11.6. Принципы построения коммутационных полей коммутационные блоки и ступени искания

Коммутационное поле (КП) обычно строится из отдельных частей. На рис. 11.8 показано КП, состоящее их трех частей: A, B и C, в котором осуществляется соединение N входов с М выходами через внутристанционные линии V1 и V2. Во входы и выходы КП включают соответственно входящие и исходящие линии.

Рис.11.8. Структура коммутационного поля

В части A осуществляется переход от большого числа мало-используемых входов (например, АЛ) N к меньшему числу внутри-станционных линий V1 с более высоким использованием, поскольку они являются линиями коллективного пользования для всех N входов и предоставляются им по мере необходимости в установлении соединения. В части B КП внутристанционные линии V1 коммутируются с V2, и в части C осуществляется переход от V2 внутристанционных линий к требуемому числу выходов М, причем N > V1; V1  V2; V2 < M.

Если на каждой из приведенных на рис.11.8 частей КП соединение устанавливается независимо от наличия соединительных путей к требуемому выходу в последующих частях КП, указанные части КП называются ступенями искания. Ступени искания, в свою очередь, состоят из соединенных между собой однотипных коммутационных блоков (КБ), под которым понимают совокупность коммутационных приборов, имеющих общие выходы.

Объединением входов и выходов коммутационных приборов можно получить коммутационные блоки с требуемыми параметрами для построения КП или его отдельных частей. Для этого могут выполняться операции: объединение входов, объединение выходов и последовательное соединение коммутационных приборов. В коммутационном блоке включение выходов по отношению к входам может быть полнодоступным или неполнодоступным. Полнодоступным включением называют такое, при котором любой вход блока может быть соединен с любым свободным выходом. Если вход можно соединить только с частью определенных выходов блока, то такое включение называется неполнодоступным. Число выходов блока, с которыми вход блока может получить соединение, называется доступностью.

В результате операций объединения входов или выходов коммутационных приборов получаются так называемые однозвенные коммутационные блоки, т.е. между входом и выходом КБ присутствует одна точка коммутации. Для повышения надежности КБ может использоваться операция одновременного объединения входов и выходов коммутационных приборов.

Многозвенные коммутационные блоки образуются путем последовательного соединения выходов одних коммутационных приборов со входами других.

Рис.11.9. Схемы коммутаторов (nm): а – на приборах типа (11); б – на приборах типа (1m); в – на приборе типа n(1m); г – на приборе типа (nm)

Простейшим коммутационным блоком является однозвенный полнодоступный блок, в котором любой вход имеет доступ к любому выходу. Такой блок называется коммутатором. Коммутатор может быть построен на коммутационных приборах любого типа объединением входов и выходов. Для построения коммутатора на приборах типа (11) требуется nm приборов. Для образования n входов у каждой группы из т приборов объединяются входы. Одноименные выходы всех групп объединяются для получения т общих выходов из блока (рис. 11.9, а). Для получения коммутатора посредством приборов типа (1m) потребуется n приборов, у которых объединяются выходы (рис.11.9, б). Коммутатор на приборе типа n(1m) получается путем объединения одноименных выходов (рис. 11.9, в). Коммутационный прибор типа (nm) является коммутатором (рис.11.9, г).

ОДНОЗВЕННЫЕ СТУПЕНИ ИСКАНИЯ

Коммутационное поле строится из отдельных коммутационных блоков, которые, в свою очередь, могут объединяться в более крупные блоки, а последние – в ступени искания. Совокупность ступеней искания образуют коммутационное поле. По функциональному назначению ступени искания подразделяются на ступени линейного, предварительного и группового искания.

Рис.11.10. Структурная схема АТС на 10 номеров: а – развернутая; б – условное обозначение

Режим искания, при котором производится поиск конкретной абонентской линии по командам управляющего устройства АТС, называется линейным, а соответствующая ступень – ступенью линейного искания (ЛИ). В качестве примера можно привести АТС на 10 номеров на основе ШИ-10. Как известно, ШИ представляет собой прибор типа (1m). Коммутационное поле такой АТС будет состоять из одной ступени линейного искания. Для ее построения потребуется 10 приборов (линейных искателей) типа ШИ-10. При этом абонентская линия подключается ко входу соответствующего ШИ и ко всем одноименным выходам всех ШИ. Например, абонентская линия №3 будет подключена ко входу 3-го ШИ и к 3-м выходам всех ШИ. На рис.11.10 показана структурная схема такой АТС и соответствующее обозначение.

Для построения АТС большей емкости, например на 100 номеров, потребуется 100 коммутационных приборов типа (1m) при m = 100, например ДШИ-100, и т.д. Однако построение АТС, при котором для каждой АЛ устанавливается искатель большой емкости, является неэкономичным, поскольку потребует большого числа дорогих искателей, причем каждый из них будет иметь весьма малый коэффициент использования.

Кроме того, как показывает практика в зависимости от числа вызовов от абонентов и продолжительности разговоров могут потребоваться одновременные соединения, число которых составит 10–15% общего числа абонентов АТС. Поэтому для обслуживания, например, 100 абонентов достаточно иметь 10-15 100-линейных искателей. При этом следует предусмотреть возможность использования абонентом любого из свободных искателей, т.е. необходимо сделать искатели приборами коллективного пользования. Для этого применяются так называемые искатели вызова (ИВ), которые совместно с ЛИ образуют шнуровую пару ИВ-ЛИ. Число таких пар составляет 10…15% емкости АТС. Таким образом, для построения АТС на 100 номеров понадобится не 100 ДШИ, как в предыдущем случае одной ступени линейного искания, а только 20. Упрощенная схема АТС на основе шнуровых пар ИВ-ЛИ показана на рис.11.11.

Рис.11.11. Условное обозначение АТС со ступенями ИВ и ЛИ

Процесс установления соединения протекает следующим образом. При снятии абонентом микротелефонной трубки ИВ свободной шнуровой пары отыскивает в своем поле линию этого (вызывающего) абонента. Данный поиск (искание) называют свободным. Кроме того, поскольку искание осуществляется до набора вызываемого абонента, оно называется предварительным или предысканием. В данном случае применено так называемое обратное предыскание, поскольку процесс установления соединения протекает от свободного ИВ к АЛ вызывающего абонента. После приема номера происходит процесс линейного искания АЛ вызываемого абонента также, как в АТС с одной ступенью ЛИ.

Наряду с обратным используется прямое предыскание, протекающее от АЛ вызывающего абонента к ступени ЛИ. В этом случае за каждой АЛ закрепляется искатель малой емкости (на 10-15 линий), вместе образующие так называемый предварительный искатель (ПИ) или просто предыскатель. В контактное поле предыскателя включаются входы ЛИ. Упрощенная схема АТС с прямым предысканием показана на рис.11.12. Использование схемы с прямым предысканием для построения АТС, например, на 100 номеров позволяет применить только 10 ДШИ-100 и 10 ШИ-10 вместо 20 ДШИ-100 при схеме с обратным исканием или 100 ДШИ-100 в случае одной ступени линейного искания.

Рис.11.12. Условное обозначение АТС со ступенями ПИ и ЛИ

При одинаковом количестве абонентов АТС с обратным предысканием выгодно применять при малой удельной нагрузке в ЧНН на одну абонентскую линию, АТС с прямым предысканием – при средних значениях удельной нагрузки – и вариант без ступени предыскания – при высоких значениях.

Емкость рассмотренных схем построения АТС ограничивается емкостью контактного поля базового коммутационного прибора. Например, если используется ДШИ-100, то емкость АТС при любой схеме не будет превышать 100 АЛ. Применение коммутационных приборов большей емкости экономически неоправданно. Кроме того, емкость современных телефонных сетей может составлять десятки миллионов номеров.

Способ группового искания позволяет построить АТС, имеющие неограниченную емкость, на основе коммутационных приборов с относительно небольшой емкостью контактного поля. На АТС, емкость которой превышает емкость контактного поля искателей, т.е. N > m, где N – емкость АТС, а т – емкость контактного поля искателя, все АЛ разбиваются на группы по т линий в каждой. Для выбора группы, в которой находится нужная линия, устанавливается специальный прибор – групповой искатель (ГИ); совокупность этих приборов называется ступенью группового искания.

Рассмотрим принцип группообразования на примере АТС емкостью N = 1000 номеров (рис.11.13). Нумерация АЛ-трехзначная. В такой АТС 1000 АЛ разбиваются на 10 групп по 100 АЛ. На каждую группу устанавливается зависящее от нагрузки и доступности число ЛИ – в рассматриваемом случае 10. В контактное поле каждого ЛИ многократно включаются 100 АЛ. Каждая группа ЛИ представляет собой однозвенный коммутационный блок на 10 входов и 100 выходов. Для выбора требуемой группы на АТС устанавливается ступень ГИ, представляющая собой коммутатор на 100 входов и 100 выходов. Поле ступени ГИ разбито на 10 направлений с доступностью в каждом D=10. В качестве групп ПИ используются однозвенные коммутационные блоки на 100 входов и 10 выходов.

Рис. 11.13. Функциональная схема АТС на 1000 номеров: а – развернутая; б – упрощенная

Соединение устанавливается следующим образом. При вызове соответствующая группа ПИ отыскивает один свободный из 10 входов ГИ. Первая цифра номера вызываемого абонента определяет требуемую группу выходов ГИ. В пределах требуемой группы выбирается одна из свободных линий, тем самым осуществляется подключение ко входу ступени ЛИ. После набора второй и третьей цифры номера вызываемого абонента происходит линейное искание в ступени ЛИ, на чем установление соединения завершается.

Типовая емкость АТС городских телефонных сетей составляет 10000 номеров (нумерация АЛ в пределах АТС – 4-значная). Для обеспечения этой емкости в АТС вводится вторая ступень группового искания (рис. 11.14). Первая цифра определяет выбор первой ступенью ГИ (1ГИ) тысячной группы, вторая – ступенью ПГИ сотенной группы и последние две цифры поступают на ЛИ для отыскания АЛ вызываемого абонента в данной сотенной группе. Функции 1ГИ и ИГИ по отысканию линий полностью совпадают.

Рис.11.14. Условное обозначение АТС с двумя ступенями ГИ

При требуемой емкости телефонной сети более 10 тыс. номеров дальнейшее увеличение емкости АТС обычно не производят. В этом случае сеть строят районированно, т.е. не одну АТС, а несколько.

МНОГОЗВЕННЫЕ СТУПЕНИ ИСКАНИЯ

На основе анализа структур коммутационных блоков можно сделать вывод, что чем меньше доступность коммутационного прибора, тем больше таких приборов необходимо для построения коммутационного блока, имеющего большую доступность. Например, для получения блока 100100 на основе приборов (11) (например, реле) потребуется 10000 таких приборов (см. рис. 11.9, а), а для построения такого же блока на основе приборов типа (1m) (например, ДШИ-100) – только 100 приборов (см. рис.11.9, б). При использовании МКС (тип прибора n(1m) с 10 вертикалями по 10 выходов в каждой) потребуется также 100 МКС.

Однако на этих же приборах блок 100100 можно построить более экономично, если использовать операцию последовательного соединения коммутационных приборов и коммутационных блоков. Такие коммутационные блоки называются двухзвенными. При использовании двухзвенных блоков существенно уменьшается число коммутационных приборов для их построения, следовательно, снижается стоимость коммутационного узла в целом. Однако меняются возможности блока по установлению соединений между входами и выходами. Однозвенные блоки (см. рис.11.9) являются полнодоступными, отказ в установлении соединения возможен в случае большего числа входов, чем выходов, и занятости всех выходов.

В двухзвенных блоках доступность входов по отношению к выходам непостоянна и изменяется по мере увеличения числа установленных соединений, т.е. занятостью промежуточных линий (ПЛ). Невозможность установления нового соединения из-за занятости ПЛ называется внутренней блокировкой. Для уменьшения внутренних блокировок могут использоваться следующие способы:

• увеличение числа ПЛ между звеньями;

• увеличение числа звеньев;

• обусловленное искание;

• перестроение в коммутационных блоках;

• внутриблочные обходы.

Кроме того, могут применяться неблокирующие трехзвенные коммутационные блоки, представляющие собой специальные структуры. Их использование становится более целесообразным по сравнению с использованием однозвенных схем начиная с 36 входов и выходов блока.

Многозвенные блоки для построения КП нашли широкое применение в координатных и квазиэлектронных АТС.

При построении коммутационных полей электронных АТС (АТСЭ) используются способы пространственной и временной коммутации. Электронные коммутационные поля обладают на текущий момент наилучшими эксплуатационными показателями.

ВРЕМЕННЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ ПОЛЯ

Одним из наиболее распространенных способов построения временных коммутационных полей является использование разделяемой высокоскоростной шины (магистрали) (рис.11.15). Входные устройства осуществляют необходимые преобразования входящих сигналов: аналого-цифровое для аналоговых сигналов или согласование скоростей для цифровых входных сигналах. На основе некоторого правила арбитража шины (например, на основе ярлыков, как показано на рис.11.15) происходит ее совместное использование. Выходные устройства (фильтры ярлыков, выходные буферы) выполняют обратное преобразование сигналов.

Другим популярным способом построения временных коммутационных полей является использование разделяемой памяти (рис. 11.16). Назначение входных и выходных устройств аналогично рассмотренному на рис.11.15. В качестве разделяемого ресурса выступает высокоскоростная память с возможностью одновременной записи и чтения.

Рис.11.15. Схема временного коммутационного поля на основе разделяемой магистрали

В общем случае процесс коммутации требует изменения как временной, так и пространственной позиции, поэтому на практике ступени временной и пространственной коммутации комбинируют, например, в виде структуры коммутационного поля «время-пространство-время».

Рис.11.16. Схема временного коммутационного поля на основе разделяемой памяти