Аппаратные средства коммутации

Системы коммутации. Первое телефонное коммутационное оборудование обслуживалось операторами, которые производили переключения вручную. Операторы спрашивали у абонента номер, с которым он просил соединить, а затем устанавливали соединение с помощью штекеров.

Дальнейшее развитие систем связи привело к совершенствованию и коммутационных средств, которые можно рассматривать как некую систему коммутации. Структура такой системы приведена на рис.1. В соответствии с этим рисунком система коммутации состоит из блоков: сигнализации 1 и 2, управления, коммутации (блока матрицы элементов коммутации) и синхронизации. 

Функция блока “сигнализация 1” – прием по входящим линиям сигналов состояний системы коммутации и сигналов управления коммутацией - (сигнальной информации), а также передача сигналов управления в блок управления. Блок “сигнализация 2” осуществляет передачу в исходящие линии управляющих сигналов – (сигнальной информации), поступающих от устройства управления.

       Блок “управление” обрабатывает входящую сигнальную информацию и в соответствии с этой информацией устанавливает соединения в матрице элементов коммутации.

       Синхронизатор осуществляет формирование шкалы синхронизации и обеспечение блока управления необходимыми синхронизирующими импульсами. Синхронизатор осуществляет, кроме того, синхронизацию “местной шкалы” со шкалами других систем коммутации.

Матрица элементов коммутации представляет собой набор элементов коммутации, используемых для установления соединений между входящими и исходящими линиями. Элементы коммутации изменяют как физическую структуру, так и характеристики в процессе совершенствования технологии производства коммутационного оборудования. До ввода в эксплуатацию цифровых электронных коммутаторов (до 70-х годов прошлого столетия) применяли в основном два типа электромеханических коммутаторов: шаговые искатели и многократные координатные соединители. Коммутационные элементы шаговых искателей представляют собой щеточные контакты, которые двигаются в соответствии с импульсами набора номера. Как только импульсы от первой цифры набора номера поступают в коммутатор, вертикальная щетка “шагает” к горизонтальному ряду, соответствующему этой цифре. Далее щетка движется по горизонтали пока не найдет свободную линию следующей ступени коммутации.

Координатные соединители используют общее управление: блок управления получает сразу весь адрес и далее этот блок осуществляет коммутации соответствующих линий. Причем элементы коммутации представляют собой не щеточные контакты, а прижимные с электромагнитами, позволяющими установить и удерживать соединения в течение всего времени сеанса связи. При размыкании цепи отсутствие тока приводит к автоматическому освобождению точки коммутации.

Шаговые искатели и координатные соединители использовали электромеханические компоненты как для коммутационной матрицы, так и для элементов управления. Такие электромеханические компоненты имеют ограниченный временной ресурс работы и не способны к модификации управления в процессе модернизации.

Последующие модификации систем коммутации реализуют компьютерное управление (построение блока управления на основе компьютерных принципов) с переходом к элементам коммутации вначале (до 1976 года) в виде электромеханических гирконовых реле и далее – к полностью электронным матрицам элементов коммутации (начиная с 1976 года).

 

      

Рис.1 Компоненты системы коммутации

                       

       3.1 Пространственная коммутация. Графы Ли. Метод Якобеуса

Однозвенная коммутация.

Схематически простейшую коммутационную структуру можно представить в виде прямоугольной решетки, составленной из точек коммутации так, как показано на рис. 2.               

                           Рис 2. Простейшая коммуникационная структура

 

Эта коммутационная схема может быть использована для соединения любого из N входов с любым из М выходов. Если ко входам и выходам подсоединены двухпроводные цепи, то на каждое соединение требуется только одна точка коммутации.

Прямоугольные решетчатые структуры рис.2 проектируются таким образом, чтобы обеспечивать только межгрупповые (транзитные) соединения, т. е. соединения одного вида: от группы входов к группе выходов. Такой способ работы может найти применение в ряде случаев, в частности:

1) на удаленных концентраторах;

2) на распределителях вызовов;

3) на оконечных станциях или учрежденческих телефонных станциях (УТС) при установлении транзитных соединений;

4) на отдельных звеньях многозвенных коммутационных схем.

Схемы с неполнодоступным включением. В большинстве перечисленных случаев требование обеспечения возможности установления соединения любого входа с любым выходом не является обязательным. В таких случаях говорят об "ограниченной доступности". Переход к схемам с ограниченной доступностью позволяет получить значительную экономию точек коммутации.

Пример схемы неполнодоступного включения приведен на рис. 3. Заметим, что, если соединение входов с выходами осуществляется продуманно, то отрицательный эффект ограниченной доступности минимизируется. Например, если требуется соединить входы 1 и 8 на схеме рис.2 с группой выходов, то следует выбрать выходы 1 и 3, а не 1 и 4 с тем, чтобы избежать 6локировки входа 2.

Коммутационные схемы с неполнодоступным включением выходов часто используются для организации доступа на электромеханических станциях, где стоимость точки коммутации достаточно высока и размеры отдельных коммутационных модулей ограничены. Неполнодоступное включение используется также на отдельных звеньях коммутации многозвенных коммутационных схем большой емкости, где существует более одного пути к любому заданному выходу.  

 

Рис. 3 Пример схемы неполнодоступного включения

 

Для установления внутригрупповых соединений необходимо, чтобы каждая линия из группы могла быть соединена с любой другой из этой группы. На рис.4 приведены две коммутационные структуры, которые можно использовать для установления всех возможных взаимных соединений двухпроводных линий.         

Пунктирные линии указывают на то, что соответствующие входы и выходы коммутационной схемы соединены друг с другом. Обе структуры на рис.4 позволяют установить любое соединение путем выбора одной точки коммутации. Однако квадратная коммутационная схема, которая называется также двусторонней, позволяет любое соединение устанавливать двумя путями. Например, если требуется соединить входящую линию i с входящей линией j, то соответствующая точка коммутации может быть выбрана либо на пересечении входа i с выходом j либо на пересечении входа j с выходом i. Ради простоты точки коммутации будем обозначать соответственно как (i,j) и (j,i). Обычно включается точка коммутации (i, j), если требует обслуживания вход i, и точка (j,i), если требует обслуживания вход j.           

В треугольной коммутационной схеме на рис.4 исключены все избыточные точки коммутации. Однако уменьшение числа точек коммутации не обходится без усложнений. До того, как установить соединение между входом i коммутационного устройства и входом j элемент управления коммутационного устройства должен определить, что больше по величине — i или j. Если окажется, что больше i, то выбирается точка коммутации (i,j). Если же окажется, что i меньше, то должна быть выбрана точка коммутации (j, i). При использовании ЭВМ для управления процессом коммутации сравнение номеров линий не представляет существенной добавки к общей загрузке машины. Однако в более старых системах с электромеханическими управляемыми коммутационными устройствами дополнительно вносимое усложнение управляющего устройства оказывается весьма существенным.

       Коммутационные системы для четырехпроводных цепей требуют установления раздельных соединений — для прямой и обратной ветви цепи передачи.

 

 

Рис. 4 Примеры схем с возможностью обеспечения всех возможных соединений

 

 Коммутация для дуплексной связи. На рис. 5 приведена структура квадратной коммутационной схемы, используемой для установления обоих соединений. Эта структура идентична структуре квадратной матрицы, показанной на рис.2 для случая коммутации двухпроводных цепей.

                       

Рис.5 Структурная схема коммутации четырехпроводной линии

         

                       

При установлении соединения между четырехпроводными цепями i и j в коммутационной схеме на рис.5 должны включаться обе точки коммутации: и (i,j), и (j, i). При реальной работе системы эти две точки коммутации могут включаться согласованно. Их можно выполнить в виде некоторого единого модуля.