Лекции установ 2009 СКЭС

коммутационная матрица. Для построения БПК с емкостью N×M необходимо M − МХ по количеству ИЦЛ, каждый МХ будет иметь N входов по количеству ВЦЛ. Одноименные входы МХ запараллеливаются для получения полнодоступного коммутатора.

9 Управляющая часть − это адресное запоминающее устройство (АЗУ),

которое состоит из совокупности ячеек памяти (ЯП), число которых определяется числом коммутируемых КИ. В АЗУ поступает информация из блока управления − координаты точек коммутации. Запись управляющей информации происходит произвольно, а чтение всегда упорядочено за время одного цикла (ТЦ). Информация поступает по шинам ША − шина адреса − поступает адрес ячейки памяти АЗУ, ШД − шина данных − поступает номер ВЦЛ, ШУ − шина управления − сигнал на чтение ячейки на время τКИ − бит коммутации.

Принцип работы. По ВЦЛ в каждом КИ поступают кодовые слова. Чтобы эта информация была коммутирована в ИЦЛ, необходимо в блок управления ввести данные коммутации. Данные содержат: номер секции АЗУ (по номеру ИЦЛ), номер ЯП в секции АЗУ (по номеру КИ), адрес коммутации (содержимое ячейки памяти - записывается номер ВЦЛ и бит коммутации, разрядность ячейки памяти АЗУ определяется как RЯП = 1 + log2N, где N − количество ВЛ).

Например, необходимо перенести полезную информацию КИ-3 из ГТ-0 в ГТ-1 и наоборот. Прямое направление (ГТ-0 в ГТ-1) − данные:

−номер секции − 1,

−номер ЯП в секции − 3,

−адрес коммутации 00 + 1.

По трем шинам ША, ШД, ШУ из блока управления поступают данные коммутации. ША определяет ячейку АЗУ в которую из ШД запишутся данные коммутации (номер ВЦЛ), ШУ − БК. Чтение ячеек АЗУ осуществляется под управлением счетчика каналов. При смене КИ изменяется

состояние счетчика и читается следующая ячейка УП. При чтении 3 ЯП АЗУ, адрес коммутации подается на адресные входы 1-го МХ и информационный вход 0 МХ-1 (соответствует ВЦЛ-0) на время КИ-3 (τКИ) коммутируется с ИЦЛ-1.

Содержимое в ячейках будет сохраняться до тех пор, пока необходимо данное соединение.

Принципы временной коммутации. Блок временной коммутации (БВК)

Временная коммутация − это процесс передачи кодовых слов из одного КИ

в любой другой КИ в пределах одного группового тракта.

Для передачи кодового слова из i КИ в j, а запись и считывание происходит в разные моменты времени, возникает задержка информации на некоторое время, которое называется временем задержки. Время задержки τЗ не может превышать длительности цикла ТЦ, поскольку информация в КИ ВЦЛ заменяется следующим кодовым словом.

Блок временной коммутации (БВК) состоит из:

9 Исполнительной части − информационного ЗУ (ИЗУ);

ИЗУ− предназначено для записи, хранения и считывания информации, поступающей в КИ ГТ (кодового слова в КИ).

¾Число ячеек памяти ИЗУ соответствует числу КИ, КЯП ИЗУ = n.

¾Разрядность ЯП ИЗУ соответствует разрядности КС rЯП ИЗУ=r..

¾Управляющей части − адресного запоминающего устройства (АЗУ).

АЗУ − содержит адреса записи или считывания ячеек ИЗУ.

¾Число ячеек памяти АЗУ равно числу ЯП ИЗУ по числу КИ,. КЯП АЗУ n.

¾Разрядность ЯП АЗУ выбирается таким образом, чтобы можно было записать

номер ЯП ИЗУ и бит коммутации, БК + log2 n, где n – количество ЯП ИЗУ, которое соответствует числу КИ в ГТ.

ИЗУ

ИЗУ временного коммутатора может работать в двух эквивалентных по результату коммутации режимах:

Режим 1 (управление по входам) − запись кодовых слов из ВЦЛ в ИЗУ при произвольном доступе к ячейкам (по адресам из АЗУ) и упорядоченное считывание этих кодовых слов из ИЗУ в ИЦЛ при последовательном доступе к ячейкам ИЗУ;

Режим 2 (управление по выходам) − упорядоченная запись кодовых слов из ВЦЛ в ЯП ИЗУ при последовательном доступе к ячейкам ИЗУ, и считывание этих кодовых слов из ячеек ИЗУ в ИЦЛ при произвольном доступе к этим ячейкам (по адресам, получаемым из АЗУ).

Последовательный доступ к ячейкам ИП обеспечивается, как правило, счетчиком, а произвольный – адресами, получаемыми из АЗУ.

Каждое КС каждого КИ должно быть записано в информационную память (или считано) в течение одного цикла (Тц). Следовательно, чем больше КИ, тем больше должна быть скорость работы ИЗУ. Кроме этого, поступающие последовательно биты кодового слова требуют еще большего быстродействия ИЗУ для записи каждого бита.

Для повышения числа обслуживаемых каналов при том же быстродействии ИП запись и считывание кодовых слов производится в параллельном коде.

ПРИНЦИП РАБОТЫ БВК Режим 1. Запись − по адресу записанному в ЯП АЗУ

Адрес − N ЯП АЗУ − N КИ ВЛ

Содержимое ЯП АЗУ (данные) = БК+N КИ ИЛ Чтение − упорядочное под действием счетчика.

Режим 2. Запись − упорядочная.

Чтение − по адресу записанному в ЯП АЗУ Адрес − N ЯП АЗУ − N КИ ИЛ

Содержимое ЯП (данные) = БК N + КИ ВЛ

Блок пространственно-временной коммутации

Пространственно-временная коммутация − это перенос кодового слова из

любого КИ входящего ГТ в любой КИ исходящего ГТ.

Пример коммутации в БПВК: ГТ-0, КИ-1 − ГТ-1, КИ-3. Параметры ПВК N×n×r, где N − число ГТ, n − КИ, r − разрядность.

Направление А − ВЦЛ-0, КИ-1, ИЦЛ-1, КИ-3; Б − ВЦЛ-1, КИ-3 − ИЦЛ-0, КИ-1. Исполнительная часть − ИЗУ разделено на секции, число которых соответствует числу ГТ К секций ИЗУ = N. Каждая секция содержит n ЯП по числу КИ n ячеек = nКИ,

разрядность ЯП равна числу бит КС r ячеек ИЗУ = r КС. Емкость ИЗУ − S = N×n×r. Управляющая часть − АЗУ − односекционное Ксекций АЗУ = 1, состоящее из n×N

ячеек памяти К ячеек АЗУ = n×N. ЯП поделены на группы по числу КИ, а в каждой группе N ячеек по числу ГТ. Разрядность АЗУ (номер ГТ и КИ) r ячеек АЗУ = БК+log2N + log2n.

Принцип построения БПВК типа Вп

Возможен способ построения ЦКП, когда каскад пространственных коммутаторов отсутствует, а пространственная селекция ВЦЛ и ИЦЛ достигается за счет увеличения скорости переноса кодовых слов. Этот способ называется вторичным уплотнением или сверхуплотнением. Такие коммутационные поля называются Вп − временной коммутации с пространственной селекцией.

τi

Для получения каналов сверхуплотнения каждый КИ делят на N+2 отрезка, где N − число ГТ, а два отрезка времени отводятся для записи (tНАЧ) и считывания (tКОН).

Скорость работы схемы увеличивается во столько раз, сколько имеется линий. Каждый КИ разбивается на столько же вторичных интервалов.

Поле типа Вп строится по симметричной полнодоступной схеме без внутренних блокировок и число ВЦЛ равно числу ИЦЛ. По способу управления ЦКП Вп делятся на:

с управлением по выходам(входам).

При управлении по выходам:

−запись кодовых слов в ИЗУ производится одновременно для всех ВЦЛ,

−чтение выполняется последовательно для всех ИЦЛ по адресам из АЗУ.

Для управления по выходам − необходимо считать в регистры N кодовых слов. Каждая ячейка АЗУ в произвольном доступе получает информацию от блока управления. Это данные о номере ВЦЛ и входящем КИ, ИЦЛ и исходящем КИ.

Каждая ячейка АЗУ читается последовательно за время tКИ/N, где tКИ − длительность КИ, а N − число ВЦЛ.

Рассмотрим пример для трех КИ ПВК 32/32×8 N =32, n =32, r = 8

Три канальных интервала (τ0, τ1, поступающих в КИ-0 по всем 32 ВЛ.

−за 32 отрезка (tК = 0,11 мкс) происходит распределение кодовых слов КИ-0 в буферные регистры (БР) всех ИЦЛ;

−за tСЧ − происходит преобразование 8 бит из ПР/ПС;

τ2 − за τ2 последовательная выдача в ИЦЛ.

КИ-0 − прием τ0 − преобразование за τ1 − выдача τ2 КИ-31 − прием τ31 − преобразование за τ0 − выдача τ1.

Принципы широкополосной коммутации и построение асинхронных ЦКП

Коммутация пакетов предполагает, что передаваемые сообщения разбивается на небольшие части одинаковой длины , называемые пакетами. Каждому пакету присваивается адрес и порядковый номер в сообщении (рис. а). Пакеты передаются индивидуально через сеть по различным свободным каналам в любом порядке (рис. б). На приемном конце по адресу указаному в каждом пакете, они принимаются и записываются в ЗУ-1 в порядке поступления (рис. в), а затем сообщение собирается по номерам пакетов (рис. г) и передается в оконечное устройство.

2

Назначение пакетной коммутации – обслуживание разноскоростных потоков, которые переносят данные интерактивных телефонных соединений, высококачественного видео и другой информации. Скорость передачи может достигать 100 Мбит/с, что дает возможность устанавливать виртуальные соединения и корректировать полосу частот под конкретного пользователя. Современные аналитики отмечают, что будущее коммутации - за коммутацией пакетов, а именно за IPтелефонией, то есть передачей пакетов через Интернет.

Особенность коммутации пакетов – необходимость самостоятельной маршрутизации каждого пакета с помощью адресной информации, которая помещается в его заголовке.

Современные ЦСК кроме синхронных ЦКП с коммутацией каналов имеют также

широкополосные асинхронные цифровые коммутационные поля (ЦКП) построенные на принципах коммутации пакетов − быстрой коммутации пакетов FPS или асинхронного способа переноса АТМ или технологии Ethernet.

К асинхронным широкополосным ЦКП подключаются высокоскоростные тракты с инверсным или статистическим мультиплексированием по которым организована передача пакетов (по технологии FPS, АТМ, Ethernet). В каждом высокоскоростном тракте организуются виртуальные тракты (это группа виртуальных каналов в одном направлении) и виртуальные каналы (определяющие однонаправленную передачу пакетов). Идентификаторы виртуального тракта VP и виртуального канала VC хранятся в заголовке пакета.

Коммутация в широкополосном асинхронном ЦКП заключается в поиске выходного тракта и логического канала (определенных идентификаторами виртуального тракта VP и виртуального канала VC) и исходящих виртуального тракта и канала и на сопоставлении их с входным портом и виртуальным каналом. Т. о. в общем случае должна быть изменена и пространственная и временная координата. Поиск порта − это пространственная коммутация, обмен логическими каналами − временная. но в

отличии от пространственно-временной коммутации каналов в пакетных коммутаторах нет жестко установленных канальных интервалов, поэтому происходит «состязание» пакетов нескольких логических каналов за один канал. Этот конфликт решается буферизацией пакетов.

Асинхронные широкополосные ЦКП отличаются от ЦКП коммутации каналов

тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта. Процедура буферизации может организовываться на входе или выходе пакетного коммутатора, или организуется единый централизованный буфер.

Асинхронные широкополосные ЦКП могут быть реализованы как:

¾ЦКП с общей памятью,

¾ЦКП с общей средой,

¾ЦКП с пространственным разделением.

Коммутатор АТМ (АТМ-switch)

Асинхронный режим переноса (передачи) ATM заключается в транспортировании всех видов информации в пакетах фиксированной длины (ячейках - cell) с асинхронным мультиплексированием потоков ячеек от разных пользователей в общем скоростном цифровом тракте. Ячейка содержит 5 октетов заголовка и 48 -

информационного поля.

Ячейка АТМ

Цифровой тракт передачи

t

Основные преимущества и особенности ATM

1 Источники могут генерировать информацию с разными скоростями, процесс пакетированиязаключаетсявформированииячеекодинаковойдлины−53 байта.

2 Заголовок ячейки ATM (5 байт). Заголовок обеспечивает только идентификацию виртуального соединения, маршрутизацию ячеек и позволяет мультиплексировать разные виртуальные соединения в общем тракте. Заголовок, защищают от ошибок, чтобы не вызвать потерю ячейки или доставку не по адресу.

3 Информационное поле ячейки (48 байт). Относительно короткое с целью уменьшения объема буферов и длительностей задержек ячеек в узлах коммутации.

4 Возможность транспортирования любой информации независимо от пиковости нагрузки и требований к скорости передачи,.

5 Благодаря относительно коротким ячейкам и минимизации функций коммутации производительность коммутаторов ATM свыше 100 Гбит/с.

6 Передача ячеек ATM поддерживается любыми ЦСП (PDH, SDH).

7 Ориентация на соединение в сети АТМ (connection-oriented technique)..

Перед передачей информации устанавливается виртуальное соединение (виртуальный тракт VP и виртуальный канал VC. При этом проверяется достаточность ресурсов для качественного обслуживания виртуальных соединений (контролируются потери ячеек вследствие переполнения буферов коммутаторов ATM). Если ресурсов недостаточно, то

соединения не будет.

Виртуальный канал (определяется идентификатором VС) − обеспечивает однонаправленную передачу ячеек.

Виртуальный тракт (определяется идентификатором VP) представляет собоц группу смежных виртуальных каналов с однонаправленной передачей ячеек и одним

идентификатором VP.

Соединение ATM является сцепкой (concatenation) каналов ATM для передачи из конца в конец. Идентификаторы соединения (VPI и VCI) назначаются в заголовке пакета и остаются неизменными в течении всего соединения.

Структура ячеек ATM. Ячейка ATM имеет 5 октетов заголовка и 48 -

информационного поля. Октеты передаются в порядке нумерации. Биты каждого октета передаются в обратном порядке, начиная с восьмого. Для любого поля бит, переданный первым, является старшим (Most Significant Bit, MSB).

Поле GFC общего управления потоком определяет ограничения эффективной пропускной способности, задает процедуры управляемой передачи, обеспечивает разные уровни качества обслуживания QoS.

Поле VPI/VCI маршрутизации. В нем 24 бита: 8 для идентификатора виртуального тракта VPI, 16 - для идентификатора виртуального канала VCI. Есть определенные стандартные значения VCI и VPI для идентификации: ячеек с данными физического уровня; нерабочих (или неназначенных - unassigned) ячеек; виртуальных соединений сигнализации; потоков данных техэксплуатации ОAM. Биты полей VCI и VPI размещаются в позициях младших битов (начиная с бита 5 октета 2 для поля VPI и с бита 5 октета 4 для поля VCI. Неиспользуемые биты поля маршрутизации устанавливают в 0.

Поле РТ типа полезной нагрузки. Поле РТ (Payload Type) указывает, что ячейка содержит полезную нагрузку (информационное поле) - данные пользователя РТ =0 или информацию управления РТ=1.

Поле CLP приоритета потери ячейки. При перегрузках сети ячейки с битом CLP (Cell Loss Priority), = 1, сбрасываются раньше, чем с CLP = 0. Ячейки от источников с постоянной скоростью передачи должны иметь приоритет относительно источников с переменной скоростью. При переменной скорости ячейкам, потеря которых мало влияет на качествообслуживание, придаваться CLP = 1, а остальным CLP = 0.

Поле НЕС коррекции ошибок заголовка. На уровне ATM оно не заполняется и не проверяется (это функции физического уровня).

Коммутаторы с общей памятью.

В таком коммутаторе входные и выходные порты с числом портов равным N, оборудуются собственными контроллерами , непосредственно соединенными с общей памятью, доступной входным контроллерами для записи и выходными − для считывания.

Входной контроллер анализирует заголовок ячейки, определяет в какую очередь ее поместить и информирует об этом процессор коммутатора.

Процессор в каждом временном цикле должен обработать N входящих ячеек и выбрать для передачи N исходящих, поэтому скорость записи и считывания должна быть Nv, где v − это скорость обмена через порт.

Объем общей памяти определяется способом ее использования, числом портов и скоростью обмена. Память может разделяться на N секций, каждая для отдельной упорядоченной очереди, или предусматривать формирование произвольно размещаемых фрагментированных очередей, описываемых связанными списками адресов. В последнем случае нужен меньший объем памяти, а ячейки теряются только при полном ее заполнении.

Пс/Пр (Пр/Пс) − преобразователи из последовательного кода в параллельный и наоборот,

Пзаг − преобразователи заголовка, необходимые для определения модификации идентификаторов VPI и VCI заголовков каждой ячейки,

Блок пакетной коммутации, содержащий входной мультиплексор (МХ), буферную память и демультиплексор (ДМХ),

Контроллер, который имеет регистр адресов записи (РАЗ), регистр адресов считывания (РАС), на каждый из N связанных списков,

Буфер адресов (БА) используемых адресов памяти.

Коммутатор АТМ с общей памятью состоит из:

Для каждой входящей ячейки контролер определяет связанный список, в который ее надо поместить, соответственно модифицирует ее идентификаторы VCI и VPI с помощью Пзаг и опрашивает нужный РАЗ, откуда получает адрес свободной области памяти в которую и записывается ячейка. Одновременно активизируется база адресов − БА используемых областей памяти, которая выдает адрес новой свободной области, вследствие чего РАЗ и соответствующие указатели адресной цепочки получают новые значения. Аналогично в каждом канальном интервале для каждого связанного списка с помощью РАС определяется одна ячейка извлекаемая из буферной памяти и передаваемая в нужный выходной порт с одновременной коррекцией указателей адресов и содержания буфера адреса БА.

Такой коммутатор может обеспечить приоритетное обслуживание ячеек, для чего надо буферизовать ячейки, назначенные определенному выходному порту, в отдельных для каждого уровня приоритета связанных списках. При некоторой модификации коммутатора возможна и многоадресная передача ячеек. После установления виртуального многоадресного соединения в контроллере должна сохраняться соответствующая таблица многоадресной маршрутизации, используемая для записи нужного числа копий каждой ячейки в свои выходные очереди.

Для таких ячеек целесообразно иметь отдельный буфер, где они сохраняются, пока нужные копии не будут записаны в надлежащие области БП.

Принцип буферизации ячеек в буферной памяти

Возможно четыре варианта размещения буферов в коммутаторах ATM:

-входная буферизация — буферы организуются на входных портах неблокирующей структуры с пространственным разделением;

-выходная буферизация — буферы организуются в выходных портах структуры с разделяемой шиной;

-внутренняя буферизация — для структуры с пространственным разделением буферы устанавливаются внутри коммутационных элементов,

-рециркуляционная буферизация — используется рециркуляционный буфер, внешний к коммутационному полю, ячейки могут повторно проходить по полю с пространственным разделением, если несколько ячеек одновременно адресуется на один и тот же выходной порт.

Лекция № 5 − Сигнализация на местных телефонных сетях

Сигнализация − это совокупность линейных и управляющих сигналов, необходимых для установления, контроля и разъединения соединений.

Классификация сигналов:

Информационные сигналы − акустические, передаются из станционных приборов абонентам и информируют их для информации абонента об этапах установления соединения. К ним относятся:

9Сигнал посылки вызова f = 25 Гц, U = 95 В, длительность посылки 1-,1 с.

9Готовность станции, f = 425 Гц, непрерывный.

9Занято, f = 425 Гц, посылки и пауза 0,3-0,4 с.

9Контроль посылки вызова, f = 425 Гц, периодическая посылка.

Линейные сигналы − отмечают этапы установления соединения и действия абонентов: Передаются линейные сигналы между приборами разговорного тракта.

В прямом направлении передаются сигналы:

Сигнал занятия − посылается из ТА-А в АК (замыкание цепи постоянного тока).

Сигнал разъединения.

Сигнал отбоя абонента А − из ТА-А размыкание шлейфа. Т В обратном направлении:

Сигнал занято.

Сигнал ответа абонента А. Сигнал отбоя абонента Б.

Сигналы управления − используются для передачи адресной информации (из ТА в управляющее устройство или из одного УУ в другое УУ), а также для передач команд управления между управляющими устройствами в процессе установления соединения.

По АЛ передаются только цифры набранного номера абонента Б, а в случае использования DTMF − # и *.

Различают:

9абонентскую сигнализацию;

9внутристанционную сигнализацию;

9межстанционную сигнализацию.

Абонентская сигнализация − это сигнал на участке от оконечного пункта (от ТА абонента) до станции.

Линейные сигналы → занятие А → замыкание шлейфа

← ответ Б → замыкание шлейфа отбой А или Б − размыкание шлейфа

Сигналы управления − набор цифр номера. Сигналы управления в ТА могут выдаваться двумя способами − декадным кодом шлейфными импульсами (ДКШИ) и DTMF− многочастотным способом «2 из 8».

ДКШИ − периодическое размыкание и замыкание цепи постоянного тока (шлейфа АЛ), с помощью ИК номеронабирателя (передача), прием − импульсное реле АТС (регистр). ДКШИ используют для передачи адресной информации через АЛ. Параметры f = 10 имп/с, tр + tр = 100 мс, межсерийное время 600 мс.