2.3 Диаграмма обмена сигналами в системах коммутации
Кроме канала для передачи информации между каждым терминалом и коммутационной станцией имеется также двухсторонний тракт для обмена сигналами управления. В большинстве реально существующих коммутационных систем для обоих цепей используется один и тот же физический канал.
Первым шагом в разработке любой коммутационной системы является рассмотрение совокупности сигналов управления для обмена служебной информацией между терминалом и коммутационной системой. Эта информация переносится в виде сигналов, закодированных определенным способом: в случае аналоговых телефонных систем – в амплитуде и частоте синусоидального напряжения, в цифровых системах передачи данных – в двоичных кодовых комбинациях.
Р
ассмотрим
основной набор сигналов для терминала,
применяемый в вызывающем или вызываемом
режиме работы (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Диаграмма обмена сигналами
В вызывающем режиме пользователь терминала, желающий передать сообщение, должен, во-первых, передать системе сигнал «Занятие» (1), т.е. сигнал о том, что вызывающий терминал занят. Это реализуется замыканием шлейфа телефонного аппарата (ТА), при котором изменяется величина тока питания ТА и абонентской линии (АЛ). Обычно система реагирует на поступление этого сигнала передачей сигнала «Ответ» (2), означающий готовность станции к обслуживанию вызова, проявляющийся в виде гудка с частотой 425 Гц. Во-вторых, передать системе «Адресный сигнал» о маршруте соединения (3), а система коммутации отвечает сигналами «Состояние» (4), например, «линия занята», «номер поврежден», «линия свободна», «ответ линии».
После передачи информации терминал посылает в систему в прямом направлении сигнал «Отбоя» (7). Понятие «прямое» или «обратное» вводится по отношению к направлению передачи, причем прямым считается направление от вызывающего терминала к вызываемому.
В вызываемом режиме терминалу посылается из системы сигнал «Занятие» (5), а реакцией на него после снятия трубки телефонного аппарата будет сигнал «Ответ» (6). В конце периода связи система коммутации посылает сигнал «Отбой» (8) в прямом направлении, чтобы сообщить вызываемому терминалу об окончании соединения, если вызывающий абонент первым указывает, что связь окончена.
Сигнал «Отбой» (9) посылается в обратном направлении от вызываемого терминала к системе коммутации и от системы коммутации к вызывающему абоненту (10), если пользователь вызываемого терминала первым указывает на то, что связь окончена.
Выше описаны основные управляющие сигналы, обычно таких сигналов в системе коммутации около 100.
2.4 Централизованные системы коммутации
Простым способом построения системы коммутации является способ, при котором каждое оконечное устройство (терминал) имеет прямую линию связи с каждым другим терминалом (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Способ построения системы коммутации “каждый с каждым”
Для работы каждого терминала необходимы переключатели для подключения его к требуемой линии при исходящей связи и получения входящего вызова. При такой структуре для N терминалов потребуется N(N–1)/2 линий.
Другой способ построения сети, при котором требуется только N линий, состоит в том, чтобы предоставить каждому терминалу по одной линии и устроить так, чтобы все другие терминалы имели к ней доступ (рис. 2.5).
Такой способ удобен для некоторых систем, например, домовых телефонных станций, систем внутренней связи, в которых имеется небольшое число терминалов, близко расположенных друг с другом.
Другим примером сети, построенной по выше приведенному способу, является радиотелефонная сеть, в которой каждому терминалу присваивается своя частота. Для установления соединения передатчик вызывающего пункта должен быть настроен на частоту вызываемого пункта.
С ростом числа терминалов или увеличением их географической рассредоточенности растут затраты на прокладку кабелей, что делает такой способ построения сети экономически неэффективным.
Рис. 2.5. Способ построения системы коммутации с N линиями
В большинстве применяемых на практике коммутируемых сетей обычно оказывается более выгодным соединить каждый терминал с центральным пунктом и всю коммутацию осуществить в таком пункте (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Способ построения системы коммутации с центральной станцией
При этом сокращаются затраты на средства передачи в сети (протяженность линий уменьшаются). Однако узел коммутации должен дистанционно управляется из терминала, а это приводит к увеличению затрат на коммутацию.
Общую стоимость средств передачи можно далее снизить, если вместо одной построить несколько станций коммутации (рис. 2.7). В этом случае уменьшится средняя длина линии связи между терминалом и ближайшей к нему станцией.
Рис. 2.7. Способ построения системы коммутации на основе двух станций
Местные коммутационные станции должны быть связаны между собой линиями передачи, которые обычно называют соединительными линиями (СЛ).
Физически абонентские и соединительные линии могут быть одинаковыми, но отличие заключается в сигналах, передаваемых по этим линиям. Число соединительных линий может быть во много раз меньше числа терминалов.
Таким образом, увеличение числа коммутационных станций снижает общие затраты на средства передачи сети. Однако с увеличением числа коммутационных станций затраты на коммутацию растут по двум причинам:
– местные станции становятся более сложными, потому что должны принимать решения о выборе маршрутов установления соединения к другой станции, а также потому, что станции, участвующие в соединении, должны обмениваться информацией;
– экономия от укрупнения теряется при повышении числа местных станций, так как две станции с половинным объемом оборудования каждая, стоят дороже, чем одна станция единичного объема.
В настоящее время используются, так называемые, иерархические системы коммутации, в которых объединение коммутационных станций и узлов осуществляются на нескольких уровнях (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Способ построения иерархической системы коммутации
В общем случае существует некоторое оптимальное число местных станций, при котором достается максимальная экономия. Определение оптимальной структуры системы коммутации осуществляется с помощью теории телетрафика.