линейное искание).

Каждая ступень состоит из одного или нескольких приборов коммутации - звеньев, соединяющих выходы одних  коммутационных приборов с входами следующих для увеличения доступности системы по сравнению с доступностью отдельного прибора.  Причина использования многостепенных систем коммутации состоит в следующем. Предположим, что необходимо соединить любую из N входящих линий с любой из N исходящих линий. Простейшая схема, которая удовлетворяет этому требованию, которая называется неблокирующей, представляет собой коммутатор размером NxN (рис.   )

 

 

 

N входящих

  линий

 

 

N

Исходящих линий

 

 

Для этой схемы требуется  N² точек коммутации

Можно предложить другую схему, которая  служит для этих же целей. Она состоит  из трех ступеней.(трехступенная). В ней N входящих линий разбиты на N/n групп, подключенных ко входам N/n коммутаторов 1-й ступени, каждый из которых имеет размер  (2n – 1)x n точек коммутации.  Такое соединение называется звеньевым, а коммутационная схема – звеньевой схемой. Схема является неблокирующей, поскольку в худшем случае, когда n – 1 коммутаторов 2-й ступени занимаются  n – 1 входами некоторого коммутатора 1-й ступени, а другие  n – 1 коммутаторов 2-й ступени занимаются  n – 1 входами некоторого коммутатора 3-й ступени, соединение между последним входом рассматриваемого коммутатора 1-й ступени и последним входом рассматриваемого коммутатора 3-й ступени еще может  быть установлено.

 

 

N/n x N/n

 nx( 2n-1) (2n-1) x n

 N N

входящих исходящих

линий линий

 

 

 

 

Число точек коммутации в рассматриваемой  схеме близко к минимальному, когда  n=ÖN  и равно

3N(2ÖN –1), что меньше, чем N²

 

Обычно большие схемы коммутации с пространственным разделением  состоят не болдее. Чем из 8-ми ступеней.

  На рис.    Дан пример  построения коммутационной системы  АТС со ступенями абонентского  искания АИ (предыскания ПИ и линейного искания ЛИ) и группового искания ГИ. Ступень АИ осуществляет концентрацию нагрузки от малонагруженных абонентских линий с меньшим числом приборов станции, но используемых лучше.

Для экономии абонентских линейных сооружений могут использоваться концентраторы (подстанции).

Аб

.

.

СЛс другими

АТС, узлами

Концентратор и МТС

СЛ

 

 

 

 

 

 

 Коммутация каналов с временным разделением

Итак, в многозвенных коммутационных схемах имеется возможность использования отдельных точек коммутации более, чем одного потенциального соединения, что позволяет сократить расходы на реализацию коммутационных схем с пространственным разделением. В них точка коммутации предоставлялись то одному, то другому соединению, но закреплялась за этим соединением на период его существования.

Коммутация  с временным разделением предполагает совместное использование точек  коммутации путем разделения времени  на более короткие интервалы так, что конкретные точки коммутации и соответствующие им промежуточные соединительные линии периодически закрепляются за существующим соединением. За счет этого и достигается экономия. Коммутация каналов с временным разделением применима как к АИМ сигналам, так и к цифровым ИКМ. Однако качество передачи АИМ сигналов низкое, поэтому они практически не применяются.

Основные  требования к системе коммутации с временным разделением показывает рисунок.

 2  1 … 4  3   2  1 2   1   …     4   3   2   1

 1 1

 

. .

. .

 . .

 2  1     …   17 ..   3   2   1 2   1  ..   17   ..   3   2   1

N N

 

 

 

СПВК – схема пространственно-временной  коммутации

 

 

 

Здесь 3-й канал коммутируется  на 17, а поскольку для передачи речевого канала используется дуплексный (четырехпроводный) , то реализуется обратное соединение- пересылки информации из канала 17 в канал 3. Фактически здесь используется пространственно-временная коммутация.

Схему временной коммутации легко  построить на ЗУ. При этом работа сводится главным образом к записи информации и считыванию ее из ЗУ. Т.Е. для того, чтобы обеспечить желаемую временную коммутацию каналов, звенья временной коммутации требуют наличия некоторого вида элементов временной задержки.                          Адрес записи

 Мультиплексор

 Адрес считывания

 Упр.

 Демультиплексор Счетчик память

 Временных