УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО ПОЧТЫ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ

 

 

 

      Кан А.В.

 

 

Кафедра ТС и СК

 

 

 

 

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ

СЕТЕЙ И СИСТЕМ

 

ЧАСТЬ II

 

Коммутационные поля

систем коммутации

 

Конспект лекций для бакалавров

по направлениям

 

B522300 – Телекоммуникация

В341100 - Менеджмент

 

 

 

 

Ташкент - 2001

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

         Основной составной частью коммутационной системы является коммутационное поле, позволяющее выполнить коммутацию входящей линии к требуемой исходящей линии.

         Структура коммутационного поля зависит от типа коммутационной системы, элементной базы, на которой реализовано коммутационное поле, а также от структуры телекоммуникационной сети.

         В данном конспекте лекций рассматриваются общие принципы построения коммутационных полей систем коммутаций разных поколений (декадно-шаговых, координатных, квазиэлектронных и цифровых). Издание переработанное и дополненное.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1

Общие принципы построения ступеней искания и коммутационных блоков………………………………………...

4

2

Принципы построения однозвенных ступеней искания в декадно-шаговых системах……………………………………...

5

3

Многозвенные коммутационные ступени и блоки в АТСК…...

7

3.1

Общие принципы построения многозвенных КБ……………...

7

3.2

Коммутационные блоки на ступенях абонентского искания и их особенности……………………………………………………

11

3.3

Понятие о транспонированном включении абонентских линий………………………………………………………………

15

3.4

Способы увеличения  пропускной способности коммутационных блоков…………………………………………

19

4

Принципы построения коммутационных полей в квазиэлектронных системах коммутации………………………

24

5

Принципы построения коммутационных полей цифровых систем коммутации………………………………………………

26

 

Литература………………………………………………………..

32

 

 

1.     ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СТУПЕНЕЙ ИСКАНИЯ И КОММУТАЦИОННЫХ БЛОКОВ

 

Соединения между оконечными терминалами осуществляются посредством  сетей телекоммуникации и систем коммутации, количество которых в тракте определяется назначением телекоммуникационного тракта. Любая система коммутации, независимо от назначения, имеет следующую обобщенную упрощенную структуру (рис.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Коммутационное поле системы коммутации представляет собой многополюсник с N входами  и М выходами и может состоять из одной общей или нескольких частей. Каждая часть представляет собой ступень искания, выполненную на основе одного или нескольких однотипных коммутационных блоков (КБ), имеющих индивидуальные или общие выходы (Рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Все N входов  включаются в коммутационную систему через КБ первой ступени искания, число которых равно:

nКБ  = N / NКБ  ,

где NКБ  - число входов в один КБ.

         Аналогично определяется число КБ на любой другой ступени искания.

         В каждом КБ соединение входа с выходом может осуществляться через одну или несколько коммутационных точек. Если для коммутации входа с выходом в КБ используется одна точка коммутации, то такой КБ называется    о д н о з в е н н ы м. Однозвенные КБ с параметрами N входов и М выходов требуют согласования для реализации Т1 коммутационных точек как, например, в схеме на рис.3.

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

 

Удельное количество точек коммутации для такой схемы определяется:

С1` = Т1 / N = М

Значение С1` при однозвенной реализации КБ показывает, что каждому входу из N должно быть доступно М или часть из М выходов, то есть такие схемы характеризуются низким использованием точек коммутации.

 

 

2.     ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОДНОЗВЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ИСКАНИЯ В ДЕКАДНО-ШАГОВЫХ СИСТЕМАХ КОММУТАЦИИ

 

В декадно-шаговых системах коммутации (системы первого поколения) коммутационное поле имеет ступенчатое построение. Количество ступеней искания определяется емкостью коммутационной системы и структурой телекоммуникационной сети. Все ступени однозвенные, реализованы на  приборах типа «искатель».

На рис.4 представлена функциональная схема АТС-ДШ с двумя ступенями ГИ.


Рис.4. Функциональная схема АТС-ДШ емкостью 6 тыс. номеров с двумя ступенями ГИ.
 
 

 

 

 


Схема системы содержит четыре однозвенные ступени искания, укомплектованных разным количеством стативов (КБ). Так ступень предварительного искания (ПИ) укомплектована 60-ю стативами ПИ, т.к. емкость АТС равна 6000 номеров, а емкость одного статива ПИ (КБ) равна 100 номерам.

На ступени первого ГИ использовано 24 однозвенных статива ГИ (количество стативов ГИ может быть и другим, т.к. их количество зависит не только от емкости АТС, но и от интенсивности телефонного сообщения от абонентских терминалов).

Ступень второго ГИ также реализована однозвенными стативами. Число стативов равно 24, что также определяется интенсивностью телефонного сообщения.

Ступень ЛИ реализована однозвенными стативами, количество которых равно 60, что определяется количеством сотенных абонентских групп на АТС.

В системе использовано непосредственное управление и прямой способ установления соединения. Непосредственное управление – это такое управление, при котором импульсы набираемого номера от оконечного терминала поступают непосредственно в управляющие устройства соответствующих приборов коммутации. Прямой способ установления соединения – это такой способ, при  котором установление соединения через коммутационную систему происходит одновременно  с выбором соединительного пути, т.к. коммутационный прибор на ступени искания, обеспечивающий соединение входа с требуемым выходом, одновременно выполняет и функции выбора этого выхода.

 

 

3.     МНОГОЗВЕННЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ СТУПЕНИ И БЛОКИ

 

3.1.          ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОЗВЕННЫХ КБ

 

В тех системах коммутации, в которых к качеству разговорного тракта предъявляются высокие требования (координатные, квазиэлектронные, электронные), стоимость образующих коммутационную систему элементов значительно повышается, т.е. увеличивается стоимость коммутационного оборудования. Поэтому необходимо найти такие способы построения коммутационной системы, которые позволили бы уменьшить число точек коммутации, а, следовательно, и стоимость коммутационной системы в целом.

Поставленная задача решается применением так называемых звеньевых включений. Если для коммутации одного из N входов с одним из М выходов используются две и более коммутационных точки (два и более звена), то такой КБ называется   м н о г о з в е н н ы м. Многозвенный КБ характеризуется входящими N, промежуточными V и исходящими М линиями.


На рис.5 представлена общая структура двухзвенной схемы, звенья которой обозначены А и В.

 

 

 

 


Такая двухзвенная схема характеризуется следующими структурными параметрами:

nA -  число входов в один коммутатор звена А;

mA-  число выходов из одного коммутатора звена А;

кA -  число коммутаторов на звене А;     

nB -  число входов в один коммутатор звена В;

mВ - число выходов из одного коммутатора звена В;

кВ -  число коммутаторов на звене В.

 

При этом имеет место следующие простые соотношения:

N = nA  ·  кA   -  число входов в КБ;

М = mВ  ·  кВ -  число выходов из КБ;

VAB  = mA · кA = nB · кВ -  общее число промежуточных линий.

 

Двухзвенная схема характеризуется также параметром

fAB = mA / кВ -  связностью, то есть количеством промежуточных линий, связывающих каждый коммутатор звена А с каждым коммутатором звена В. В односвязной схеме коммутационного блока fAB=1 и тогда справедливо соотношение mA  = кВ  и   nB  =  кA.

Многозвенные схемы характеризуются также параметром d -  коэффициентом сжатия или расширения (блока звена)

;        ;     .

Если d>1, то на звене или в КБ имеет место расширение, если d<1 – имеет место сжатие. При d =1 - схема без сжатия и расширения. Значение d определяется назначением ступени искания, в которой работает КБ.

В двухзвенной схеме без сжатия и расширения коэффициент d равен 1 и тогда справедливо соотношение

nA = mA = nB = mВ = m.

В режиме подключения любого входа к любому выходу (режим свободного искания) такая двухзвенная схема равноценна однозвенной и не будет иметь потерь. В этом случае коммутационные схемы рис.3 и рис.5 могут сравниваться по числу точек коммутации.

Общее число точек коммутации в рассматриваемой двухзвенной схеме будет равно:

Т2 = ТА + ТВ = nA · mA · кA + nB · mB · кВ = 2 m3.

Так как nA · кA = N = m2, то m = .

   В этом случае общее количество точек коммутации двухзвенной схемы будет определено Т2 = 2 ()3 = 2N · .

  Удельное количество точек коммутации составит:

С1``  = Т2 / N = 2, то есть уже при N больше 4 двухзвенная схема будет иметь меньше точек коммутации по сравнению с однозвенной.

  Однако многозвенные схемы обладают недостатком, называемым явление внутренних блокировок (ЯВБ). ЯВБ – это такое состояние схемы, когда входящая линия не может быть подключена к свободной исходящей линии из-за отсутствия свободной доступной промежуточной линии из V.

  Поэтому в зависимости от параметров, назначения и режима искания КБ строится на разном числе звеньев.

  При свободном режиме коммутации, когда входу может быть подключена любая свободная исходящая линия, достаточно двух звеньев коммутации.

Аналогично и в режиме группового искания, схема КБ содержит два звена коммутации, т.к. и в этом режиме входящей линии должна быть подключена одна линия из множества (группы) на выходе, организуемого всеми коммутаторами звена В.

Однако в режиме линейного (абонентского) искания к входящей линии требуется подключить одну единственную, конкретную абонентскую линию и двух звеньев в этом случае недостаточно. Поэтому в АИ-100  и АИ-1000 при входящей связи используются соответственно трех- и четырехзвенные схемы (см.рис.7).

Многозвенные схемы могут быть трех- и четырехзвенными в зависимости от  параметров N, VAB , M,  а также от режима искания. Так на ступени абонентского искания в режиме коммутации входа к конкретной абонентской линии из множества линий используются трех- (рис.7а) и четырехзвенные схемы (рис.7б).

В технике автоматической коммутации большое распространение получили звеньевые включения, построенные на многократных координатных соединителях – МКС (АТС-К).

Входы и выходы КБ могут включаться как в поле П (подвижные пружины), так и в вертикали В (струны) МКС. Комбинируя различные варианты включения входов и выходов в звеньях А и В, а также используя разное число звеньев коммутации, можно получить звеньевые схемы разных типов коммутационных блоков, представленных на рис.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



3.2. КОММУТАЦИОННЫЕ БЛОКИ НА СТУПЕНЯХ АБОНЕНТСКОГО ИСКАНИЯ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

 

Принципы построения коммутационных блоков с многозвенной структурой рассмотрим на примере организации исходящей связи на ступенях абонентского искания (АИ).

В системах АТС при исходящем сообщении от абонента вызывающий абонентский терминал подключается посредством абонентской линии к общестанционным приборам с помощью ступени предварительного (свободного) искания. В режиме свободного искания абонентский терминал должен быть подключен к любой исходящей линии блока через доступные промежуточные линии. В системе АТСК абонентские терминалы подключаются к общестанционным приборам через коммутационные блоки АИ-100 и АИ-1000, структурные схемы которых приведены на рис.7.

При входящем сообщении линия вызываемого абонента подключается к общестанционным приборам с помощью ступени линейного искания, роль которой выполняют те же блоки АИ (см. рис.7).

В АТСК функции свободного и линейного  искания совмещены в ступени абонентского искания. При исходящем сообщении блок строится со сжатием, т.к. число оконечных терминалов больше числа общестанционных коммутационных приборов. При входящем сообщении на ступени АИ используются коммутационные блоки с расширением.

Рассмотрим схему группообразования блока АК-АВ при исходящей связи (системы АТСК, АТСК-У). Число звеньев коммутации равно двум (см. рис.7б). Блок имеет параметры  N= 100, VAB= 60, Mисх= 20  (100х60х20). Блок реализован на МКС типа 20х10х6, схема типа ПВПВ.

Рассчитаем коммутационные параметры:

nA=10 (емкость вертикали);  

кA= N : nA=100 : 10 = 10;

mA= VAB : кA= 60 : 10 = 6;

nB= кA = 10 (при fAB=1);

кВ= mA= 6 (при fAB=1);

mВ= Mисх : кВ = 20 : 6 = 3,33.

 

Построим схему группообразования блока АК-АВ в соответствии с рассчитанными параметрами. Схема представлена в двух изображениях – крестошинном и символическом (элементы МКС в крестошинном  и символическом виде имеют следующие изображения соответственно).


 


Рис.7. Структурные схемы блоков АИ.

а) АИ 100 (Система АТСК 100/2000).

б) АИ 1000 (Система АТСК, АТСКУ).

 
 

 

 

 


Схемы группообразования приведены на рис.8 и рис.9.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.9. Схема группообразования звеньев АВ блока АИ в символическом изображении.
 
 

 

 

 

 


В соответствии с рис.8 и рис.9 каждому оконечному терминалу из 100 или десятку абонентских терминалов, включенных в один коммутатор звена А, доступны 6 промежуточных линий между звеньями А и В, а через них все 20 исходящих линий (по первой промежуточной линии доступны 1-4 исходящие линии, по второй - 5-7; по третьей – 8-10; по четвертой – 11-14; по пятой – 15-17; по шестой – 18-20).

В отечественных  координатных системах АТСК и АТСК-У на ступени АИ при  исходящем сообщении используются столинейные двухзвенные блоки АВ типа ПВПВ, которыми комплектуются тысячелинейные абонентские блоки с целью укрупнения  пучка исходящих шнуровых комплектов ИШК. При этом каждый столинейный блок АВ является нагрузочной группой с доступностью Д=20.

При организации входящей связи через два звена подключение входа к вызываемой абонентской линии возможно лишь через одну промежуточную линию, соединяющую коммутаторы звеньев В и А. Эта единственная ПЛ может быть занята другим исходящим или входящим сообщением, а значит, приведет к большим потерям при входящей связи.

Добавление еще одного звена (например, «С») позволит коммутировать входящее сообщение через все коммутаторы звена В, а значит, через все шесть промежуточных линии между звеньями А и В. Следовательно, добавление звена С позволяет уменьшить потери в КБ.

При организации входящей связи в блоках АИ-1000 задача коммутации усложняется большой емкостью и для увеличения пропускной способности добавляется еще одно звено (звено «Д»), то есть схема имеет четырехзвенную структуру Д-С-В-А. Звенья А-В и звенья С-Д имеют самостоятельную блочную структуру. Максимально АИ-1000 будет содержать 10 блоков АК-АВ и 3-4 блока СД.

 

3.3. ПОНЯТИЕ О ТРАНСПОНИРОВАННОМ ВКЛЮЧЕНИИ

АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ

Абонентские линии на звене А можно включить по одному или двум признакам. На рис.8 и рис.9 представлены схемы с использованием одного вида включения абонентских терминалов – с одинаковой цифрой единиц (так в первом коммутаторе звена А включены абонентские линии с одинаковой цифрой единиц Е1 – 11, 21, 31…01; во втором  - абонентские линии с одинаковой цифрой единиц Е2 – 12, 22, 32….02; и т.д.). Такое включение абонентских линий, когда во всех  МКС используется один вид включения, называется   п р я м ы м. Оно простое по выполнению, но не обеспечивает хорошего использования ПЛАВ.

Для повышения использования следует увеличить доступность к ПЛАВ, которое можно получить простым  т р а н с п о н и р о в а н н ы м  включением абонентских линий.

Звено А блока реализовано на трех МКС типа 20х10х6. При простом транспонированном включении на звене А используются два вида включений абонентских линий. Для этого вертикали МКС звена А делятся на две части с различными видами включений абонентских линий. Так, в поле вертикалей IМКС и ПМКС включаются линии с одинаковой цифрой единиц Еi, а в поле вертикалей ШМКС – линии с одинаковыми цифрами десятков Дi.

Если при прямом включении любому десятку абонентских линий доступно столько же ПЛАВ сколько доступно одной абонентской линии, то есть 6 и, значит, для одного десятка абонентских линий можно осуществить не более шести соединений. Используя прямое включение абонентских линий получают небольшие абонентские группы (10 групп по 10 абонентских линий), каждая из которых обслуживается мелким полнодоступным пучком из 6 ПЛАВ.

При простом транспонированном включении из 10 абонентских групп образуется общий неполнодоступный пучок из 60 промежуточных линий для всех 100 абонентских линий, включенных в один блок. При этом каждому десятку будет доступно более 6 ПЛАВ. Это достигнуто благодаря транспонированному, перемещенному включению абонентских линий.

На рис.10 и рис.11 соответственно представлены схемы группообразования блока АК-АВ при исходящей связи с транспонированным включением абонентских линий в крестошинном и символическом изображениях.

Из рис.10 и рис.11 видно, что десятку абонентских линий с одинаковыми цифрами единиц, например, Е1, то есть абонентским линиям 11, 21, 31…01 при нетранспонированном включении (рис.8 и рис.9) доступно 6 ПЛАВ, а при транспонированном включении (рис.10 и рис.11) этому же десятку доступны совместно 4 ПЛАВ в первом коммутаторе звена А и, кроме того, каждой из указанных абонентской линии доступны еще по две ПЛАВ в коммутаторах ХI-ХХ звена А.

Следовательно, при транспонированном включении десятку абонентских линии. с номерами 11, 21, 31…01 доступны четыре ПЛАВ в первом коммутаторе звена А и 20 ПЛАВ в ХI-ХХ коммутаторах звена А, то есть 24 ПЛАВ. Аналогично и для абонентских линий других десятков. Пропускная способность КБ увеличивается, потери уменьшаются.

Если проанализировать пропускную способность с позиции десятка абонентских линий с одинаковым признаком десятков Дi, например, Д1, то доступность окажется равной 42 ПЛАВ, которые включены в I-X и  XI коммутаторы звена А. Для абонентского десятка с признаком Д2 будут доступны также 42 ПЛАВ, включенные в I-X и ХП коммутаторы звена А.

Результатом транспонированного включения абонентских линий является увеличение пропускной способности коммутационного блока порядка в полтора раза.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.11. Схема группообразования блока АК АВ при исходящей связи  с транспонированным включением абонентских линий в символическом изображении.
 
 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.4. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КБ

 

Для увеличения пропускной способности КБ используется ряд мероприятий, в том числе и рассмотренное в пункте 3.3. простое транспонированное включение абонентских линий.

Примерами других мероприятий по увеличению пропускной способности КБ может быть:

а) увеличение числа ПЛ между звеньями А и В;

б) рациональное включение выходов на ступенях группового искания;

в) увеличение числа звеньев  в коммутационном блоке;

г) обусловленное искание в КБ;

д) использование перестроений в коммутационном блоке;

е) расчет схемы КБ под условия отсутствия блокировок

   (неблокирующие коммутационные блоки);

ж) создание внутриблочных обходов.

Рассмотрим эти способы:

а) увеличение числа ПЛ между звеньями А и В

На рис.10 представлена двухзвенная схема, в которой каждому десятку входящих линий доступны определенные 6 ПЛАВ. В лучшем случае, когда в блоке свободны все входящие, промежуточные и исходящие линии возможное число соединений в одном коммутаторе звена А равно 6 по числу ПЛАВ. Если бы число ПЛАВ было бы, например, 8 или 10, то число возможных соединений при рассмотренных условиях будет равно соответственно 8 или 10. Следовательно, чем больше mA, тем меньше потерь в коммутационном блоке, то есть тем больше входящих линий из nA получат соединение со свободным выходом.

 

б) рациональное включение выходов на ступенях группового искания

 

На рис.12 представлен в крестошинном изображении трехпроводный коммутационный блок ГИ-3 с параметрами 80х120х400. Максимальное число направлений Нmax=20. Доступность в направлениях может быть равна

Д=20, 40 или 60.

Рассмотрим  i-ое направление Нi с доступностью Д=20. Выходы i-ого направления Д=20 можно организовать в одном коммутаторе звена В или во всех 20 коммутаторах звена В. В первом случае для подключения входящей линии к линии требуемого направления коммутационный тракт можно создать только с помощью одной ПЛАВ и поэтому будут большие потери. Во втором случае тракт можно организовать выходами 20 коммутаторов звена В, т.е.  участвуют все mA промежуточных линий того коммутатора, куда включена входящая линия, по которой поступил вызов. Каждой из mA выходов коммутатора звена А будет соответствовать определенная линия Нi-го направления.


 

 

 

 

 


в) увеличение числа звеньев  в коммутационном блоке

 

Рассмотрим схемы рис.8 и рис.9, по которым в пункте 3.3. разбиралась пропускная способность схемы при исходящей связи. Блок двухсторонней связи. Следовательно, при двухзвенном построении тракта  входящей связи, входящие линии подключались бы на входы звена В. В этом случае между входящей линией в блок и требуемой по адресу вызываемой абонентской линии возможен соединительный путь только через одну промежуточную линию между звеньями В и А. Если же добавить 3-е звено С и на его вход включить входящие в блок линии, то между коммутатором звена С, куда включена входящая линия и требуемой вызываемой абонентской линией может быть организовано несколько коммутационных трактов (через каждый коммутатор звена В). Пропускная способность блока увеличена введением третьего дополнительного звена С.

 

 

г) обусловленное искание в КБ

Обусловленное искание – это такой процесс, когда свободный выход отыскивается одновременно со свободной доступной ПЛ, через которую возможно соединение входа с выходом. Процесс соединения предусматривает два этапа искания: свободной и доступной промежуточной линией (один этап) и требуемого выхода (второй этап). Эти этапы в процессе установления соединения можно осуществлять последовательно (АИ исходящая связь) или одновременно (блоки ГИ). При последовательном выполнении этапов установления соединения может быть такая ситуация, когда при наличии свободного выхода может быть получен отказ в установлении соединения. При одновременном выполнении этих этапов осуществляется  о б у с л о в л е н н о е  искание. Сущность обусловленного искания заключается в том, что  занимается только та промежуточная линия, которая в данный момент может быть соединена со свободным выходом.

д) использование перестроений в коммутационном блоке


В многозвенных КБ внутренние блокировки можно уменьшить и даже полностью устранить путем перестроения ранее установленного соединения с целью освобождения занятых ПЛ для установления нового соединения. В общем, упрощенном виде принцип перестроения можно рассмотреть на рис.13.

 

Рис.13.Коммутационный блок с возможностью перестроения установленных соединений.

а) Заблокированное состояние выхода;

б) Переустановленное соединение;

в) КБ перестраиваемый без перерывов связи.
 
 

 

 

 

 

 


На рис.13а представлен трехзвенный блок 2х2, в котором установлено 2 соединения:

-         вход Х1 соединен с выходом  Z4 через второй коммутатор звена В;

-         вход Х3 соединен с выходом Z2 через первый коммутатор звена В;

-         если требуется соединить Х2 со свободным Z1, то будет получен отказ из-за внутренних блокировок.

Если в данном КБ произвести перестроение ранее установленного соединения для входа Х1 с выходом Z4, т.е. выполнить это соединение не через второй, а через первый коммутатор звена В, то становится возможным установление соединения Х2 с Z1 через освободившийся соединительный путь (рис.13б).

Иногда для устранения внутренней блокировки требуется выполнить несколько переустановлений соединений.

Перестроение в КБ позволяет уменьшить потери без увеличения объема коммутационного оборудования, но при этом усложняется управляющее устройство и алгоритм его работы.

Перестроение ранее установленных соединений должно осуществляться без перерыва связи или при условии, что эти перерывы короткие и для абонента незаметны. Это возможно в электронных системах коммутации. Для выполнения перестроения без перерывов связи к основному блоку добавляется вспомогательный блок, через который устанавливается параллельное соединение для удержания тракта на время переключения (рис.13в). Как только в основном блоке будут найдены соединительные пути и произведено переустановление ранее установленного соединения, во вспомогательном блоке КБ соединение нарушается.  Число перестроений может быть 2-4 и определяется технико-экономической целесообразностью, необходимостью коммутационного поля с перестроением (стоимостью оборудования коммутационного поля и блоков УУ, обеспечивающих перестроение).

 

е) расчет схемы КБ под условия отсутствия блокировок (неблокирующие коммутационные блоки)

 

В некоторых случаях требуется построить КБ или коммутационное поле, в которых не должно быть внутренних блокировок. Такие КБ могут иметь как однозвенную, так и многозвенную структуру. И поскольку многозвенные КБ экономичнее однозвенных, то в системах коммутации чаще используются многозвенные КБ и коммутационные поля.

В работах Клоза показано, что симметричная трехзвенная схема, приведенная на рис.14, будет полнодоступной, неблокирующей при условии  m1>(2n1-1).

 


Рис.14. Неблокирующие коммутационные блоки
 
 

 

 

 


В симметричной схеме N=k1xn1=M=k3xm3,

при этом k3=k1; m3=n1; n2=k1; m2=k3.

В такой схеме независимо от того, сколько соединений уже установлено, всегда найдется соединительный путь между входом, по которому поступило требование на соединение и выходом. Следовательно, такая схема не имеет внутренних блокировок.

Работы Клоза показывают, что если N=25, число точек в однозвенной неблокирующей схеме равно 625, в трехзвенной неблокирующей схеме – 675 (т.е. при N=25 однозвенная и трехзвенная схема равноценны по числу точек коммутации), а при N=36 число точек коммутации в однозвенной схеме – 1296, а в трехзвенной – 1288 (т.е. при N=36 схемы также равноценны). Но если N имеет большое значение, например, N=104, в однозвенной схеме  число точек коммутации равно 100000000, в трехзвенной неблокирующей схеме число точек коммутации равно 5970000. Следовательно, уже при N>36 трехзвенная неблокирующая схема становится экономичнее однозвенной.

 

ж) создание внутриблочных обходов

 

Для уменьшения внутренних блокировок могут быть использованы внутриблочные обходные линии. В двухзвенной схеме рис.5, если при установлении соединения все mA  ПЛ из одного коммутатора будут занятыми или имеет место неудачное сочетание между свободными ПЛ и свободными выходами, поступивший вызов не будет обслужен, хотя имеются свободные выходы. На рис.15 представлена схема КБ с внутриблочными обходами.


Рис.15. Коммутационный блок с внутренними обходами.
 
 

 

 


 В этой схеме при занятости всех mA ПЛ одного коммутатора занимается  обходная линия к следующему коммутатору звена А и производится поиск ПЛ среди mA ПЛ выходов другого (следующего) коммутатора звена А. Если и здесь не будет найдена свободная ПЛ, то занимается обходная линия в следующий коммутатор и т.д. В результате организации   обходных линий любой входящей линии доступны все кА х mA  ПЛ, а это значит, что будут уменьшены внутренние блокировки. Организация  дополнительных линий требует увеличения числа входящих линий в каждом коммутаторе звена А. Параметры коммутатора схемы с обходами равны (nA + nA ) х (mA + ) вместо nA x mA  в схеме КБ без обходов. Число обходных линий определяется при расчете КБ.

 

4.     ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАЦИОННОГО ПОЛЯ В КВАЗИЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ КОММУТАЦИИ

 

Коммутационное поле квазиэлектронных систем коммутации строится также по звеньевому принципу с использованием многократных соединителей того или иного типа, имеющих  разные параметры: МС-Г (герконовый), МС-Ф (ферридовый), МС-И (интегральный). На основе соединителей создаются коммутационные блоки с требуемыми структурными параметрами для построения коммутационного поля системы коммутации или отдельных ступеней искания. Наиболее распространенными являются соединители емкостью 2х2, 2х4, 4х4, 4х8, 8х8, 8х16 и 16х16.

Для построения коммутационного поля в квазиэлектронных системах находят применение блоки смешивания и блоки концентрации  большой и малой емкостей.


 

 

 

 

 

 


Блок смешивания имеет одинаковое число входов и выходов и предназначен для смешивания нагрузки (Рис.16а). Блок реализован на соединителях емкостью 8х8. В этом блоке N=64, VAB=64, М=64, fAB=1,

   = 1. Параметры звеньев nA=8, mA=8, кA=8, nB=8, mB=8, кВ=8.

         На рис.16б представлена простейшая двухзвенная схема блока концентрации с параметрами N=64, VAB=32, М=16, fAB=2, d=0,25. Параметры звеньев nA=16, mA=8, kA=4, nB=8,  mB=4, kB=4.

         Коммутационные блоки смешивания  с параметрами 64х64х64 или 32х32х32 используются  в качестве блоков БСЛ (соединительных линий), БИЛ (исходящих линий), БВЛ (входящих линий)  в системах КЭ небольшой емкости, например, в системе КВАНТ   емкостью от 64 до 2048 номеров. Коммутационные блоки концентрации с параметрами  64х32х16 (32х16х16 или 64х32х32) используются в качестве блоков БАЛ для ступени абонентского искания в системе КВАНТ.

Блоки смешивания и блоки концентрации могут иметь и другие структурные  параметры и реализовываться на соединителях большей или меньшей емкости. На основе рассмотренных выше блоков  строятся блоки на большую емкость.

В коммутационных полях КЭ систем коммутации большой емкости (АТС и АМТС) применяются две разновидности больших коммутационных блоков, реализованных на рассмотренных выше блоках концентрации и смешивания.

На рис.17 представлен блок БАЛ с параметрами N=1024, VAB =512,

 VBC  =VCD= 256, М=256,    =0,25. Звенья А и В этого блока реализованы на 16 блоках концентрации вида, приведенного на рис.16а, а  звенья  С и Д  - на четырех блоках смешивания, приведенного на рис.16б.


 

 

Рис.17. Блок абонентских линий БАЛ.
 
 

 


Блок соединительных линий большой емкости типа 256х256х256х256х256 приведен на рис.18. Блок реализован на основе блоков смешивания, приведенного на рис.16б (четыре блока 64х64х64 на звеньях А и В и четыре блока на звеньях  С и Д .


 

 

Рис.18. Блок соединительных линий БСЛ.
 
 

 

 


Используя разное число больших блоков БАЛ и БСЛ можно построить коммутационное поле АТС-КЭ и АМТС-КЭ на разную емкость. Например, АТС-КЭ КВАРЦ на 16384 номера или АМТС-КЭ КВАРЦ  на 16384 входящих и исходящих линий и каналов.

 

5.     ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАЦИОННОГО

ПОЛЯ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ КОММУТАЦИИ

 

           В настоящее время на сетях телекоммуникаций получили широкое распространение электронные системы коммутации.

           Информация через коммутационное поле может передаваться  аналоговыми или импульсными сигналами. Аналоговая информация передается в электронных системах, реализованных   на пространственных электронных соединителях, которые построены по принципу электромеханических координатных соединителей. В каждой точке коммутации соединителя устанавливается электронный контакт и с учетом двухпроводной коммутации тракта, количество элементов в соединителе будет равно  2 n x m (n – число входов,   m -  число выходов).

Основным недостатком подобных соединителей является большое количество электронных элементов и вносимое ими затухание в разговорный тракт. Это особенно сказывается при реализации систем большой емкости, когда необходимо реализовать коммутационное поле на множестве последовательно включенных электронных элементов.

В силу сказанных недостатков, электронные  коммутационные системы с пространственным коммутационным полем нашли применение только в системах малой емкости.

        Внедряемые в настоящее время цифровые системы коммутации (ЦСК) представляют собой системы, в которых аналоговый сигнал преобразуется в дискретный с последующим цифровым кодированием.

         В ЦСК  аналоговый сигнал передается в цифровой форме. Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется в три этапа: дискретизация во времени, квантование по амплитуде и кодирование. Эти операции выполняются в устройстве, называемым аналого-цифровым преобразователем (АЦП). На приемном конце для воспроизведения первичных сигналов производится обратное преобразование (ЦАП).

      АЦП содержит дискретизатор, который осуществляет амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), сущность которой заключается в следующем. Чтобы обеспечить передачу непрерывного разговорного (аналогового) сигнала в виде дискретных импульсов и при этом не допустить значительных искажений, необходимо обеспечить определенную частоту следования импульсов по которым на приемном конце будет восстановлена первоначальная форма сигнала.

      Согласно теореме Котельникова для удовлетворительного качества передачи частота следования импульсов должна не менее чем в два раза превышать максимальную частоту передаваемого сигнала. При максимальной частоте разговорного спектра  f=3400Гц, частота следования импульсов должна быть не менее f=6800Гц. Обычно используют частоту следования импульсов 8кГц. Период следования при этом составит Т=1/ f=1/8000 = 125 мкс. Для достоверной передачи информации достаточно передавать импульсы шириной много меньшей Т следования.       

          Такой принцип передачи сигналов позволяет получить многоканальную систему связи, обеспечивающую многократное использование коммутационных элементов. Между импульсами  каждого канала для создания необходимой величины переходного затухания предусматривается защитный промежуток tз. Общее число организуемых временных каналов будет равно: 

n = Т / (tи.к.+tз)

Каждому каналу при таком способе построения коммутационной системы присваивается сдвинутая по времени импульсная последовательность Р.

             Операция квантования сводится к выбору уровня сигнала, разрешенного для передачи. Затем каждый дискретный сигнал кодируется двоичным кодом, причем число уровней шкалы квантования устанавливается равным 2n, где  n –целое число элементов кода. Если принять n = 3, то число уровней квантования будет равно восьми. Шаг квантования D представляет собой разницу амплитуд двух соседних уровней. Каждому уровню соответствует свое значение кода. Определяя значения амплитуд дискретов АИМ сигнала по шкале квантования, можно записать эти значения в виде кодовых комбинаций (групп) из логических единиц (1) и нулей (0). Таким образом, в результате преобразования аналоговый сигнал представляется в цифровой форме (рис.19).


       

 

Рис.19. Пример преобразования аналогового сигнала в ИКМ
 
 

 

 


 На рис.19 в качестве примера приведена кодовая группа, определяющая амплитуду АИМ сигнала шестого уровня, имеющего код 110. Одна кодовая группа должна передаваться по линии за время, отводимое для одного импульсного канала, т.е. за время tи.к.. Время передачи каждого элемента (импульса или паузы составляет в данном примере tи.к. / n = tи.к. / 3.

В соответствии с цифровым представлением сигнала в ЦСК должно быть построено коммутационной поле. Для его реализации применяются коммутационные блоки двух структур: блоки пространственной коммутации (БПК) и блоки временной коммутации (БВК).

БПК служит для синфазной коммутации каналов определенных входящей и исходящей уплотненных линий. Причем, в БПК осуществляется коммутация каналов, занимающих в коммутируемых линиях одно и тоже временное положение (одноименные каналы).

БПК можно представить как пространственный коммутатор на N входов и М выходов. Во входы и выходы включены соответственно входящие и исходящие уплотненные линии  систем передачи (СЛСП) с n  временными каналами (рис.20а). Такой коммутатор содержит N х М точек коммутации, в каждую из которых включен вентиль. Каждый вентиль  имеет два входа. Управление вентилем осуществляется импульсной последовательностью Рi, временные положения которых синхронизированы с временным положением канальных интервалов СЛСП. При открывании вентиля его вход соединяется с выходом, т.е. создаются условия трансляции ИКМ сигнала от входящей к исходящей СЛСП. В том канале, временное положение которого соответствует временному положению управляющей последовательности Рi. На рис.20б приведена схема, изображающая пространственный эквивалент БПК емкостью N х М СЛСП с n  импульсными каналами в каждой.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

В БПК коммутируются только одноименные каналы. По этой причине коммутационные поля, построенные только на базе БПК, не получили на практике широкого применения. Для перегруппировки     временных каналов между входящими и исходящими линиями применяются блоки временной коммутации (БВК).

Блок временной или асинхронной коммутации может быть реализован на оперативных информационных запоминающих устройствах (ИЗУ). ИЗУ, на основе которых строятся БВК, предназначены для хранения и считывания информации, поступающей по коммутируемым каналом. Общее число ИЗУ равно числу коммутируемых трактов, а число ячеек в каждом ИЗУ – числу каналов в каждом тракте. На рис. 21  показано условное обозначение БВК и его пространственный эквивалент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.21.  Построение блока временной коммутации.
 
 

 


Информации в ячейках ИЗУ хранится в течение времени, не превосходящего одного цикла. В интервале одной временной позиции необходимо произвести одну запись и одно считывание. Соединение между  i – м  входящим каналом и  j – м исходящим каналом произойдет, если  кодовая группа входящего  i – го канала задержится в ИЗУ  БВК до поступления j – го временного интервала. Для обеспечения полнодоступности БВК информация, хранящаяся в любой ячейке ИЗУ, должна считываться в любом из  n временных интервалов.

Рис.22. Упрощенное соединение через КП в системе EWSD.
 
Для коммутации  i –го канала на входе с  j – м каналом на выходе требуется четырех проводная линия (по два провода в каждом направлении передачи). Прямое направление  i à j, обратное направление  j à i.

Для увеличения числа коммутируемых каналов в БВК при неизменном числе трактов можно: увеличить  скорость передачи каждого канала за счет уменьшения длительности канального интервала или осуществлять переход с последовательной передачи символов на параллельную.

На основе БПК и БВК можно построить коммутационное поле различных структур: только на основе БПК(поле типа П), только на основе БВК (поле типа В) или  комбинированном использовании БПК и БВК (более экономичный вариант). Комбинируя число БПК и БВК можно получить коммутационные поля с разным количеством звеньев коммутации: двухзвенные  П – В и В – П, трехзвенные  П – В – П  и  В – П – В,  а также многозвенные с разным сочетанием блоков П и В.

Например, в системе EWSD  SIEMENS коммутационное поле имеет многозвенную структуру В – П (или ППП) – В. На рис. 22 представлено упрощенное соединение через коммутационное поле в системе EWSD.

 


 

 

 

 
 


Литература

 

1.                           Иванова О.Н. и др. Автоматическая коммутация: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

2.                           Иванова О.Н. и др. Автоматические системы коммутации: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1978.

3.                           Болгов И.Ф и др. Электронно – цифровые системы коммутации: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1985.

4.                            Кожанов Ю.Ф. Основы автоматической коммутации (справочное пособие. – С – П, 1999).