8.3. Методы коммутации в сетях электросвязи

Как было сказано ранее, в коммутируемых сетях в процессе коммутации каналов между двумя абонентами на время сеанса связи выделяется физическая линия связи, или как говорят, соединительный путь (тракт). Соединительный тракт образуется с помощью коммутации

Коммутацией называется комплекс технических операций в результате которых между любыми абонентами по определённой адресной информации (номеру) устанавливается соединение.

По продолжительности коммутацию различают долговременную (кроссовую) и оперативную (при которой соединительный тракт создаётся только на время обмена сообщениями).

По принципу реализации коммутация может быть ручной и автоматической.

Коммутация осуществляется на коммутационных узлах и станциях, предназначенных для приёма, переработки и распределения с помощью совокупности технических средств коммутаторов.

Исторически коммутация связана с развитием телефонных сетей. Поэтому простейшим коммутационным узлом является ручная телефонная станция, обслуживаемая телефонистками. Однако существенным недостатком этих станций является ограниченная ёмкость линий, ручной труд невысокого качества обслуживания. Поэтому развитие телефонных сетей происходит с использованием автоматических телефонных станций (АТС).

Рассмотрим построение простейшего автоматического коммутатора, структурная схема которого изображена на рисунке 8.6. Основными элементами коммутатора являются коммутационное поле (КП), которое предназначено соединения входящих и исходящих линий; управляющее устройство, обеспечивающее управление процессами соединения и разъединения по заданному адресу (номеру) абонентов; линейные комплекты (периферийное оборудование), предназначенные для сопряжения с абонентскими терминалами (например, телефонами, модемами) либо с трактом передачи. Кроме того, в состав коммутатора входят устройства контроля, сигнализации, источники электропитания и другое оборудование.

Рис. 8.6. Структурная схема коммутатора

Коммутационное поле ёмкостью представляет многополюсник (матрицу), включающее элементы соединения (ключи) (рисунок 8.7). При электрическом соединении физически разделенных линий, не имеющих общих точек и могущих в любой момент использоваться

Рис. 8.7. Коммутационное поле

только для одного соединения, называется пространственной коммутацией. При пространственной коммутации по номеру входящей линии осуществляется замыкание ключа на соответствующей позиции в матрице. Позиция ключа в матрице дешифрируется устройством управления.

Следует отметить, что в качестве ключей в недалёком прошлом использовались электромеханические замыкатели с низкой скоростью, надёжностью работы, большой массой и энергопотреблением. Им на смену пришли электромагнитные (герконовые) замыкатели, представляющие пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Однако быстродействие герконов также ограниченно, для их управления требуется использование электромагнитных преобразователей энергии. В настоящее время в качестве замыкателей всё больше находят применение электронные ключи, созданные на основе полупроводниковой технологии. Электронные ключи характеризуются микронными размерами, высокой скоростью переключения и низким энергопотреблением. В перспективе возможно использование оптических сверхбыстродействующих переключателей с размерами, сопоставимыми с длиной волны световых сигналов.

По мере расширения абонентской базы (т.е. увеличения ) размерность коммутационного поля, равная, увеличивается в геометрической прогрессии. Для уменьшения сложности КП используют метод временной коммутации. Временная коммутация обеспечивает замыкание по адресной информации входящей и исходящей линии в соответствии с методом временного уплотнения в течение коротких интервалов времени, соответствующих периоду дискретизации сигналов. Их определения ясно, что временная коммутация может быть ориентирована на цифровые системы связи с ИКМ.

Рассмотрим работу цифрового коммутатора с временной коммутацией (рисунок 8.8). Сигналы на входящей и исходящей линий представляют последовательно передаваемые импульсы цифрового кода (на рисунке 8.8 они обозначены ромбами). Порядок следования импульсов в каждом временном слоте соответствует номерам входящих (A1вх, А2вх, А3вх) и исходящих (A1исх, А2исх, А3исх) номеров абонентов. Структура (формат) цифрового кода содержит адресное сообщение (исходящий и входящий адреса для входящей и исходящей линии) и передаваемые данные (на рисунке 8.8 они обозначены Д1, Д2,Д3).

Рис. 8.8. Временной цифровой коммутатор

Согласно рисунку 8.8 на входящей линии данные Д1 входящего абонента с номером А1вх предназначены исходящему абоненту с адресом А3исх, данные Д2 входящего номера А2вх для абонента А1исх и т.д. Передаваемая информация сохраняется в цифровом коммутаторе, данныево входящем оперативном запоминающем устройстве (ОЗУвх), адресная составляющая сообщенийв адресном запоминающем устройстве (АЗУвх). В процессе коммутации данные из ячеек памяти входящего ОЗУ пересылаются (считываются) в соответствующие ячейки исходящего ОЗУ согласно адресной информации, хранимой в АЗУ. На исходящей линии выходной код содержит адрес входящего абонента (от кого пришел звонок) и данные для исходящего абонента (кому эти данные предназначены).

Во временном коммутаторе нет явно выраженного коммутационного поля. Его место занимают запоминающие устройства адресной и информативной составляющих кода. Процесс замыкания ключей здесь заменяется процессом раскладывания (мультиплексирования) данных по ячейкам выходного (исходящего) запоминающего устройства с последующим их считыванием в выходной поток. Преимуществом временного коммутатора является меньшее число связей в аналоге коммутационного поля и, следовательно, большая надёжность. Недостаток заключается в потенциально более низком быстродействии по сравнению с пространственной коммутацией.

Для объединения преимущества пространственной и временной коммутации применяют каскадную (многозвенную) коммутацию. Например, схема коммутации В-П-В предполагает временную коммутацию с переходом на пространственную и, далее, снова на временную коммутацию. Следует отметить, что выбор путей установки соединений носит случайный характер, соединения возникают в случайные моменты времени, между случайными линиями и занимают коммутационное поле в течении случайного времени. Поэтому в теории структур коммутации важное место занимает поиска оптимального выбора путей установления соединений, при которой можно добиться упрощения структуры коммутационного поля (в частности, уменьшить число точек коммутации) за счёт усложнения процессов управления коммутацией.