Постановка задачи дипломного проектирования.
Наименование темы дипломного проекта:
Разработка платы кросс – коммутатора ОЦК каналов 6 – ти потоков Е1.
Назначение изделия:
Кросс – коммутатор должен осуществлять коммутацию ОЦК каналов 6 –ти потоков Е1 и организацию конференц – связи между абонентами в соответствии с заданной пользователем конфигурацией.
Задача должна быть достигнута за счет использования перспективной элементной базы (DSPпроцессора), использования специализированных БИС, ПЛИС, элементов поверхностного монтажа, микросборок и других новых технологических процессов изготовления и настройки аппаратуры.
Состав изделия:
Кросс – коммутатор должен представлять собой плату 233*160 мм, размещаемую в универсальной платформе 6U. Плата должна иметь последовательный портRS– 232 для соединения с компьютером. Через этот порт должна загружаться конфигурация системы. Плата должна иметь индикаторы, сигнализирующие об аварийных состояниях на портах Е1. Разъемы для ввода/вывода потоков Е1, индикаторы аварийных состояний, а также разъем последовательного порта должны располагаться на лицевой стороне платы.
Тактико – технические требования:
Кросс – коммутатор предназначен для коммутации ОЦК каналов 6 – ти потоков Е1 и организации конференц – связи между абонентами.
Ядро коммутатора должно быть выполнено на DSP процессоре;
В качестве языка программирования должен использоваться язык высокого уровня С/С++, либо Ассемблер, либо их комбинация.
Электрические параметры портов Е1 согласно рекомендации G.703 МККТТ;
Структура сигнала 2048 Кбит/с согласно рекомендации G.704,G.706 МККТТ;
Номинальная частота передачи данных потока Е1 2048КГц+-50ppm(миллионных долей);
Первичное питание 36-72В;
Коммутатор должен иметь систему контроля, обеспечивающую оперативную оценку состояния оборудования и обнаружения неисправностей;
Аварийные состояния должны отображаться с помощью индикаторов;
Контролируемые параметры:
Отсутствие электрического сигнала стыка на входе (LOS–Lossignal);
Потеря цикловой синхронизации (LOSS–Lossynchronization);
Потеря сверхцикловой синхронизации;
Прием на входе сигнала СИАС (AIS–Alarmindicationsignal);
Коэффициент ошибок в линии 10-5;
Коэффициент ошибок в линии 10-3;
Пропадание вторичного питания;
Глава 2. Проектирование структурной и функциональной схемы платы кросс – коммутатора
2.1. Проектирование структурной схемы платы кросс – коммутатора.
В соответствии с постановкой задачи на дипломное проектирование необходимо разработать структуру кросс – коммутатора. Структура должна отразить основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.
Во – первых, мы разрабатываем устройство коммутации ОЦК каналов потоков Е1. Потому нам необходимо устройство, которое могло бы преобразовывать линейный код в NRZкод, удобный для обработки микропроцессором. Напомню что, в соответствии с рекомендациейG.703 МККТТ данные потока Е1 передаются, как правило, по витой паре или коаксиальному кабелю в виде кодаHDB– 3 илиAMI(смотри рис.2.1.).
Рис. 2.1. Коды NRZ,HDB– 3,AMI.
Функции перевода линейного кода в NRZи наоборот, выполняют специальные устройства, называемые линейными интерфейсами. Также данные функции может выполнять фреймер, но это устройство с более широкими функциональными возможностями. Он может не только выполнять функции преобразования кода, но и выделять сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации. Мы не будем использовать фреймеры в данном проекте, так как они на много дороже линейных интерфейсов. Те же функции фреймера, которые не включает в себя линейный интерфейс возьмет на себя узел коммутации.
Следует также отметить, что линейный интерфейс выделяет из входного потока данных тактовую частоту, а именно, 2048 КГц. Данная частота необходимо устройству приема входных данных для правильного их приема. Кроме этого, линейный интерфейс обнаруживает потерю сигнала на дальнем конце - LOS, ведет подсчет ошибок линейного кода, и т.д..
Так как нам необходимо обрабатывать 6 потоков Е1, то количество интерфейсов должно быть пропорционально этой цифре.
Во – вторых, необходим узел коммутации. Это, пожалуй, самый важный элемент создаваемой структуры. Данный узел будет коммутировать входящие потоки данных в соответствии с требованиями пользователя, организовывать конференц - связь. При наличии свободных ресурсов данный узел может возложить на себя некоторые функции управления системой, выступать как устройство сбора, обработки и передачи второстепенной информации.
Узел коммутации должен соединятся с интерфейсом Е1. Если логические уровни, выставляемые интерфейсом, соответствуют уровням узла коммутации, то эти два устройства соединяются напрямую, в противном случае придется использовать преобразователи логических уровней. Данный элемент структуры назовем буфером, так как это достаточно широкое понятие, которое включает в себя непосредственно буфер – устройство временного хранения информации, преобразователь логических уровней, например из 5В в 3.3В, и, наконец, буферный усилитель – устройство, которое может работать в двух направлениях и формировать сигнал с необходимыми электрическими параметрами. Количество буферов будет зависеть от их типа, а также от числа сигналов, которым будут необходимы средства буфера.
В случае, когда узел коммутации не сможет возложить на себя все функции управления системой необходимо отдельное устройство, которое возьмет на себя эти функции. Данному устройству, скорее всего, придется в основном ‘общаться’ с узлом коммутации, а также с теми устройствами, которые будут требовать управления собой. Таким образом, устройство управления возьмет на себя обязанности декодера, который будет принимать данные от узла коммутации и выставлять на своих выходах декодированные сигналы управления, либо декодированные данные. Количество выходов должно быть достаточным для подключения всех нуждающихся в управлении устройств.
В структуре данного устройства также необходимо запоминающее устройство. Данное устройство должно хранить алгоритм работы узла коммутации, карту коммутации, карту конференции(й), а также какие – либо другие данные, например, отчет о работе линейных интерфейсов. Запоминающее устройство должно обеспечивать хранение всей содержащейся в нем информации даже при отсутствии питающего напряжения.
При разработке структуры нашего устройства мы должны принимать во внимание тот факт, что всегда может возникнуть аварийная ситуация в работе. Для того чтобы технический персонал вовремя обнаружил сбой в работе и быстро его исправил, необходимы сигнальные элементы. В качестве данных элементов могут выступать устройства индикации, которые визуально предупреждают персонал о наличии сбоя. Устройства индикации могут принести какую – либо помощь лишь в том случае, когда персонал находится недалеко от обслуживаемого оборудования. В случае же когда коммутатор находится в закрытом помещении далеко от пульта оператора, необходимо нечто другое. В подобных ситуациях используют сигнальное оборудование. Оно состоит из нескольких устройств. Одно из них находится непосредственно на обслуживаемом оборудовании. Данное устройство собирает информацию о состоянии оборудования, а затем посылает ее по отдельному каналу на приемную сторону, где оператор может узнать все интересующие его детали.
Для полноценной работы интерфейса Е1 и узла коммутации необходимо генераторное устройство. Данное устройство генерирует тактовые импульсы. Тактовые импульсы в данном случае могут использоваться как рабочая частота устройства, а также как эталонная частота. Как правило, при использовании тактовых импульсов как эталонной частоты, необходимо выдерживать некоторую точность, которая задается в технической документации того изделия, которому данные импульсы предназначаются. Если же тактовые импульсы используются для задания рабочей частоты устройства, то в этом случае, как правило, данное устройство содержит в своей структуре элементы подстройки частоты, поэтому строго выдерживать ее не обязательно.
Также одним из основных элементов структуры кросс - коммутатора станет вторичный источник питания. Вторичный источник питания призван преобразовывать входное напряжение устройства до напряжения питания основных его элементов. Стоит отметить, что от точности выставки необходимого номинала напряжения зависит полноценная работа всей структуры. Вторичный источник также обеспечивает защиту от скачков первичного напряжения
Кроме вышеперечисленных элементов создаваемой структуры кросс - коммутатора в нее войдет элемент, необходимый для организации обмена данными с персональным компьютером. Такой обмен осуществляется через последовательный COMпорт со стороны компьютера. На другой стороне используется устройство преобразования уровней, так какCOMпорт оперирует уровнями в 12В; необходимы же уровни в 5В и ниже. Таким образом, образуется последовательный канал передачи данных, по которому можно загружать и считывать необходимую информацию.
Итак, в данной главе мы рассмотрели структурную схему платы кросс – коммутатора. Она состоит из интерфейса Е1, узла коммутации, устройства управления, устройств сигнализации, генераторных устройств, запоминающего устройства, источника вторичного питания и устройств преобразования логических уровней сигналов.
Взглянув на чертеж структурной схемы кросс – коммутатора ПГТУ.123456.002.Э3, можно наглядно увидеть, как элементы структуры взаимосвязаны между собой. Вторичный источник питания подает напряжение на все без исключения элементы структуры. Входные потоки поступают на интерфейс Е1. Далее преобразованный сигнал поступает на узел коммутации. После коммутации данные уходят обратно на интерфейс Е1, а оттуда в линию связи. Интерфейс к тому же выдает узлу коммутации отчетную информацию о своей работе, после чего она поступает на устройство управления, а оттуда, после некоторых преобразований, информация уходит на сигнальное устройство, которое в свою очередь готовит отчет для удаленного терминала. Устройство управления, помимо того, что выдает информацию сигнальному устройству, преобразовывает управляющие сигналы для запоминающего устройства и интерфейса Е1, которые инициирует узел коммутации, а также, осуществляет организацию обмена данными с персональным компьютером и формирует сигналы для устройства индикации. Информация с компьютера поступает через устройство преобразования логических уровней в устройство управления, а затем, в узел коммутации. Если информацию необходимо сохранить, то ее помещают в запоминающее устройство. К интерфейсу Е1 и к узлу коммутации подключается необходимое для их работы генераторное оборудование.