Применение параллельной коммутации кодовых слов позволяет в общем случае в К раз увеличить емкость Т-ступени при всех прочих равных условиях.
Оценим возможность увеличения емкости Т-ступени путем уменьшения времени tц. Пусть ЗУ имеет tц = 1 нc (отметим, что такое ЗУ является сверхскоростным). При параллельной обработке кодовых слов максимальная емкость Т-ступени с таким ЗУ составляет свыше 62 000 канальных интервалов, что соответствует станциям большой и средней емкости. Однако стоимость таких сверхбыстродействующих ЗУ чрезвычайно велика, поэтому реально используемая емкость Т-ступени равна обычно 128х128, 512х512 или 1024х1024 канальных интервалов. Для реализации цифровых коммутационных полей большой емкости используют многозвенный метод соединения Т-ступеней.
Рис. 22.8. Режим раздельной записи/считывания
И, наконец, рассмотрим третий фактор возможного увеличения емкости Т-ступени: различные способы организации доступа к ЗУ. Параметр А учитывает увеличение быстродействия ЗУ за счет изменения организации доступа к нему по сравнению с основной схемой (рис. 22.5).
Основная схема Т-ступени характеризуется тем, что в ней поле ячеек речевого ЗУ является общим для всех канальных интервалов входящей линии и, кроме того, это речевое ЗУ последовательно работает на запись и на считывание. Для такой схемы А = 4.
В Т-ступенях цифровых телефонных систем наибольшее применение нашла другая схема, работающая в режиме разделения записи и считывания
(рис. 22.8).
Для реализации этого режима требуются два речевых ЗУ, в одно из которых записываются кодовые слова, а из другого считываются, после чего в этих ЗУ изменяются режимы. На рисунке условно показаны ключи, которые попеременно подсоединяют к входящей линии, исходящей линии, к управляющей памяти, счетчику и контроллеру разрешения записи оба речевых ЗУ.
На рис. 22.9 показаны временные диаграммы работы рассматриваемой Т-ступени. Во время первого (Т0) цикла, входные речевые кодовые слова в параллельной форме записываются в речевое ЗУ1, а исходящие речевые слова считываются из речевого ЗУ2. Входные речевые кодовые слова
(A0B0C0D0...) последовательно записываются в ячейки речевого ЗУ1 согласно последовательным, адресам (1, 2, 3, 4, ...), задаваемым счетчиком. Запись производится по сигналам, формируемым контроллером разрешения записи. Исходящие речевые кодовые слова (C-1B-1D-1A-1...) считываются из речевого ЗУ2 с использованием адресов коммутации, получаемых из управляющего ЗУ (на рис. 22.8 эти адреса помечены цифрами 3, 2, 4, 1, ...). В следующий (T1) цикл, входные кодовые слова будут записываться в речевое ЗУ2, а считываться из речевого ЗУ1.
Рис. 22.9. Временные диаграммы работы Т-ступени, реализующей принцип разделения записи/считывания
Для Т-ступеней, реализующих режим разделения записи и считывания, число А равно 2, т.е. благодаря этому режиму удается в два раза увеличить емкость Т-ступени по сравнению с основной схемой фактически за счет удвоения емкости речевого ЗУ.
Быстродействие Т-ступени с раздельными записью/считыванием ограничивается скоростью записи в ЗУ. Однако возможен иной режим работы Т-ступени, который получил название “медленная запись/быстрое чтение”, и позволяющий значительно увеличить ее быстродействие. При этом, как правило, требуется уже три речевых ЗУ, работа которых может быть построена по принципу, например, парной записи, т.е. в первом цикле Т0 происходит разделение входных кодовых слов и запись их одновременно в
ЗУ1 и ЗУ2 (например, слов A0, С0 – в ЗУ1, а В0 и D0 – в ЗУ2). Аналогично в цикле Т1 осуществляется запись в ЗУ2 и ЗУ3, в цикле Т2 – в ЗУ1 и ЗУ3.
В Т0 цикле из речевого ЗУ3 производится считывание кодовых слов согласно адресам управляющего ЗУ. Эти кодовые слова были записаны в двух предыдущих циклах Т-1, и T-2 (это могут быть слова A-1, B-2, C-1, D-2). В T1 цикле считывание осуществляется из речевого ЗУ1, а в T2 цикле - из ЗУ2. Быстродействие такой Т-ступени определяется временем считывания из речевого ЗУ, которое значительно меньше времени записи в ЗУ.
Из всех рассмотренных схем Т-ступени минимальный объем речевого ЗУ имеет основная схема. Увеличение быстродействия Т-ступени путем изменения режима доступа приводит к увеличению объема речевого ЗУ. Так, для реализации режима “медленная запись/быстрое чтение” требуются уже три речевых ЗУ. Однако, быстрое снижение стоимости ЗУ в последние годы делают экономически обоснованным применение таких Т-ступеней.
Недостатком модуля временной коммутации является то, что он способен коммутировать каналы только одной цифровой линии. Поэтому для коммутации N ИКМ линий необходимо N модулей. А для организации соединения между собой разных ИКМ линий последовательно с ним необходимо включение дополнительного оборудования - блоков пространственной или пространственно-временной коммутации.
Тема 23. Пространственно-временная коммутация цифровых каналов и ее техническая реализация
Пространственно-временной коммутацией называется процесс, при котором информация из канального интервала входящей линий переносится в любой канальный интервал любой исходящей линии (рис. 23.1).
Рис. 23.1. Иллюстрация принципа пространственно-временной коммутации
Векторное представление пространственно-временной коммутации показано на рис. 23.2. В данном случае преобразование Ψ(S.T) нельзя представить суммой ортогональных преобразований Ψ(Т) и Ψ(S).
Рис. 23.2. Векторное представление пространственно-временной коммутации
Блок, или модуль (иногда его называют матрицей), реализующий пространственно-временное преобразование координат цифрового сигнала, называется S/T-ступенью.
Структурными параметрами S/T-ступени являются число N входящих цифровых линий с С1 канальными интервалами каждая, а также число М исходящих цифровых линий с С2 канальными интервалами каждая - S/T: (N/C1) * (M/C2).
Возможны несколько способов построения S/T-ступеней. Построение S/T-ступени с помощью запоминающих устройств аналогично построению ступени временной коммутации. Структурная схема S/T-ступени приведена на рис.23.3, она содержит последовательно-параллельные преобразователи (s/p) на входе и параллельно последовательные (p/s) – на выходе, информационное запоминающее устройство (ИЗУ) и управляющее
(адресное) запоминающее устройство (УЗУ), мультиплексоры адресов ИЗУ и УЗУ, счетчик.
Рис.23.3. Структурная схема S/T-ступени
Рассмотрим принцип работы S/T-ступени на примере схемы с параметрами (8/32)*(8/32).
Диаграмма работы последовательно-параллельного преобразователя (s/p) показана на рис. 23.4. На выходе параллельно-последовательный преобразователь производит обратное преобразование.
Рис.23.4. Диаграмма работы последовательно-параллельного преобразователя
За время одного канального интервала (Тки=3.9 мкс) должны выполняться два процесса: запись информации в ИЗУ из одноименных КИ всех входящих линий и чтение информации из ИЗУ для выдачи в одноименные КИ всех исходящих линий. Это может быть реализовано двумя способами, показанными на рис. 23.5. При записи информации в ИЗУ адрес формируется счетчиком, т.е. реализуется алгоритм последовательной записи. При чтении информации из ИЗУ адреса считывания выдаются из УЗУ, а адреса считывания из УЗУ формируются счетчиком. Информация в УЗУ
поступает из УУ во время интервалов записи в ИЗУ, т.к. УЗУ при этом не задействовано.
Рис.23.5. Диаграмма работы ИЗУ
Емкость ИЗУ должна позволять сохранять информацию, поступающую по всем линиям в течение цикла, и равна произведению числа входящих линий на число КИ в линии (8х32=256 кодовых слов). Емкость УЗУ должна позволять хранить адреса чтения из ИЗУ, необходимые для формирования цикла всех исходящих линий, и равна произведению числа исходящих линий на число КИ в линии (8х32=256 кодовых слов). Распределение памяти в ИЗУ и УЗУ показано на рис. 23.6.
Рис. 23.6. Распределение памяти в ИЗУ и УЗУ
Емкость S/T-ступени, построенной с использованием данного способа, ограничена быстродействием ЗУ и обычно не превышает 1024х1024 КИ. S/T- ступень большей емкости возможно построить, используя координатный способ.
Суть метода заключается в следующем. Схемы информационных ЗУ образуют условную матрицу, разделенную на строки и столбцы. Запись кодовых слов производится одновременно в ИЗУ вертикали (или горизонтали) матрицы, отвечающие за входящие линии. Считывание осуществляется по горизонтали (или вертикали) матрицы в ту исходящую линию, с которой необходимо осуществить коммутацию.
На рис. 23.7 приведена схема S/T-ступени с использованием ИЗУ и УЗУ емкостью 512 ячеек.
Рис. 23.7. Координатный способ построения S/T-ступени
Еще один способ построения S/T-ступени основан на применении кольцевых структур. Кольцевые структуры находят применение в целом ряде областей связи. Прежде всего, это кольцевые системы передачи с временным группообразованием, которые по существу имеют конфигурацию последовательно соединенных однонаправленных линий, образующих замкнутую цепь или кольцо (рис. 23.8). При этом в каждом узле сети реализуются две основные функции:
1)каждый узел работает как регенератор, чтобы восстановить входящий цифровой сигнал и передать его заново;
2)в узлах сети осуществляется вставка/выделение информации из каналов, закрепленных за абонентами узла.
Рис. 23.8. Структура кольцевой системы передачи
Возможность перераспределения каналов между произвольными парами узлов в кольцевой системе с временным группообразованием означает, что кольцо является распределенной системой передачи и коммутации. Идея одновременности передачи и коммутации в кольцевых структурах была распространена на цифровые коммутационные поля.
В такой схеме с помощью единственного канала между любыми двумя узлами может быть установлено дуплексное соединение. В этом смысле
кольцевая схема выполняет пространственно-временное преобразование координат сигнала и может быть рассмотрена как один из вариантов построения S/T-ступени.
На рис. 23.9 показана простейшая реализация ступени пространственно-временной коммутации. Кольцевую структуру для передачи информации образуют передающая Тх и приемная Rx шины вместе с устройством задержки. Передача и прием кодовых слов осуществляются с помощью ключей, включаемых сигналами s1, s2, .... sn стробирующего генератора. Последний управляется микропроцессором, который рассчитывает необходимые временные канальные интервалы для каждого соединения.
Рис. 23.9. Кольцевая S/T-ступень с задержкой на полпериода
Информация автоматически осуществления коммутации в такой цифровой сигнал на время, равное проиллюстрировано на рис. 23.10.
“вращается” внутри кольца. Для схеме необходимо лишь задержать половине длительности цикла, что
Рис. 23.10. Временная диаграмма работы кольцевой схемы
Например, необходимо установить соединение между линиями 1 и 2. Микропроцессор определил свободный 3-й канальный интервал и занял его для линии 1. В целях осуществления коммутации для линии 2 должен быть занят 7-й (3+8/2=7) канальный интервал в цикле. В течении 3-го КИ
открывается ключ S1 и информация из 1-й линии выдается на шину Тх. Пройдя по кольцу, информация передается по шине Rx в течение 7-го КИ. В течение 7-го КИ открывается ключ S2 и информация выдается во 2-ю линию. Одновременно информация из 2-й линии выдается на шину Тх и будет получена 1-й линией в течение 3-го КИ. Таким образом, обеспечивается связь между 1-й и 2-й линиями.
Отметим, что такое построение S/T-ступени характеризуется жесткой зависимостью между выбираемыми для передачи информации канальными интервалами в цикле – со сдвигом на ½ цикла, а максимальное количество соединений равно половине числа КИ в цикле.
Отсутствием такой жесткой зависимости отличается S/T-ступень, упрощенная схема которой показана на рис. 23.11. Использование Т- ступеней в коммутационных модулях, централизованное управление Т- ступенями позволяет записывать и считывать информацию в любом канальном интервале цикла шины.
Рис. 23.11. S/T-ступень с общей шиной
S/T-ступени рассмотренного типа обладают двумя существенными недостатками:
1)в случае разрыва шины вся система коммутации выходит из строя;
2)скорость передачи информации по шине прямо пропорциональна числу коммутируемых канальных интервалов (информация всех КИ должна передаваться по шине за 125 мкс, поэтому увеличение числа канальных интервалов в цикле приведет к росту скорости передачи). Например, при построении S/T-ступени емкостью 2048 КИ требуется шина со скоростью передачи 131 Мбит/c.
Примером реализации S/T-ступени на основе шины может служить цифровой коммутационный элемент (ЦКЭ), используемый при построении цифровых КП станций ITT 1240 и Alcatel 1000 S12. Например, ЦКЭ станции ITT 1240 имеет 16 коммутационных портов соединенных 39-линейной шиной (рис. 23.12).
Рис.23.12. Структурная схема ЦКЭ
Вкаждый коммутационный порт включаются входящая и исходящая ИКМ линии, т.е. порт образует тракт двусторонней передачи ИКМ сигналов. Формат ИКМ линии содержит 32 канальных интервала с кодовым словом 16 бит и скоростью передачи 4096 Кбит/с.
Взаключение отметим, что ступени пространственно-временной коммутации всех типов могут использоваться как цифровое коммутационное поле АТС небольшой емкости (до 5-8 тыс. абонентов) или как одна из ступеней многозвенных цифровых коммутационных полей.