10.3.2. Структура коммутационных полей станций и узлов

Пространственная коммутация. На любой станции (узле) сети с КК необходимо коммутировать (соединять) входящие линии или ка­налы СП с исходящими линиями (каналами). Совокупность элемен­тов, обеспечивающих коммутацию, назовем коммутационным полем (КП). Исторически первыми стали применять пространственные КП. В них коммутируемые цепи разделены в пространстве. Такие КП при­менялись на всех электромеханических автоматических телефонных (АТС) и телеграфных станциях и узлах. На станциях с программным управлением применяют КП, в которых используется как пространст­венное, так и временное разделение цепей (каналов). Простейшим коммутационным устройством КП является коммутатор. Коммутатор (рис. 10.8) - это коммутационная схема с n входами и m выходами. В точке пересечения входа с выходом может быть установлен комму­тационный элемент (КЭ) - металлический контакт или полупроводни­ковой переключатель. Если в квадратном коммутаторе n x n на пере­сечении всех входов с выходами установлены КЭ, то в нем всегда можно установить соединение заданного входа с любым свободным выходом. Коммутатор с таким свойством является неблокирующим, т.е. все его выходы доступны любому входу и даже при занятости n - 1 выходов последний свободный выход доступен входу. Если n > m, то в коммутаторе возникают блокировки.

Рис. 10.8. Схема коммутатора n x m и его символическое изображение

Рис. 10.9. Трехступенная (трехзвенная) коммутационная схема

Если к входам и выходам одного квадратного коммутатора N x N подключить абонентские линии одной АТС, то количество необходи­мых КЭ Q = N² - N(N - 1), так как КЭ по диагонали слева направо не нужны. Если число абонентских линий 8000, то количество КЭ в КП с од­ним коммутатором должно быть не менее 8 x 10³(8 x 10³ - 1) = 64 x 10⁶. Стоимость такого КП будет неприемлемо велика. Можно ли построить КП с существенно меньшим количеством КЭ при заданном количестве абонентов станции и с малыми (приемлемыми) потерями? Такой спо-соб существует. Он состоит в использовании многозвеньевых струк-тур, в которых коммутаторы соединены каскадно. Схема такого КП показана на рис. 10.9. В отечественной литературе она называется многоступенной, а чаще многозвенной.

Каждая ступень коммутации связана с совокупностью соедини­тельных путей (звеньев). Общее число КЭ в этой схеме существенно меньше, чем в схеме квадратного коммутатора с N-входами и N-­выходами:

Q = 2nm(N/n) + m(N/n)² = 2Nm + m(N/n)². (10.4)

Сравним выигрыш при использовании трехзвенной схемы по сравне­нию со схемой квадратного коммутатора N х N. Если N = 8000, n = 32, m = 16, тогда количество КЭ будет равно:

Q = 2 x 8000 x 16 + 16(8000/32)² = 256 x 10³ + 16 x 62.5 x 10³ = 318 x 10³.

Как видим, использование трехзвенной схемы с n = 32 и т = 16 по-зволяет уменьшить количество КЭ не менее чем в 200 раз.

Коммутационные поля современных ЦСК относятся к КП блоки-рующего типа, однако в них число звеньев и параметры коммутаторов выбирают такими, чтобы вероятность блокировки была очень мала (не больше 0,1 %).

Рис. 10.10. Формат цикла ЦСП с ИКМ и схематичное изображение временного разделения каналов

Трехзвенная схема может быть и неблокирующей, если будет вы­полнено условие: т – 2n - 1. Использование неблокирующих схем в ЦСК большого объема неэффективно, так как требует значительно большего количества КЭ, чем в блокирующих, при прочих равных ус­ловиях.

Временная коммутация. Как уже говорилось, в КП с пространст­венной коммутацией устанавливаются соединения линий (трактов), разделенных электрически (пространственно). Коммутаторы с про­странственной коммутацией используются как в электромеханиче­ских, так и в цифровых УК. Однако в цифровых УК применяется еще и временная коммутация, т.е. схемы с временном разделением кана­лов. Временное разделение может реализоваться, например, с по­мощью импульсно-кодовой модуляции. В ТФ-ОП России, как и в сетях Европы, используются тридцатиканальные ЦСП с ИКМ. В групповом тракте одного направления передачи (например, в двухпроводной кабельной физической линии) такой ЦСП организуется 30 разделен­ных во времени каналов (ВК) для передачи речевой информации или данных и 2 специальных канала. Схематично такое разделение 30 каналов, предоставляемых пользова­телям, показано на рис. 10.10. Комму­тационные поля цисрровых станций и узлов строятся с использованием про­странственно-временной коммутации. Последняя подобна пространственной. Подобие это состоит в следующем. Пусть для каждого ВК существует ячейка памяти, где код данных хранит­ся в течение цикла. На рис. 10.11 ячейки, закрепленные за одной линией ИКМ, показаны вертикальными линия­ми. Пусть также имеются промежуточ­ные линии (на рис. 10.11 это горизон­тальные линии), по которым содержимое любой ячейки может быть прочитано в любом нужном временном положении. Процесс такого считывания и называется временной ком-мутацией. Пример КП с пространственно-временной коммутацией по­казан на рис. 10.12. В ней на первой и третьей ступенях используется временная, а на второй - пространственная коммутация.

Рис. 10.12. Схема трехзвенного КП типа В-П-В

Тип коммутации, используемый в схеме рис. 10.12, называют «время-пространство-время» (В-П-В). Как и в схеме рис. 10.9, здесь числo входящих и исходящих каналов равно N. Эти каналы представ-лены в N/n входящих и исходящих линиях ИКМ. Работа такой комму-тационной схемы аналогична работе трехзвенной пространственной коммутационной схемы рис. 10.9. В пространственных коммутаторах 2-й ступени устанавливаются соединения временных каналов исходящих и входящих линий ИКМ.

Это значит, что КЭ, разделенные в пространстве и установлен­ные на пересечении вертикали с горизонталью, должны открывать-ся в выбранном свободном временном положении коммутации. Свободное временное положение коммутации выбирается управ-ляющим устройством, оно же обеспечивает считыванием кода дан­ных из требуемой ячейки (например, 2-й) информационной памяти входящей линии ИКМ (например, 1-й) в ячейку (например, л) ин­формационной памяти некоторой исходящей линии ИКМ (напри-мер, N/n-й).