Министерство образования Республики Беларусь Учреждение Образования «Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники»
Кафедра: сетей и устройств телекоммуникаций
Факультет: телекоммуникаций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине: Системы коммутации НА ТЕМУ: «S-ступень на основе мультиплексоров 32-32. Анализ ЦКП T-S-T»
Выполнил: Проверил: ст. группы хххххх ххххххххххххххх С.М. Лапшин
Минск 2011
Введение При построении сети связи вопросы коммутации сигналов всегда занимали одно из цен¬тральных мест. Если при этом процессы коммутации характеризуются жесткими (строгими) временными соотношениями, в смысле взаимодействия с окружающей телекоммуникаци¬онной средой, то такая коммутация считается синхронной. Самой распространенной системой синхронной коммутации в настоящее время являют¬ся цифровые автоматические телефонные станции (АТС). Появление цифровых АТС было обусловлено несколькими событиями в мире науки и техники XX века. Первым этапным событием стало изобретение в средине 40-х годов транзистора, что явилось началом новой эры в электронике - эры полупроводниковых приборов. Стреми¬тельное развитие последних привело к созданию в 60-х годах интегральных микросхем. В настоящее время построение цифровых АТС без интегральных микросхем практически не¬возможно. Далее, в конце 40-х годов в нескольких странах практически одновременно была изо¬бретена и построена электронная вычислительная машина (ЭВМ). Уже в 1955 году (по дру¬гим данным - в 1956 г.) была запатентована схема управления автоматической телефонной станцией с помощью ЭВМ. Так была оформлена идея управления по записанной программе. Параллельно с развитием вычислительной техники развивалась теория и практика про¬граммирования. Современная цифровая АТС - пример использования программного обес¬печения внушительных размеров (несколько миллионов машинных команд) и достаточно высокой степени сложности. В то же время (начало 50-х годов) интенсивно разрабатывались цифровые методы пере¬дачи сигналов в сетях связи общего пользования. В Северной Америке и Японии были раз¬работаны 24-канальные, а в Европе - 32-канальные цифровые системы передачи. Специали¬сты связи быстро осознали преимущества цифрового представления сигналов при их пере¬даче и обработке. Стремление создать единый цифровой тракт «передача - коммутация» привело к разработке цифровых коммутационных полей АТС. В 60-х годах в лабораториях нескольких стран были построены и испытаны прототипы современных цифровых АТС. Поворотным пунктом стал 1970 год, когда во Франции на се¬ти общего пользования была установлена первая транзитная цифровая АТС. В 70-х и пер¬вой половине 80-х годов о создании собственных цифровых АТС объявили все основные производители оборудования связи. Начало 80-х годов можно также назвать началом современной революции в связи - на базе цифровых систем передачи и цифровых АТС во многих странах началось создание цифровых интегральных сетей связи. Реализация всех этих идей на новой элементной базе (БИС и СБИС) привело к созда¬нию современных цифровых АТС очень большой емкости: 200000 - 500000 абонентов. Благодаря широкому внедрению цифровых АТС заметно снизились трудовые затраты на изготовление электронного коммутационного оборудования за счет автоматизации про¬цесса их изготовления и настройки, уменьшились габаритные размеры и повысилась на¬дежность оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интегра¬ции. Также уменьшились объемы работ при монтаже и настройке электронного оборудова¬ния в объектах связи, существенно сократился штат обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования и создания необслужи¬ваемых станций. Значительно уменьшились металлоемкость конструкции станций, сокра¬тились площади, необходимые для установки цифрового коммутационного оборудования, а также повысилось качество передачи и коммутации. Использование мощных микропроцессоров широкого применения позволяет применять последние достижения микропроцессорной технологии. Одни и те же функциональные блоки применяются для построения станций различного размера и назначения, что приво¬дит к малому количеству типов печатных плат. Это в свою очередь упрощает обслуживание оборудования и сокращает объемы запасных частей. Благодаря этому, достигается высокая экономическая эффективность в диапазоне от очень малых до очень больших станций. Если необходимо увеличить емкость цифровой станции или ее трафик, достаточно добавить ог¬раниченное количество компонентов. Принципы модульности используются и в архитектуре программного обеспечения циф¬ровых АТС. Модули, в основном, представляют собой компонуемые блоки для проекти¬рования систем, компоновки, тестирования. Они определяются независимо от их физиче¬ского размещения. Связь между модулями осуществляется с помощью сообщений внутрен¬него обмена. Операционная система обеспечивает передачу сообщений по их назначению. Данные хранятся и обрабатываются в станционной базе данных. При этом логическое по¬строение данных и их использование модулями не зависит от физического размещения дан¬ных. Функцией системы управления базой данных является правильное размещение эле¬ментов данных, наиболее эффективный доступ к ним и обеспечение высокой степени на¬дежности. Такой уровень модульности программного обеспечения открывает соответствую¬щий уровень гибкости, необходимый для обеспечения адаптации к быстро меняющейся коммуникационной среде сегодняшнего дня. Таким образом проблема построения, развития и функционирования цифровых АТС на сети связи включает в себя целый комплекс вопросов: - построение коммутационного поля; - программное обеспечение; - алгоритмы управления цифровой АТС; - взаимодействие с другим оборудованием сети и т.д. Изложить эти вопросы подробно в одной работе просто невозможно, поэтому данный курсовой проект посвящен, главным образом, рассмотрению принципов построения и функционирования коммутационного поля на основе пространственных коммутаторов.
1.Классификация ЦКП. Модульное построение современных цифровых коммутационных систем позволяет использовать их в качестве любой станции или узла связи. В ЦСК выделяют основную, неизменную часть оборудования, добавление к которой дополнительного оборудования позволяет получить любую станцию сети связи. Аналогично систему коммутации ЦСК можно разделить на основное цифровое КП и дополнительные коммутационные элементы, которые обеспечивают концентрацию абонентской нагрузки, создание групповых трактов или преобразование цифровых потоков. В данной главе будут рассматриваться структуры основных цифровых КП. С учетом симметричности и модульности построения все множество синхронных цифровых КП с функциональной полнотой коммутации можно разделить на пять классов. В каждом классе можно выделить базовую структуру и подструктуры, образованные добавлением до¬полнительных коммутационных элементов с предварительным мультиплексированием (MUX) и последующим демультиплексированием (DMUX) цифровых групповых трактов. 1. Базовая структура: S*k-T*r-S*k. Подструктура: MUX-S*k-T*r-S*k-DMUX. Особенностью поля является наличие S-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S-ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии. 2. Базовая структура: T*k-S*r-T*k. Подструктура: MUX –T*k-S*r- Т* к- DMUX. Особенностью поля является наличие Т-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S- ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии. 3. Базовая структура: S/T* k-S*r-S/T* к. Подструктура: MUX - S/T * k-S *r-S/T* к- DMUX. 4. Базовая структура: S/T * к. Подструктура: MUX-S/T*k-DMUX. 5. Кольцевые цифровые коммутационные поля. Хотя кольцевые КП строятся на S/T-ступенях (кольцевых соединителях), и по сути являются разновидностью полей 4 класса, но ввиду их важности и особенностей построения принято выделять их в отдельный класс. Определение оптимальных форм сочетания временных и пространственных ступеней коммутации - сложная проблема, которая не может быть решена отдельно от других задач, возникающих при построении цифровых КП: построение систем управления и группообразования, выбор способов коммутации (параллельный или последовательный), оптимизация соотношения между временной и пространственной ступенями коммутации и др. При построении ЦСК большой емкости необходимо принимать во внимание, что при уменьшении временной ступени коммутации могут возникнуть следующие проблемы: - сложность обеспечения заданного качества обслуживания абонентов при превышении нормативной нагрузки из-за отсутствия свободных временных каналов исходящих линий, согласованных во времени с соответствующими свободными каналами входящих линий; - трудность обеспечения поступления ИКМ сигналов на элементы коммутации S-ступени в строго определенные моменты времени, кратные циклу 125 мкс. Исходя из этого, а также с учетом стремительного развития полупроводниковых БИС, становится выгодным строить ЦКП с полной временной и уменьшенной пространственной ступенями коммутации. При этом на временную ступень возлагаются задачи не только по временному сдвигу коммутируемых сигналов, но и по синхронизации, выравниванию време¬ни распространения сигналов по линии связи, а также уменьшению внутренних блокировок.
2.Обоснование структуры проектируемого ЦКП. Блок или модуль цифрового коммутационного поля, осуществляющий пространственную коммутацию цифрового сигнала (преобразование его пространственной координаты), называ¬ется пространственной ступенью коммутации или S-ступенью (от space — пространство). Суть преобразования пространственной координаты цифровых сигналов состоит в том, чтобы переместить данное кодовое слово из одной ИКМ линии в другую с сохранением по¬рядка следования кодового слова в структурах циклов обеих линий (рис. 2.1). Векторное представление такого преобразования показано на рис. 2.2, в этом случае вновь предполагается ортогональность преобразований временной и пространственной ко¬ординат цифрового сигнала: 4>(S, Т) = 4>(S) + Ч>(Т) = 4>(S), где Ч(Т) = 0.
Рис. 2.2 Векторное представление пространственной коммутации Структурно S-ступень описывается с помощью трех чисел: NxM, К, где N, М - количе¬ство входящих и исходящих ИКМ линий; К - число канальных интервалов в каждой из ИКМ линий. Если известна величина К (например, ИКМ-30), то структурно S-ступень ха¬рактеризуется двумя числами: NxM. Поясним принцип преобразования пространственной координаты цифрового сигнала, использовав для этого условную коммутационную матрицу (рис. 2.3). Матрица состоит из вертикальных и горизонтальных шин и элементов «И» (электронные ключи). Пусть в некоторые канальные интервалы (например, КИ1 и КИ2) необходимо переда¬вать кодовые слова из первой входящей ИКМ линии, которая включена в первую горизон¬тальную шину, во вторую и в N-ую исходящие ИКМ линии, которые включены во вторую и в N-ую вертикальные шины соответственно. В заданное время управляющее устройство (на рис. 2.3 не показано) включает соответствующие ключи, посылая сигналы управления у12 и У1n и кодовое слово во время КИ1 из первой входящей ИКМ линии попадает во вторую ис¬ходящую ИКМ линию, а во время КИ2 - в N-ую исходящую ИКМ линию. Каждый ключ ос¬тается открытым только на время длительности одного канального интервала. Понятно, что для обеспечения нормальной работы такой матрицы необходимо, чтобы в каждый момент времени работал только один ключ на каждой вертикали.
Рис. 2.3 Пример работы пространственной коммутационной матрицы Если пространственная коммутационная матрица строится для параллельной передачи 8-битового кодового слова, то понадобятся 8 горизонталей и 8 вертикалей для одного кодо¬вого слова. Подчеркнем, что переключение ключевых элементов в матрице производится в темпе поступления кодовых слов.
Рис. 2.4 Представление S-ступени в виде комбинационного автомата Анализ работы пространственной коммута¬ционной матрицы показывает, что сигнал на входе этой матрицы в каждый момент времени определяется только значением входного сигна¬ла и управляющего сигнала и не зависит от того, что было на этих входах в предыдущий момент. Следовательно, матрица представляет собой комбинационный автомат (рис. 2.4) с N инфор¬мационными входами, М информационными выходами и NxM точками коммутации, работа которых определяется управляющей частью. Комбинационная часть S-ступени может быть реализована различными способами: на электронных ключах (рис. 2.5, а), на интегральных схемах средней степени интеграции -мультиплексорах и демультиплексорах (рис. 2.5, б и в), или на БИС матричной струк¬туры - программируемых логических матрицах (ПЛМ)(рис.2.5,г).
Рис. 2.5 Примеры исполнения комбинационной части S-ступени Управляющая часть S-ступени (иногда ее называют блоком адресной информации) предназначена для выработки адресов входа и выхода, которые должны быть скоммутированы (точнее, адресов коммутационных элементов коммутационной матрицы). Эти адреса должны заноситься в блок адресной информации и храниться в нем до окончания соединения. Поэтому управляющая часть S-ступени строится на базе ЗУ (будем называть его управляющим ЗУ), в которое из управляющих устройств системы поступают сигналы управления. Объем памяти и структура управляющего ЗУ (УЗУ) определяется построением коммутационной матрицы и параметрами N и М. При реализации коммутационной матрицы на электронных ключах каждой точке коммутации необходим свой управляющий вход, и их количество будет равно произведению N х М. При реализации коммутационной матрицы на мультиплексорах/демультиплексорах число управляющих входов уменьшается, поскольку управляющие сигналы передаются в кодированном виде. И, наконец, построение коммутационной части на ПЛМ позволяет еще более сократить число управляющих входов. Управление процессом коммутации может быть организовано по принципу «управление по выходам» или «управление по входам». В первом случае в ячейки памяти УЗУ заносятся адреса исходящих цифровых линий, которые должны быть скоммутированы с конкретной входящей линией (для коммутационной матрицы, изображенной на рис. 2.3 -управление по строкам). Во втором случае в ячейки памяти УЗУ заносятся адреса входящих цифровых линий, которые должны быть скоммутированы с конкретной исходящей линией (для коммутационной матрицы, изображенной на рис. 2.3 - управление по столбцам). Цифровые КП, построенные на модулях пространственной коммутации, очень широко использовались на первых этапах создания цифровых АТС, ввиду простоты исполнения и недорогой реализации. Однако недостаток пространственного коммутатора, в котором коммутируется только один одноименный канал всех входящих и исходящих ИКМ линий (что означает блокировки при соединении разноименных каналов), привел к тому, что в настоящее время эти модули используются только в сочетании с коммутационными модулями других типов. В данном курсовом проекте S-ступень будет реализована на основе интегральных схем средней степени интеграции – демультиплексорах (Рис. 2.5в).
3. Обоснование выбора элементарной базы проектируемого ЦКП При реализации на демультиплексорах, ЦКП состоит из N точек коммутации, N ячеек ОЗУ адресов, и управляющего интерфейса на основе дешифратора. Каждая точка коммутации включает демультиплексор на M входов данных и входов управления. Дешифратор в составе управляющего интерфейса обеспечивает распределение адресной информации по ячейкам ОЗУ адресов. Каждая точка коммутации (ТК) с номером содержит демультиплексор, обеспечивающий передачу информации (цифрового потока) со входа ЦКП, номер которого определяется содержимым i-ой ячейки ОЗУ адресов, на выход i-ой точки коммутации. На одну точку коммутации в ЦКП на основе демультиплексоров приходится CPMX комбинационных элементов, FPMX элементов памяти, RPMX связей, определяемых как , (3.1) , (3.2) , (3.3) где B – разрядность коммутируемых данных, – операция округления с избытком. На ЦКП в целом приходится CMX комбинационных элементов, FMX элементов памяти, RMX связей, определяемых как , (3.4) , (3.5) . (3.6)
4.Разработка принципиальной схемы ЦКП В ЦКП на демультиплексорах может быть достигнута наибольшая скорость коммутации по сравнению с другими вариантами реализации ЦКП. Это позволяет использовать ЦКП на демультиплексорах в основе цифровых коммутаторов потоков, а также в основе самомаршрутизирующих коммутационных систем коммутаторов пакетов, распределяющих информацию в режиме быстрой коммутации пакетов.
Рис. 4.1 Структура ЦКП на мультиплексорах Принципиальная схема S-ступени 64-64 на основе демультиплексора приведена в приложении. Схема реализована на микросхеме типа К155ИД3, которая содержит 64 шестнадцативходовых демультиплексора. Демультиплексоры содержат 1 информационный вход Q, 4 адресных входа A и 16 выходов S.
5.Процесс установления соединения в ЦКП Построим функциональное описание процесса коммутации. Пусть имеем N входящих и М исходящих цифровых трактов, мощность каждого из которых равна С каналам. Поставим в соответствие каждому тракту логическую переменную: входящему – хi, исходящему – zj. Введем обобщенную переменную управления Qij , определяющую обобщенный адрес коммутируемых трактов. Тогда, если считать, что результатом пространственной коммутации является прохождение сигнала по соединительному тракту от входящего к исходящему каналу, можно zj рассматривать как функцию пространственной коммутации и представить ее в виде булева уравнения: zj = xj & aij. (1) Если для рассматриваемого коммутационного модуля на M входящих и N исходящих трактов выполняется условие полнодоступности, т.е. модуль может осуществлять коммутацию одноименных каналов любого входящего с любым исходящим трактом, то его функционально можно описать системой булевых функций: G: {zj = xj & aij, i = 1,N; j = 1,M} (2) мультиплексор – избирательная схема, осуществляющая управляемую коммутацию информации, поступившей по одному каналу на N-ый выход, определяемый кодом. мультиплексор в общем случае реализует функцию вида
где Z – выходная переменная, соответствующая выходу мультиплексора; xi – входная переменная (вход мультиплексора); fi(a) – функция адреса i -го входа. Функция fi(a) представляет собой конъюнкцию адресных переменных a1,…ak, дополняемую иногда инверсией переменной S, соответствующей сигналу стробирования: fi(a) = S & a11…akk, j {0,1}, j = 1,k . (4) Таким образом, схема пространственного коммутатора 16x16 на мультиплексорах К1500КП164 реализует функцию вида:
(5)
где fi(a) = s & a11i& a22i &a33i& a44i . Полученная структура S-ступени называется однокаскадной, поскольку каждая функция реализуется одним мультиплексором. Такая структура получается в том случае, когда число входящих трактов пространственного коммутатора N не превышает числа входов мультиплексора.
6.Анализ ЦКП T – S – T 6.1 Общие сведения о ЦКП T-S-T
В настоящее время существует достаточно большое число ЦКП различных типов. ЦКП структуры T-S-T сочетает в себе ступени временной и пространственной коммутации (T – time, S – space). Ступень Т с параметрами N*M имеет эквивалентное представление в виде коммутатора с N входами и М выходами. Ступень T реализует временную коммутацию, а S – пространственную. ступень представляется в виде коммутаторов с N выходами и М входами (частный случай N=M на рис. 12).
Рис. 12. ЦКП вида T-S-T Рассмотрим каждую из ступеней отдельно.
6.2 ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОММУТАЦИЯ
Схематически простейшую коммутационную структуру можно представить в виде прямоугольной решетки, составленной из точек коммутации так, как показано на рис. 13. Эта коммутационная схема может быть использована для соединения любого из N входов с любым из М выходов. Если ко входам и выходам подсоединены двухпроводные цепи, то на каждое соединение требуется только одна точка коммутации .
Рис. 13. Решетка простейшей коммутационной схемы. Прямоугольные решетчатые структуры, составленные из точек коммутации, проектируются таким образом, чтобы обеспечивать только межгрупповые (транзитные) соединения, т. е. соединения одного вида: от группы входов к группе выходов. Такой способ работы может найти применение в ряде случаев, в частности: 1) на удаленных концентраторах; 2) на распределителях вызовов; 3) на оконечных станциях или УТС при установлении транзитных соединений; 4) на отдельных звеньях многозвенных коммутационных схем. В большинстве перечисленных случаев требование обеспечения возможности установления соединения любого входа с любым выходом не является обязательным. Так, в случае, когда число выходов в группе достаточно велико, можно обеспечить каждому входу доступ не ко всем, а лишь к ограниченному числу выходов. В таких случаях говорят об "ограниченной доступности". Переход к схемам с ограниченной доступностью позволяет получить значительную экономию точек коммутации. Пример схемы неполнодоступного включения приведен на рис. 14. Заметим, что, если соединение входов с выходами осуществляется продуманно, то отрицательный эффект ограниченной доступности минимизируется. Например, если требуется соединить входы 1 и 8 на схеме рис. 14 с группой выходов, то следует выбрать выходы 1 и 3, а не 1 и 4 с тем, чтобы избежать 6локировки входа 2.
Рис. 14. Пример схемы неполнодоступного включения. Коммутационные схемы с неполнодоступным включением выходов часто используются для организации доступа к большим пучкам соединительных линий на электромеханических станциях, где стоимость точки коммутации достаточно высока и размеры отдельных коммутационных модулей ограничены. Коммутационные системы для четырехпроводных цепей требуют установления раздельных соединений — для прямой и обратной ветви цепи передачи. Таким образом, при обслуживании каждого требования необходимо устанавливать два различных соединения. На рис 15 приведена структура квадратной коммутацион-ной схемы, используемой для установления обоих соединений. Эта структура идентична структуре квадратной матрицы, показанной на рис.14 для случая коммутации двухпроводных цепей.
Рис. 15. Структура квадратной коммутационной схемы. Любой вход четырехпроводной коммутационной схемы соединяется с парой проводов, образующих входящее направление передачи, а любой выход соединяется с парой проводов, образующих исходящее направление передачи. При установлении соединения между четырехпроводными цепями i и j в коммутационной схеме на рис. 15 должны включаться обе точки коммутации: и (i,j), и (j, i). При реальной работе системы эти две точки коммутации могут включаться согласованно, поэтому их можно выполнить в виде некоторого единого модуля.
6.3 ЦИФРОВАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ Конфигурация коммутационной схемы с пространственным разделением каналов периодически воспроизводится в течение каждого временного интервала путем непрерывного изменения некоторым циклическим образом соединений, существующих в течение коротких интервалов времени. Обычно такой способ работы схемы называют коммутацией с временным разделением каналов. В то время, как такой способ работы системы можно было бы считать приемлемым как для аналоговых, так и для цифровых сигналов, цифровые сигналы, сформированные путем объединения на базе временного разделения, обычно требуют как коммутации временных интервалов, так и коммутации физических линий. Этот последний вид коммутации представляет собой, по существу, второе измерение коммутации и обычно называется временной коммутацией. В последующем при обсуждении проблем цифровой коммутации с временным разделением будем предполагать (если не оговорено дополнительно), что коммутационная система непосредственно сопрягается с цифровыми линиями передачи с временным разделением. Это предположение обычно выполняется, поскольку даже при работе в аналоговом окружении в наиболее экономичной коммутационной системе сначала производятся формирование цифровых сигналов и их компоновка в соответствии с форматом слова ВРК, а уже затем осуществляются любые операции по коммутации. Основное требование к системе коммутации с временным разделением иллюстрирует рис.16. В качестве примера на нем приведено соединение канала 3 первого тракта с ВРК с каналом 17 последнего тракта с ВРК. Указанное соединение подразумевает, что информация, поступающая во временном интервале 3 первого тракта, пересылается во временном интервале 17 последнего тракта. Так как процесс преобразования речевого сигнала в цифровую форму принципиально означает четырехпроводный режим работы, то требуется и реализуется обратное соединение путем пересылки информации из временного интервала 17, последнего входящего тракта во временном интервале 3, первого исходящего тракта. Таким образом, каждое соединение требует выполнения двух пересылок информации; каждая включает преобразование и во времени и в пространстве. . Рис. 16. Система коммутации с временным разделением. Многозвенные схемы временной и пространственной коммутации Эффективным средством уменьшения стоимости коммутационной схемы с временным разделением является мультиплексирование возможно большего числа каналов и выполнение по возможности большего объема операций коммутации на звеньях временной коммутации. Стоимость операций коммутации на звеньях временной коммутации значительно меньше их стоимости на звеньях пространственной коммутации, главным образом потому, что цифровая память много дешевле, чем цифровые точки коммутации (логические схемы И). Еще раз отметим, что сами по себе точки коммутации не столь дороги; основные затраты приходятся на реализацию схем доступа и выбора точки коммутации со стороны внешних выводов, что и делает использование точек коммутации сравнительно дорогостоящим. Конечно, существуют практические ограничения в отношении того, сколько каналов может быть объединено в общий тракт с ВРК для коммутации на звене временной коммутации. Если существующий в настоящее время предел мультиплексирования достигнут, то дальнейшее уменьшение сложности реализации можно получить путем увеличения числа звеньев коммутации. Очевидно, что некоторая экономия расходов достигается, если одно звено пространственной коммутации схемы типа ВП или ПВ может быть заменено несколькими звеньями. Обычно, наиболее эффективный подход состоит в разделении звеньев пространственной коммутации звеном временной коммутации иди в разделении двух звеньев временной коммутации звеном пространственной коммутации. В следующих двух разделах будут описаны две базовые структуры. Первая структура, содержащая звено временной коммутации между двумя звеньями пространственной коммутации, носит название коммутационной схемы пространство—время—пространство (ПВП). Вторая структура обычно называется коммутационной схемой время — пространство — время (ВПВ). Второй формой реализации многозвенной коммутационной схемы со звеньями пространственной и временной коммутации является структура, приведенная на рис. 17. Эту коммутационную схему обычно называют схемой время — пространство — время.
Рис. 17. Схема ЦКП Т-S-T.
6.4 Процесс установления соединения Процесс установления соединения рассмотрим на рисунке 17. Информация, поступающая по каналу входящего тракта с ВРК, задерживается на входящем звене временной коммутации до тех пор, пока не будет найден соответствующий свободный путь через звено пространственной коммутации. В этот момент информация будет передана через звено пространственной коммутации на соответствующее выходное звено временной коммутации, где она будет храниться до тех пор, пока не наступит временной интервал, в котором требуется осуществить передачу данной информации. Предполагая, что на звеньях временной коммутации обеспечивается полнодоступность (т. е. все входящие каналы могут быть соединены со всеми исходящими), при установлении соединения на звене пространственной коммутации можно использовать любой временной интервал. В функциональном смысле звено пространственной коммутации как бы повторяется (копируется) по одному разу для каждого внутреннего временного интервала Это иллюстрирует вероятностный граф схемы ВПВ, приведенный на рис. 18.
Рис. 18. вероятностный граф схемы ВПВ.
Важной особенностью коммутационной схемы ВПВ, на которую следует обратить внимание, является то, что звено пространственной коммутации работает с разделением времени независимо от внешних трактов с ВРК. По существу, число временных интервалов работы звена пространственной коммутации l не должно совпадать с числом временных интервалов с внешних трактов с ВРК. 6.5 Оценка блокировки ЦКП Если звено пространственной коммутации является неблокирующейся коммутационной схемой, то блокировка в схеме ПВП может возникать в тех случаях, когда нет свободных внутренних временных интервалов звена пространственной коммутации, в течение которых промежуточная соединительная линия, ведущая от входящего звена временной коммутации, и промежуточная соединительная линия, ведущая к исходящему звену временной коммутации, одновременно свободны. Очевидно, что вероятность блокировки будет минимальней, если число временных интервалов звена пространственной коммутации l будет выбрано достаточно большим. Действительно, проводя прямую аналогию с трехзвенными пространственными коммутационными схемами, схему ПВП можно считать неблокирующейся, если l=2c—1. Общее выражение для вероятности блокировки для коммутационной схемы ВПВ, отдельные звенья которой (В, П, В) являются неблокирующимися, имеет вид
где — коэффициент временного расширения (l/с), l — число временных интервалов работы звена пространственной коммутации. Сложность реализации ВПВ-коммутации можно рассчитать по следующей формуле: Cтруктура T-S-T более сложная, чем структура S-T-S. Заметим, однако, что в коммутационной схеме S-T-S используется временная концентрация. По мере того, как будет расти использование входящих соединительных линий, будет уменьшаться степень возможной концентрации. Если окажется, что нагрузка входящих каналов достаточно высока, то для поддержания заданного значения вероятности блокировки в коммутационных схемах T-S-T и S-T-S необходимо вводить расширение соответственно в первой — временное, во второй — пространственное. 6.6 Структура коммутационной схемы T-S-T Среди синхронных КП второго класса наибольшее распространение получили подструктуры с применением предварительного мультиплексирования и последующего демультиплексирования, поскольку базовые структуры КП второго класса имели малую емкость (рис. 19).
Рис 19. ЦКП вида МХ-Т-S-Т-DMX.
Предварительное мультиплексирование обеспечивает вторичное уплотнение входящих цифровых трактов, а последующее демультиплексирование восстанавливает их, что приводит к увеличению пропускной способности цифрового КП без применения дополнительных S-ступеней. Укажем, что в ЦКП рис. и кодовые слова передаются параллельно, поэтому на каждой ВхЛ необходим преобразователь последовательно-параллельного типа, а на каждой ВЛ – параллельно-последовательного. Каждый коммутатор каскада S соответственно должен иметь r коммутационных матриц согласно с числом разрядов кодового слова. Принцип функционирования ЦКП данного класса рассмотрим на примере структурной схемы T-S-T, изображенной на рис.20.
Рис. 20. Структурная схема ЦКП типа T-S-T
В схему включено N входящих и столько же выходящих цифровых линий – n-канальных групповых трактов с r-разрядными кодовыми словами. Каждая ВхЛ оборудуется r-разрядным входящим регистром записи РЗ, который выполняет последовательно-параллельное преобразование кодовых слов и имеет собственое ИЗУ в каскаде А. Аналогично каждая ВЛ имеет r-разрядный выходящий регистр считывания РСч, что делает параллельно-последовательное преобразование кодовых слов, и собственное ИЗУ в каскаде С. Запись и считывание в ИЗП каскадов А и С осуществляются параллельно, поэтому пространственный каскад В образован из r коммутационных матриц, каждая из которых коммутирует один бит кодового слова. В общем каскад В имеет N r N-входовых мультиплексоров. Обычно доступ в ячейки памяти ИЗУ каскада А для записи кодовых слов является последовательным, для считывания – произвольным. Для каскада С, наоборот, имеет место произвольный доступ для записи, последовательный – для считывания. Перезапись кодовых слов из ИЗУ каскада А в ИЗУ каскада С возможна в любом отрезке времени в течение цикла передачи с использованием любой свободной промежуточной линии и, соответственно, любого свободного канала управления коммутацией. 6.7 Алгоритм коммутации Проанализируем рисунок 20. Пусть нужно скоммутировать КИn-1 BxЛN с КИ1 BЛ1 с использованием 0-го канала управления коммутацией. Управляющее устройство ЦКП записывает: В Яч0 УЗУN каскада А – номер КИn-1; В Яч0 УЗУ1 каскада В – адрес входа в МХ1, в который включен выход ИЗУN; В Яч0 УЗУ1 каскада С – номер КИ1. После проверки правильности записи данных в указанные ячейки передается разрешение на коммутацию (бит коммутации) и соединение считается установленным. Кодовое слово из КИn-1 BxЛN последовательно записывается в РЗN. В начале следующего КИ оно параллельным способом переносится в Ячn-1 ИЗУN каскада А. В КИ0 управление коммутацией читается адресная информация одновременно Яч0 всех УЗУ. Согласно с ней: На шину управления кN от УЗУN каскада А подается сигнал считывания кодового слова из Ячn-1 ИЗУN.От УЗУ1 каскада В шиной управления к1 передается в МХ1 сигнал для соединения входа N с выходом; Сигнал от УЗУ1 каскада С шиной к1 управляет записью кодового слова с выхода МХ1 в Яч1 ИЗУ1. В конце КИ0 кодовое слово из Яч1 ИЗУ1 каскада С параллельно переписывается в РСч1, откуда в КИ1 последовательно, бит за битом, передается в ВЛ1. Емкость ЦКП базовой структуры В-П-В определяется скоростью цифровых потоков групповых трактов и параметрами каскада П, построенного на одном -коммутаторе. На рис.21 каждый ИЗУ состоит из 32-х секций по 32 ячейки в каждой и соответственно обслуживает 32 линии ИКМ 30/32. Скорость записи в ИЗУ каскада А представляет собой 2048/8=256 кбит/с для каждого из восьми проводов от РЗ. Скорость считывания из этих ИЗУ равняется 8192 кбит/с для каждого отдельного провода и совпадает со скоростью коммутации в комутаторе П и записи в ячейки ИЗУ каскада С. Считывание информации из ИЗУ каскада С осуществляется одновременно из всех секций со скоростью 256 кбит/с для каждого из восьми проводов в РСч. 6.8 Примеры ЦКП T-S-T 32х32 На рис.21 каждый ИЗУ состоит из 32-х секций по 32 ячейки в каждой и соответственно обслуживает 32 линии ИКМ 30/32. Скорость записи в ИЗУ каскада А представляет собой 2048/8=256 кбит/с для каждого из восьми проводов от РЗ. Считывание информации из ИЗУ каскада С осуществляется одновременно из всех секций со скоростью 256 кбит/с для каждого из восьми проводов в РСч. Довольно часто ЦКП класса В-П-В имеют модифицированые структуры с вторичным мультиплексированием-демультиплексированием. Наиболее распро-страненным является вариант МХ-В-П-В-DMX. Рассмотрим несколько примеров. На рис.22 изображено такое. Его отличие от базовой структуры заключается в наличие между РЗ и ИЗУ каскада А мультиплексоров МХ, каждый из которых объединяет 32 тракта ИКМ 30/32 в один 1024-канальний тракт с параллельной передачей кодовых слов. Соответственно между ИЗУ каскада С и РСч установл-ены демультиплексоры DMX, которые разделяют 1024-канальные тракты на 32-канальные. Пространственный коммутатор имеет параметры 2х2, поэтому максимальная емкость ЦКП представляет собой 1024х 2, то есть 2048 каналов
6.9 Расчет сложности реализации коммутационной схемы T-S-T Определим сложность реализации коммутационной схемы T-S-T 32х32 ИКМ линии. Будем полагать, что данная коммутационная схема способна осуществить коммутацию 32*32=1024 каналов, организованных на базе 32 трактов с ВРК по 32 канала в каждом. Предположим, что максимальное значение вероятности блокировки, которую необходимо обеспечить, равна 0,002, при этом вероятность занятия входящего канала равна 0,1. Итак, - число трактов с ВРК; - число каналов в тракте; - число временных интервалов работы звена пространственного коммутатора; - вероятность блокировки коммутационной схемы; (1) - вероятность того, что промежуточная линия будет свободной; - вероятность того, что промежуточная (межзвенная) линия будет занята; - коэффициент временного расширения; - временная концентрация; - вероятность занятия линии;
Произведя подстановки в формулу 1, получим
Последнее уравнение заменим следующим неравенством ( ) и решим последнее методом подбора в целых числах. Замена имеет место, поскольку для любого ЦКП вероятность блокировки (в данном случае 0,002) должна быть не больше некоторого заданного значения. Таблица 13.
Вероятность блокировки
9 0,0078 10 0,00201 11 0,0004
Замечаем, что при выполняется условие , поэтому корнем является число 11.
Коэффициент временного расширения Временная концентрация Как видно из расчета, сложность схемы довольно большая, однако наибольший вклад в сложность вносит большое значение N, а это значит что данная 1024 реализованных каналов можно реализовать схемой с меньшей сложностью (уменьшив N и увеличив с). Например, произведя аналогичные вычисления при N=16 и с=128, можно установить что сложность равна 656 против 1241. Однако у схемы есть и достоинство- путем изменения параметров T- ступени можно существенно повысить число абонентских каналов.
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение……...……….………………………...………….…………..………3 1. Классификация ЦКП.…….......................................................................7 2.Обоснование структуры проектируемого ЦКП…….………………..9 3.Обоснование выбора элементарной базы проектируемого ЦКП...13 4.Разработка принципиальной схемы ЦКП…………………………..18 5.Процесс установления соединения в ЦКП………………………….22 6.Анализ ЦКП ………………….……………………………………....23 Литература…………………….………………………………………………32 Приложение
Литература 1. Telecommunications Engineer's reference book / Fraidoon Mazda, UK: But-terworth-Heinemann, 1996. 2. Баркун М.А. Цифровые автоматические телефонные станции. - Минск.: Высшая школа, 1990. 3. Безир X., Хойер П., Кеттлер Г. Цифровая коммутация. - М.: Радио и связь, 1986. 4. Беллами Дж. Цифровая телефония. - М.: Радио и связь, 1986. 5. Боккер П. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, систе-мы / Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1991. 6. Штагер В.В. Электронные системы коммутации. - М.: Радио и связь, 1983. 7. Электронно-цифровые системы коммутации / И.Ф. Болгов, Т.И. Гуан, О.А. Соболев, А.В. Танько. - М.: Радио и связь, 1985.
