Изменение порядка следования одного канального интервала исходящей ИКМ линии по сравнению с входящей означает передачу речевой информации от одного абонента к другому (см. рисунок 2.1). В этом заключается принцип временной коммутации (иногда говорят о перестановке канальных интервалов или перемещении информации из канала в канал).

Использование векторного представления цифровой коммутации (см. рисунок 2.2), в координатах пространство-время позволяет несколько по-иному описать принцип временной коммутации. Если предположить ортогональность преобразований временной и пространственной координат цифрового сигнала, то получим выражение:

.

Для временной коммутации ψ(s)=0. Операция ψ(т) является просто операцией задержки определенного кодового слова на заданное время.

Недостатком модуля временной коммутации является то, что он способен коммутировать каналы только одной цифровой линии. Поэтому для коммутации N ИКМ линий необходимо N модулей. А для организации соединения между собой разных ИКМ линий последовательно с ним необходимо включение дополнительного оборудования – блоков пространственной  или пространственно-временной коммутации.

Принцип преобразования пространственной координаты цифрового сигнала (принцип пространственной коммутации)

Блок или модуль цифрового коммутационного поля, осуществляющий пространственную коммутацию цифрового сигнала называется пространственной ступенью коммутации или S–ступенью (от space- пространство) [1, 2, 3].

Суть преобразования пространственной координаты цифровых сигналов состоит в том, чтобы переместить данный канальный интервал из одной ИКМ линию в другую с сохранением порядка следования канального интервала в структурах цикла обеих линий (см. рисунок 2.3).

Векторное представление такого преобразования показано на рисунке 2.4. В этом случае вновь предполагается ортогональность преобразований

временной и пространственной координат цифрового сигнала:

Цифровые КП, построенные на модулях пространственной коммутации, очень широко использовались на первых этапах создания цифровых АТС, ввиду простоты исполнения и недорогой реализации. Однако недостаток пространственного коммутатора, в котором коммутируется только один одноименный канал всех входящих и исходящих ИКМ линий (что означает блокировки при соединении разноименных каналов), привел к тому, что в настоящее время эти модули используются только в сочетании с коммутационными модулями других типов.

Принцип пространственно-временной коммутации

Блок или модуль реализующий пространственно-временное преобразование координат цифрового сигнала, называется S/T– ступенью.

Суть преобразования пространственно-временной координаты цифровых сигналов состоит в том, чтобы переместить заданный канальный интервал из одной ИКМ линию в другую с изменением порядка следования канального интервала в структурах цикла обеих линий (см. рисунок 2.5) [1, 2, 3].

Рисунок 2.5- Иллюстрация принципа пространственно-временной коммутации

Векторное представление пространственно-временной коммутации показано на рисунке 2.6. Блок, реализующий этот принцип, является единым конструктивным блоком. Поэтому ψ(s,т) нельзя представить суммой ортогональных преобразований ψ(т) и ψ(s).

Рисунок 2.6- Векторное представление пространственно-временной коммутации

3 Лекция. Синтез цифрового модуля пространственно-временной коммутации каналов

Цель лекции: изучение студентами методов структурного синтеза МПВК.

Содержание:

-          структурирование процесса цифровой коммутации каналов;

-          методы структурного синтеза МПВК;

-          коммутационный модуль системы S12 и его особенности.

Структурирование процесса цифровой коммутации каналов

Реализовать процесс коммутации можно как на отдельных блоках пространственной и временной коммутации цифровых каналов, так и на универсальных модулях пространственно-временной коммутации МПВК. Реализация этого возможна не только на универсальных, но и на специализированных БИС, в том числе и с настраиваемой структурой [1, 2, 6].

В настоящее время существуют различные способы структурирования процесса пространственно-временной коммутации, каждый из которых определяет метод синтеза модуля МПВК.

Рассмотрим процесс коммутации на примере. Пусть требуется скоммутировать два канала k_i и k_j

k_i (S₁^вх,t_i) ® k_j (S_м^исх,t_j),

где i=1,C₁ ; j=1,C₂ , S₁,S_м Î S,t_i , t_j Î T.

Распишем процесс коммутации  для каждого варианта структуры

1. Ф=j_sj_t,

k_i(S₁^вх,t_i) ® k_j(S_м^пл,t_j).

k_i(S₁^пл,t_i) ® k_j(S_м^исх,t_j).

2. Ф=j_tj_S,

k_i(S₁^вх,t_i) ® k_j(S₁^пл,t_j).

k_j(S₁^пл,t_j) ® k_j(S_м^исх,t_j).

3. Комбинированная коммутация осуществляется путем двойного эквивалентного преобразования (фиксированного); пространственной координаты S_iÎS в дополнительную временную t_giÎT_g  -преобразование j_s⁰_®t  и обратное преобразование j_t⁰_®s. При этом выполняется однозначное соответствие           

S_i « t_gi , S « T_g.

Тогда процесс коммутации протекает так

Ф=j0s_®t j_t j⁰_t®s,

k_i(S_i^их,t_i) ® k_n(t_gl^вх,t_i),

k_n(t_gl^вх,t_i) ® k_m(t_gм^исх,t_j),

k_i(t_gм^исх,t_i) ® k_j(S_м^исх,t_i) ® k_j(S_м^исх,t_j).

Легко видеть, что фиксированное преобразование j⁰_s®t описывает процесс мультиплексирования (каналообразования в соединительном сверхтракте), а преобразование j⁰_t®s   - процесс демультиплексирования.

Методы структурного синтеза МПВК

Методы структурного синтеза модуля пространственно-временной коммутации цифровых каналов определяются во многом возможностями технологии. При построении МПВК на базе универсальных интегральных схем (ИС) средней и большой степени интеграции все преобразования (во времени, в про­странстве, параллельно-последовательное и обратное, мультиплексирование и демультиплексирование) выполняются в отдельных функциональных узлах, объединяемых в схему в соответствии с реализуемым процессом [1, 6].

На рисунке 3.1 приведены три базовые структуры МПВК, которые положены в основу коммутационных модулей цифровых систем коммутации. Первая структура реализует последовательность (S-Т), вторая (Т-S), третья {(Т/S)Т(Т/S)}. Каждая из них с той или иной модификацией нашла применение в конкретных системах. Рассмотрим некоторые из них.

Рисунок 3.1- Коммутационный модуль системы ЭАТС-200

Модуль реализует процесс Ф=j_tj_S на множестве цифровых кана­лов N = 1024, образованных в n= 32 цифровых трактов ИКМ по 32 ка­нала в каждом. Учитывая уровень технологии на этапе разработки системы ЭАТС-200, был принят параллельный способ ввода информации в ОЗУ, поэтому на входе и выходе модуля устанавливаются устройства последовательно-параллельного и параллельно-последовательного преобразования соответственно.

Рассмотрим реализацию коммутационных процессов в модуле: вре­менное преобразование j_t осуществляется в памяти - ОЗУ, простран­ственное j_S- физическим разделением выходов в пространстве. Рисунок 3.2 иллюстрирует принцип построения компоненты модуля для одного входящего тракта. Как видим, каждый исходящий тракт связан с одним ОЗУ, поэтому для 32 трактов введено 32 ОЗУ. В модуле выб­ран режим работы ОЗУ - (®¯;­®). Поэтому технологический процесс строится так. В течение каждого цикла передачи Т_ц информация всех каналов тракта передачи записывается последовательно в одноименные ячейки всех 32 ОЗУ. Таким образом, частота обновления или подтверждения информации в памяти определяется циклом передачи и составляет для данного случая 8 кГц. Поэтому иногда информационный блок цикла называют 8-килогерцевым блоком. Управление коммутацией сводится к выбору соответствующего требования ОЗУ - пространственная коммутация входящего тракта с исходящим, и выбору ячейки выбранного ОЗУ для считывания информации - временная коммутация цифровых каналов в с коммутированных трактах.

Рисунок 3.2 - Принцип построения компоненты модуля для одного входящего тракта

При построении МПВК в системе АТСЭ-200 используется метод двой­ной памяти, т. е. ОЗУ выполняется на двух идентичных параллельных схемах. Это позволяет использовать элементы памяти, в которых тактовая частота лежит в пределах 6 МГц. Если учесть период разработки системы и имеющиеся пределы допустимого быстродействия элементной базы того времени - тактовая частота до 10 МГц, то такое реше­ние в построении МПВК становится вполне понятным. Модуль набирается из 32 компонент 1х32, как показано на рисунке 3.2, путем объединения одноименных выходов. Для того, чтобы скоммутировать канал k_iЦТ₁ с каналом k_jЦТ₃₂, необходимо установить полное дуплексное соединение, т. е.

k_iЦТ₁®k_jЦТ₃₂,

k_jЦТ₃₂®k_iЦТ₁.

Следовательно, пропускная способность коммутационного модуля составляет максимум 16 соединений.

Модуль МПВК 32х32 является базовым модулем системы АТСЭ-200. На его основе строятся ступени искания системы емкостью 96х96; 128х128; 256х256 цифровых трактов. Построение осуществляется стандартным запараллеливанием входов и выходов МПВК, число которых выбирается в зависимости от требуемой емкости.

Коммутационный модуль системы S-12

В общем случае модуль реализует пространственно-временную ком­мутацию 512 цифровых каналов максимум 16 цифровых трактов, каждый на 32 канала. Уровень технологии на период разработки определил подход к построению МПВК из стандартных блоков, представляющих со­бой каждый сдвоенный коммутационный порт, причем один порт служит для подключения одного ИКМ-тракта. Таким образом, блок имеет параметры 2х2. На рисунке 3.3 показана структура блока и модуля [1, 6]. Модуль МПВК системы

Рисунок 3.3 - Структура блока и модуля

S-12 состоит из 16 идентичных двусторонних коммутационных портов P_i, i=0.15, и общей магистрали - системы шин, с которой соединены вcе порты и через которую осуществляется их взаимодействие. Каждая пара портов P_i и P_i+7 образует один блок, а 8 блоков, подключенных к общей магистрали, образуют 16-портовый МПВК. Особенностью МПВК системы S-12 является то, что на порт заводится цифровой тракт ИКМ на 32 канала, но длина канального слова равна двум байтам, т. е. вдвое больше длины канального слова системы передачи ИКМ 30/32. Поэтому скорость цифрового потока в модуле S-12 составляет 4096 кбит/с, а не 2048 кбит/с, как в системе ИКМ 30/32.

Технологически каждый блок оформлен в виде БИС, которая явля­ется  не универсальной, а заказной - специализированной коммутационной БИС. Полный  модуль системы S-12 на 16 портов занимает одну плату, на  которой размещаются 8 блоков (БИС).

Особенностью МПВК системы S-12 является возможность реализации на его основе коммутационных матриц, с различными  параметрами n входов и m выходов, но с соблюдением условия ; n £ 16 , m £ 16 , m+n £ 16 .

Теперь остановимся на характере процесса коммутации в МПВК и особенностях его реализации. Как мы отмечали, МПВК реализует пространственно-временную коммутацию каналов, но процесс коммутации имеет вид j_S®tj_t®Sj_t. Следовательно, имеет место преобразование пространственной координаты во временную. Поскольку каждый цифровой тракт подключен к определен­ному порту, то этап пространственной коммутации сводится к коммутации портов. Поскольку все порты связаны между собой общей маги­стралью, то, очевидно, именно с ее помощью и реализуется этот этап. Общая магистраль представляет собой систему шин шести типов, общей проводностью 39: шина данных - проводностью 16, шина адреса кана­ла - 5, шина адреса порта - 4, шина подтверждения - 5, шина управ­ления - 6, шина синхронизации - 3. Общая магистраль работает в ре­жиме разделения времени так, что в течение каждого временного ин­тервала t_i одного канала каждый порт получает доступ к любому дру­гому порту в течение битового интервала t_i. Если требуется скоммутировать порт 0 с портом 15, то приемная часть порта 0, где проис­ходит накопление информации заведенного на этот порт цифрового трак­та, получит доступ к ОШ в момент t₁₅, что будет указано на шине адреса порта. Таким образом, осуществляется пространственная коммутация. Временное разделение ОШ сопровождается достаточно высокими требованиями к элементной базе в части быстродействия. Рассчитаем временной цикл общей шины Т_ош. Каждый порт использует общую шину 32 раза за цикл (ИКМ), следовательно

Т_ош=125×10^-6/32×16=244 нс.

Доступ к шине для портов организован на основе сверхцикла. ОШ - это система шести типов шин. Разделение каждой из шин - управления, обмена, подтверждения и др. - произво­дится также во времени аналогично рассмотренному, но со сдвигом для каждой - на один битовый интервал t.

Временная коммутация каналов осуществляется в блоке временной коммутации (БВК), реализованном на ОЗУ. БВК размещается в передающей части каждого порта и работает в режиме (®¯;¯®).

Таким образом, после завершения пространственной коммутации накопленная в приемной части порта-источника Р₀ информация канала k_i передается в ОЗУ порта-назначения Р₁₅ и записывается в соот­ветствии с режимом работы ОЗУ в ячейку с адресом канала назначения k_j, который указывается на шине адреса канала. Считывание инфор­мации в выбранной временной канал порта Р₁₅ производится циклически. На этом данный этап установления соединения завершается.

4 Лекция. Организация управления в ЦСК

Цель лекции: изучение студентами принципов управления в цифровой системе коммутации.

Содержание:

-          понятие процессов цифровых систем коммутации;

-          способы организации управления в ЦСК;

-         способы организации межпроцессорного взаимодействия в ЦСК с сосредоточенным микропроцессорным управлением;

-          способы организации межпроцессорного взаимодействия в ЦСК с распределенным микропроцессорным управлением.

Понятие процессов цифровых систем коммутации

Процесс организации связи в ЦСК включает в себя три процесса [6]:

-          сигнализация;

-          управление;

-          коммутация.

Взаимосвязь процессов показана на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Взаимосвязь процессов

Процесс сигнализации включает в себя:

-          выявление сигналов требования связи, отказа от связи, поступающих от абонента, формирование сообщений об этих требованиях и передачу их для обработки процессом управления;

-          прием управляющей информации, формируемой процессом управления;

-          выдачу различных символов оповещения абонентов;

-          прием и передачу адресной информации от абонентов и т.д.

Процесс управления включает:

-          обработку сообщений о требованиях связи или отказах от нее, формируемых процессом сигнализации;

-          выдачу управляющей  информации для обработки процессом сигнализации;

-          обработку адресной информации;

-          выдачу управляющей информации для обработки процессом коммутации.

Процесс коммутации включает: прием управляющей информации по установлению соединения, выработанной процессом управления и его реализацию.

Способы организации управления в ЦСК

Управления в ЦСК делится на [6]:

-          сосредоточенное управление ЦСК – реализация процесса управления

единым управляющим комплексом – центральным процессором;

-           распределенное управление ЦСК – функции управления распределены по процессорам ЦСК.

В настоящее время в цифровых ЦСК в основном используют распределенное управление.

Способы организации межпроцессорного взаимодействия в ЦСК с сосредоточенным микропроцессорным управлением

В зависимости от способа организации процессов обработки и реализации ЦПР возможны различные способы построения сосредоточенного управления. Существуют следующие системы сосредоточенного управления: система параллельно работающих дублированных процессоров; системы с разделением функций и т.д. [6].

Система параллельно работающих дублированных процессоров. Система содержит два цифровых процессора: ЦПР1 и ЦП0, которые работают параллельно, они обрабатывают одну и ту же информацию и результаты сравниваются (см. рисунок 4.2). Такой режим работы называются синхронным дуплексным режимом.

Принцип параллельной работы обеспечит высокую надежность, но требует больших затрат оборудования, сложного программного обеспечения и непроизводительные вычислительные затраты на непрерывный контроль, и подтверждение работоспособности систем.

Рисунок 4.2 – Система параллельно работающих дублированных процессоров

Системы с разделением функций (см. рисунок 4.3). Основная часть нагрузки в ЦСК падает на обработку сигнальной информации, поэтому для изменения нагрузки на ЦПР осуществляется разделение функций. На сигнальной процессор возлагается функции, связанные с обработкой информации в реальном масштабе времени: обнаружение требований на установления и разъединение соединений; обнаружение изменений состояния контрольных объектов и т.д.

Способы организации межпроцессорного взаимодействия в ЦСК с распределенным микропроцессорным управлением

Рисунок 4.3 – Сосредоточенная система с разделением функций

Способы организации микропроцессоров в систему осуществляются по четырем основным принципам [6]:

-          иерархическому;

-          общего канала;

-          общей памяти;

-          непосредственных связей.

Иерархический принцип. Микропроцессоры распределяются по уровням иерархии. Взаимодействие допускается только между процессорами предыдущего и последующего уровней. Каждый периферийный ПР связан только с ЦПР. Поэтому весь межпроцессорный обмен на уровне ПР ведется через ЦПР. ЦПР координирует работу и взаимодействие всех ПР (см. рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Структура с иерархическим принципом управления

Недостатки: велико время взаимодействия. такое построение системы выгодно при глубоком разделении функций по ПР требующим минимального межпроцессорного обмена.

Принцип общего канала связи. В этом случае все микропроцессоры под-

ключены к общему высокоскоростному каналу связи, пользование которым может быть разделено например, по временному принципу, т.е. каждый микропроцессор имеет свой временной интервал. Пропускная способность такого канала связи определяет число микропроцессоров, которые могут быть включены в систему в зависимости от интенсивности обмена (см. рисунок 4.5).

Принцип общей памяти. Роль общей шины выполняет общее ЗУ взаимосвязи (ВЗУ). Каждому ПР придана своя зона ВЗУ, к которой могут обращаться любой ПР. При отсутствии ЦПР, его роль может быть передана

любому ПР (см. рисунок 4.6).

Рисунок 4.5 - Принцип общего                    Рисунок 4.6 - Принцип общей

                           канала связи                                                      памяти

Принцип непосредственных связей. Все процессоры системы связаны между собой каналами связи, по которым организуется обмен сообщениями. Каналы связи могут быть некоммутируемыми (прямые соединения) (см. рисунок 4.7), или коммутируемыми (см. рисунок 4.8).

Рисунок 4.7 – Принцип прямых            Рисунок 4.8 – Принцип коммутируемых   

                        соединений                                                     соединений

Протоколы межпроцессорного взаимодействия, которые определяют процедуру управления передачей информации от одного процессора к другому путем распознавания сообщения и направления его по заданному адресу. Существует три способа: память с общим доступом, буферное запоминающее устройство, непосредственные связи.

Память с общим доступом - ЦПР связывается с ПР путем прямого доступа в ОЗУ данного ПР (см. рисунок 4.9), т.е. все ОЗУ периферийных процессоров доступны ЦПР. Буферное ЗУ - ЦПР связывается с ПР через БЗУ, представляющее собой ограниченную зону ОЗУ ПР, которая загружается только сообщениями межпроцессорного обмена (см. рисунок 4.10). Непосредственные связи - ЦПР и ПР связываются между собой каналом связи, по которому идет передача данных, ЦПР имеет доступ только к своему ОЗУ (см. рисунок 4.11).

Рисунок 4.9 – Память с общим доступом

Рисунок 4.10 –Буферное ЗУ

Рисунок 4.11 – Непосредственные связи

5 Лекция. Цифровые коммутационные поля 1, 2, 3, 4, 5-го класса

Цель лекции: изучение студентами классов ЦКП.

Содержание:

-          принципы построения ЦКП;

-          особенности;

-          классификация ЦКП.

Принципы построения ЦКП

Коммутационная система отражает принципы внутреннего построения коммутационной станции и представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для осуществления оперативной коммутации [1, 2].

Коммутационная система, реализующая функцию цифровой коммутации, получила название цифровой системы коммутации (ЦСК).

В цифровой коммутационной системе функцию коммутации осуществляет цифровое коммутационное поле (ЦКП). Управление всеми процессами в системе коммутации осуществляет управляющий комплекс.

Цифровое КП строится обычно по звеньевому принципу. Звеном цифрового КП называют группу ступеней (S-, Т- или S/T-), реализующих одну и ту же функцию преобразования координат цифрового сигнала. В зависимости от числа звеньев различают двух-, трех- и многозвенные КП.

Цифровое КП называются однородным, если любое соединение в нем устанавливается через одинаковое количество звеньев. Большинство современных ЦСК имеют однородные цифровые КП.

Особенности построения многозвенных цифровых КП:

1)  Цифровые КП строятся с использованием определенного числа модулей.

2)   Цифровые КП обладают симметричной структурой. Под симметричной понимают структуру, в которой звенья 1 и N, 2 и N-1, 3 и N-2 … являются идентичными по типу и числу блоков коммутации.

3)  Цифровые КП почти всегда являются дублированными, что связано с критичностью неполадок в коммутационном поле к функционированию всей системы в целом.

4)  Цифровые КП являются четырехпроводными, поскольку цифровые линии, по которым передаются время уплотненные ИКМ сигналы, также четырехпроводные.

С учетом симметричности и модульности построения все множество синхронных цифровых КП с функциональной полнотой коммутации можно разделить на пять классов [1, 2]. В каждом классе можно выделить базовую структуру и подструктуры, образованные добавлением дополнительных коммутационных элементов с предварительным мультиплексированием (MUX) и последующим демультиплексированием (DMUX) цифровых групповых трактов.

1. Базовая структура: S ´ k - T ´ r - S ´ k.

Подструктура: MUX - S ´ k - T ´ r-S ´ k - DMUX.

Особенностью поля является наличие S-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S-ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии.

2. Базовая структура: T ´ k - S ´ r - T ´ k.

Подструктура: MUX - T ´ k - S ´ r - T ´ k - DMUX.

Особенностью поля является наличие Т-ступени в первом и последнем звене, порядок следования Т- и S- ступеней внутри поля - произвольный с соблюдением правил симметрии.

3. Базовая структура: S/T ´ k - S ´ r - S/T ´ k.

Подструктура: MUX - S/T ´ k - S ´ r - S/T ´ k - DMUX.

4. Базовая структура: S/T ´ k.

Подструктура: MUX - S/T ´ k - DMUX.

5. Кольцевые цифровые коммутационные поля.

Хотя кольцевые КП строятся на S/T-ступенях (кольцевых соединителях), и по сути являются разновидностью полей 4 класса, но ввиду их важности и особенностей построения принято выделять их в отдельный класс.

ЦКП первого класса

Первоначально за основу таких типов ЦКП были взяты звенья пространственной ступени коммутации, например: АТС Sintel, DEX-T имели структуру поля типа S-S при параллельном способе коммутации. Но пространственные коммутаторы имеют большую вероятность внутренних блокировок, поэтому на практике получили распространения структуры, где пространственные S-ступени коммутации разделены временными Т-ступенями, т.е. такие ЦКП объединяют симметричные поля (см. рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Базовая структура ЦКП первого класса

ЦКП второго класса

К таким типам ЦКП относятся системы: NEAX 61 (Япония), №4 ESS (США), АХЕ 10, D70, FETEX150.

Особенности ЦКП второго класса:

Рисунок 5.2 – Базовая структура ЦКП второго класса

-          применение дополнительных S-ступеней увеличивает емкость и пропускную способность поля, но не влияют на принципы его функционирования;

-          предварительное мультиплексирование на входах фактически обеспечивает вторичное уплотнение входящих цифровых трактов, а последующее демультиплексирование на выходах восстанавливает их, что приводит к увеличению пропускной способности ЦКП без применения дополнительных S-ступеней;

-          для увеличения скорости обработки данных в КП на входе, как правило, производят преобразование последовательно кода в параллельный. Для этого на каждой входящей линии устанавливается преобразователь последовательно-параллельного типа, а на выходящей - параллельно-последовательного.

ЦКП третьего класса

К таким типам ЦКП относятся системы:  МТ 20/25 (Франция), System X

(DSS) (Великобритания), EWSD (Германия). GDTS (США), DTS-11 (Япония) и ряд других, на основе которых можно строить местные, междугородные и транзитные станции.

ЦКП этого класса являются универсальными, поскольку позволяют однотипно строить системы коммутации практически для всего диапазона емкостей: малой, средней и большой. При этом наращивание емкости происходит за счет увеличения количества звеньев пространственной коммутации, переходя от более простых структур S/T-S-S/T к более сложным S/T-S-S-S/T.  Часто при проектировании коммутационного поля ступени временной и пространственной коммутации объединяются в соответствующие блоки: блок временной коммутации и блок пространственной коммутации. Тогда наращивание емкости КП происходит путем простого добавления определенного количества БВК и БПК.

Рисунок 5.3 – Базовая структура ЦКП третьего класса

ЦКП четвертого класса

К таким типам ЦКП относятся системы: PROTEL UT и другие. ЦКП четвертого класса находят широкое применение благодаря удобствам увеличения емкости поля путем простого добавления S/T-ступеней, выполненных в виде универсальных интегральных микросхем (ИМС).

Основу S/T-ступени составляют коммутационные элементы или модули. При проектировании ЦАТС небольшой емкости их КП может быть построено с использованием одного звена S/T-ступени, содержащей всего один модуль  (емкостью обычно от 8/8 до 32/32 входящих/исходящих ИКМ линий) (см. рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 – Базовая структура ЦКП четвертого класса

ЦКП пятого класса

К таким типам ЦКП относятся системы: ITT1240 (США), S12 Alcatel, но кольцевые ЦКП не получили широкого распространения. Звенья кольцевого поля чаще всего строятся на кольцевых цифровых коммутационных элементах (ЦКЭ) Структура ЦКП системы ITT1240 представлена на рисунке 5.5. Такое ЦКП состоит из блоков подключения (БП) и блока групповой коммутации (БГК). Один БП состоит из двух ЦКЭ. Количество БП и ступеней в БГК зависит от числа подключенных оконечных модулей (ОМ). Количество плоскостей зависит от средней нагрузки, создаваемой ОМ, и от заданного качества обслуживания.

Рисунок 5.5 – Базовая структура ЦКП пятого класса

6 Лекция. Построение абонентского интерфейса в цифровых системах коммутации

Цель лекции: изучение студентами понятие стыка ЦСК и абонентских стыков ЦСК

Содержание:

-          интерфейсы (стыки) цифровых систем коммутации;

-          аналоговый абонентский интерфейс (стык) и проблема BORSCHT;

-          цифровой абонентский стык;

-         абонентский стык ISDN.

Стыки ЦСК

Работа цифровых систем коммутации происходит в окружении разнообразного телекоммуникационного оборудования: других АТС (цифровых и аналоговых), различных абонентских устройств, систем передачи. ЦСК должна обеспечивать интерфейс (стык) с аналоговыми и цифровыми абонентскими линиями (АЛ) и системами передачи [1, 2, 4].

Стыком называется граница между двумя функциональными блоками, которая задается функциональными характеристиками, общими характеристиками физического соединения, характеристиками сигналов и другими характеристиками в зависимости от специфики.

Стык обеспечивает одноразовое определение параметров соединения между двумя устройствами. Эти параметры относятся к типу, количеству и функциям соединительных цепей, а также к типу, форме и последовательности сигналов, которые передаются по этим цепям.

Стыки цифровой АТС (см. рисунок 6.1):

- аналоговый абонентский стык;

- цифровой абонентский стык;

- абонентский стык ISDN;

- сетевые (цифровые и аналоговые) стыки.

Рисунок 6.1 – Стыки цифровых коммутационных систем

Для включения аналоговых линий (абонентских или от учрежденческих производственных АТС (УПАТС) в устройства, обеспечивающие доступ к цифровой станции) используются стыки типа Z (Z₁, Z₂, Z₃).

Для включения цифровых линий были определены интерфейсы U и V, Стыки U и используются для включения АЛ при основном доступе к сетям ISDN. Стык V₂ предназначен для включения цифровых подстанций на скорости 2048 Кбит/с. Через стык V₃ включается цифровое оборудование при первичном доступе к интегральным сетям, например цифровые УПАТС. Мультиплексорное оборудование в цифровые АТС включается через стык V₄. Для мультиплексоров ИКМ, используемых при подключении аналоговых выносных подстанций и аналоговых учрежденческих АТС, для подключения цифровых сетей доступа применяется стык V₅.

Аналоговый абонентский стык и проблема BORSCHT

При создании и внедрении цифровых АТС возникла проблема включения в цифровую АТС аналоговой абонентской линии (АЛ) с аналоговым телефонным аппаратом (ТА). Данные проблемы, описываются аббревиатурой BORSCHT таблица 6.1 [1, 2].

Т а б л и ц а 6.1-  Описание функции BORSCHT

Продолжение таблицы 6.1

При включении аналоговой АЛ в АТСЦ приходится решать следующие группы проблем организации аналогового абонентского стыка:

- согласование по виду передаваемого речевого сигнала (функция Coding - кодирование) и в связи с этим переход от двухпроводной схемы разговорного тракта к четырехпроводной и наоборот (функция Hybrid - функция дифсистемы);

- согласование по уровням передаваемых сигналов: в сторону ТА посылаются сигналы высокого уровня (функции Battery feed и Ringing), в сторону АТС эти сигналы не должны передаваться (АТСЦ построены на БИС и СБИС с питанием 5... 12 В).

- обеспечение абонентской сигнализации (функция Signalling - сигнализация). Функции Testing (контроль) и Overvoltage protection (защита от опасных напряжений) не относятся прямо к организации стыка аналоговой АЛ, однако их реализация позволяет автоматизировать процесс эксплуатации АЛ и ТА, а также защитить АТСЦ от опасных напряжений.

Цифровой абонентский стык

Каждая фирма создает для своих цифровых станций определенный интерфейс, который поддерживает «родной» протокол для «своего» цифрового ТА. Поэтому цифровой абонентской стык можно описать общими принципами организации цифрового обмена по абонентской линии [1, 2].

Для двухсторонней передачи цифровой информации по абонентским линиям возможно использование четырех типов систем:

-        четырехпроводная система;

-        двухпроводная система с частотным разделением направлений передачи;

-        двухпроводная система с временным разделением направлений передачи;

-        двухпроводная система с адаптивными эхокомпенсаторами.

Четырехпроводная система. Достоинства цифровой передачи по четырем проводам заключаются в довольно свободном подключении абонентских терминалов, находящихся на значительном удалении друг от друга и от опорной станции, а также в простоте схемных решений. Система достаточно устойчива к переходным помехам, позволяет перекрыть большой диапазон изменения затухания линии без регенерации сигнала. Однако она характеризуется низким использованием передаточных возможностей кабеля.

Двухпроводная система с частотным разделением направлений. Эта система должна иметь полосу в два раза шире полосы передаваемой информации для одного канала. Реально реализованные системы используют дифсистемы, что позволяло уменьшить взаимное влияние направлений передачи (см. рисунок 6.2). Передача информации ведется бифазным кодом. В одном направлении X₁ передача ведется кодом один период/символ (BiPh1), а в другом направлении Х₃ - кодом три периода/символ (BiPh3).

                 Х1

       BiPh1  

                                ДС1                                        ДС2       

                                                                                              Х3

                                                                                                           BiPh3

Рисунок 6.2 – Система передачи с частотным разделением направлений и дифсистемами

Абонентский стык ISDN

Сети ISDN (Integrated Services Digital Network) позволяют: передавать телефонию, данные, объединять удаленные локальные вычислительные сети (ЛВС), обеспечить доступ к Интернет, передавить трафик видеоконференцсвязи [1, 4, 5].

Технология ISDN включает базовый доступ (BRI или ВА) и первичный доступ (PRI или РА). Базовый доступ предусматривает предоставление абоненту двух каналов по 64 кбит/с для передачи графика (типа В) и одного канала сигнализации 16 кбит/с (канал типа D). Первичный доступ предусматривает предоставление абоненту 30 В-каналов по 64 кбит/с для передачи графика и одного D-канала сигнализации (также 64 кбит/с).

Подключение абонентов к цифровой АТС осуществляется обычно по электрическому двухпроводному кабелю:

- для базового доступа через интерфейс типа U₀;

- для первичного доступа через интерфейс U_k2.

7 Лекция. Сетевые стыки цифровых АТС

Цель лекции: изучение студентами сетевых стыков цифровых АТС.

Содержание:

-          понятие сетевых интерфейсов (стыков) цифровых АТС;

-          особенности  подключения сетевых стыков с ЦСП;

-          стык с аналоговыми СЛ и системами  передачи;

-          стык с сетью доступа;

-          стык с сетью TMN.

Понятие сетевых стыков цифровых АТС

Согласно рекомендациям Q.501-Q.517 аналоговые и цифровые соединительные линии включаются в АТС через сетевые стыки типов А, В и С [1, 4].

Через стык А подключаются цифровые тракты, уплотненные аппаратурой ИКМ-30 (2048 кбит/с) или ИКМ-24 (1544 кбит/с).

Стык В предназначен для подключения цифровых трактов, уплотненных аппаратурой ИКМ-120 (844 8 кбит/с).

Аналоговые двух- и четырехпроводные линии включаются в станционное окончание цифровой АТС через стык С. Аналого-цифровые преобразователи для этих линий входят в состав оборудования цифровой АТС.

Особенности  подключения сетевых стыков с ЦСП

При соединении цифровой АТС с другой цифровой АТС, или при установлении между цифровой АТС и аналоговой АТС цифровой системы передачи, на первой организуется цифровой стык. В этом случае реализуется одно из самых важных преимуществ ЦСК, которое состоит в создании единого цифрового представления информации в тракте "передача - коммутация".

Так, представление речевого сигнала в виде ИКМ сигнала (скорость 64 кбит/с, 8бит в кодовом слове) аналогично как для цифровых коммутационных систем, так и для аппаратуры ЦСП. Но существует ряд проблем в отношении стыковки ЦСП и цифровых коммутационных систем. Во - первых, в телефонной сети  могут использоваться (и реально используются) ЦСП, не входящие в иерархию систем передачи МСЭ (например, ИКМ - 15, специальные ЦСП АЛ). Во - вторых, в силу особенностей построения цифровых КП структура циклов внутри них отличается от структуры циклов ЦСП. МСЭ определил, что не будут выдвинуты никакие требования относительно структуры циклов ИКМ трактов внутри ЦСК. Разработчики цифровых АТС имеют возможность осуществлять по своему усмотрению временное уплотнение ИКМ потоков (вторичное мультиплексирование) в АТС, изменять длину кодового слова. В - третьих, кодирование слов в линии ИКМ и внутри АТС различается.

К цифровому стыку ЦСП и цифровой АТС предъявляются две группы требований: электрические и логические.

Необходимость согласования структур циклов означает, что на входе ЦСП должны быть сформированы циклы, соответствующие требованиям данной ЦСП.  Такое согласование осуществляется обычно при вторичном демультиплексировании внутри АТС.

Логическое согласование включает преобразование линейного сигнала кода НDВ3 в двоичный код и наоборот,  синхронизацию входных сигналов в соответствии с тактовыми сигналами станции.

Стык с аналоговыми СЛ и системами передачи

Для связи аналоговой и цифровой АТС используются существующие или вновь создаваемые аналоговые физические соединительные линии (СЛ). В этом случае для каждой системы сигнализации аналоговых соединительных линий организуется отдельный стык. На рисунке 7.1 показаны принципы согласования цифровой ЭАТС 200 с городскими станциями типа АТСК и АТСКУ по двухпроводным физическим соединительным линиям с сигнализацией постоянным током [1, 4].

Рисунок 7.1 - Схема связи ЭАТС 200 с электромеханическим АТС (РСЛ - реле СЛ)

Согласующее устройство (см. рисунок 7.2),  условно можно разделить на две части: канальную и сигнально-синхронизационную. Схемы, размещен-

Рисунок 7.2 – Схема согласующего устройства

ные в каналах согласующего устройства, преобразуют сигнальные посылки

постоянного тока физических соединительных линии в сигналы, подаваемые в блок управления. Канальная часть не производит никакой логической обработки сигналов, поступающих из линий.

Блок управления стробирует сигнальную информацию каждой соединительной линии через 2 мс. Осуществив отчет, он обрабатывает его и посылает соответствующие кодовые посылки (согласно кодам 16-канального интервала ИКМ 30) в сопрягающий блок, который осуществляет согласование блока управления с ИКМ аппаратурой по принципу противонаправленного стыка. Все необходимые для работы согласующие устройства, синхронизирующие сигналы вырабатывает блок тактового синхронизма.

Стык с сетью доступа

Под сетью доступа понимают номенклатуру категорий абонентов (передача речи, данных, видео) и сред передачи (металлический и волоконно-оптический кабель, беспроводной доступ). Универсальный интерфейс, позволяющий совмещать все технологии абонентского доступа в единую сеть - сеть доступа, получил название V5 - интерфейс сети доступа [1, 4].

Интерфейс V5 имеет две разновидности - V5.1 и V5.2. Интерфейс V5.1 позволяет подключить к АТС по цифровому тракту 2048 кбит/с до 30 аналоговых АЛ без концентрации. При этом сигнализация осуществляется по общему каналу. Интерфейс V5.2 содержит несколько (до 16) трактов 2048 кбит/с и поддерживает концентрацию с коэффициентом не более 8 и динамическое назначение канальных интервалов. В этом состоит принципиальное различие интерфейсов V5.1 и V5.2. Канальные интервалы (в спецификации интерфейса - несущие каналы) интерфейса V5.1 жестко закреплены за цифровыми каналами абонентских трактов, т.е. между этими каналами существует постоянное соединение. В интерфейсе V5.2 жесткое закрепление несущих каналов за каналами абонентских портов отсутствует. При этом, благодаря возможности концентрации, количество используемых несущих каналов в интерфейсе всегда меньше количества обслуживаемых каналов абонентских портов. Несущий канал интерфейса V5.2 предоставляется только тому каналу абонентского порта, для которого запрашивается услуга связи и только на время пользования этой услугой. При этом в каждом тракте 2048 кбит/с может быть предусмотрено несколько каналов сигнализации. Сравнительные характеристики интерфейсов V5.1 и V5.2 приведены в таблице 7.1.

Стык с сетью TMN

Телекоммуникационная сеть управления - TMN (Telecommunication Management Network) предложена МСЭ как единая концепция управления для широкого круга сетевого оборудования и различного класса задач. Сеть TMN предоставляет стандартизированные интерфейсы, функции управления, маршрутизацию для сетей с различным оборудованием, различных версий от различных производителей [1, 4, 5].

TMN концептуально представляет собой отдельную сеть (см. на рисунок 7.3).

Таблица 7.1 - Сравнительные характеристики интерфейсов V5.1 и V5.2

подключенную через специализированные интерфейсы (интерфейсы Q3) во множество точек телекоммуникационной сети для получения информации и управления ее функционированием. Оператор сети имеет возможность управлять большим количеством распределенного оборудования с ограниченного количества узлов управления.

Рисунок 7.3 – Взаимодействие между телекоммуникационной сетью и TNM

Интерфейс Q3 это подсистема и содержит две функции:

-        встроенный Q-адаптер, предназначенный для перекодирования сообщений, приходящих от операционной системы TMN во внутренние сообщения АТС и обратно (например, преобразование команд MML опера-

ционной системы АТС в формат интерфейса Q3 и обратно).

-        стек протоколов Q3, обеспечивающий требуемые возможности связи, соответствующие концепции Взаимодействия Открытых Систем (OSI).

8 Лекция. Сигнализация в цифровых системах коммутации 

Цель лекции: изучение студентами основных понятий сигнализации.

Содержание:

-          основные понятия сигнализации;

-          сигнализация в ЦСК;

-          классификация систем сигнализации, сигнализация по выделенному каналу.

Основные понятия сигнализации

Сигнализация – это необходимое условие выполнения сетью своих функций: распределение и доставка отдельных сообщений по адресу с соблюдением различных требований к этой доставке [1, 3, 4, 7].

Сигнализация - это совокупность сигналов, обеспечивающая взаимодействие станций и узлов на различных этапах создания и разрушения соединительных трактов. Иначе говоря, система сигнализации поддерживает совместное существование коммутационных узлов и станций в сети для обеспечения функций обслуживания абонентов. Соединительный тракт между оконечными абонентскими установками может устанавливаться через одну или несколько однотипных или разнотипных АТС, которые должны обмениваться сигналами в процессе установления и разъединения связи.

Сигналы сигнализации - эти сигналы рассматриваются как переносчики информации, относящейся к определенному каналу, определенному входному сообщению или к процедуре управления сетью, они делятся на три вида:

-        линейные;

-        управления;

-        информационные.

Линейные сигналы используются при межстанционной связи для взаимного информирования станции о состоянии линии или канала связи в процессе обслуживания вызова. Эти сигналы отмечают основные этапы установления соединения и передаются на любом этапе между линейными комплектами, которыми оборудуются соединительные линии на АТС. Состав линейных сигналов зависит от типа коммутационного оборудования; аппаратуры передачи; структуры и назначения сети и ее отдельных участков. Они передаются по каналам линейной сигнализации как в прямом, так и в обратном направлениях с момента начала установления соединения и до полного освобождения обслуживаемой линии. В системах коммутации линейные сигналы могут транслироваться последовательно из одного звена в другое и в случае необходимости осуществлять переход из одной системы линейной сигнализации в другую. Последовательность передачи линейных сигналов определяется процессом установления соединения.

Сигналы управления используются для установления соединения в сети связи по требованию вызывающего абонента и содержат информацию о номере линии вызванного абонента (адресную информацию), о режиме работы управляющих устройств на АТС, о режиме работы сети, виде каналов связи и т.д. Состав этих сигналов сильно зависит от интеллектуальной способности системы коммутации и с увеличением интеллектуальности постоянно расширяется с целью повышения достоверности передаваемой информации, правильности установления соединения, улучшения качества разговорного тракта.

В состав сигналов управления входят информация о маршруте соединения, сигналы управления обменом, сигналы управления сетью. При управлении соединением выполняются следующие задачи:

-         прием вызова от абонента;

-         прием информации о номере вызываемого абонента;

-         анализ принятой информации;

-         определение направления связи;

-         поиск соединительных путей в коммутационном поле АТС и требуемом направлении;

-         установление соединения при ответе вызываемого абонента;

-         разъединение при получении сигнала отбоя.

Сигналы управления включают в себя сигнализацию о маршруте (адресная информация); сигналы управления обменом; сигналы управления сетью.

В состав сигналов маршрутизации входят цифры номера вызываемого абонента, код станции, код телефонной зоны, сигналы о категории вызова, запроса аппаратуры определения номера вызывающего абонента (АОН) при междугородной связи, виде устанавливаемых соединений (автоматический или полуавтоматический), способе передачи управляющей информации и т.д. Некоторые сигналы используются для создания тракта, обеспечивающего качественную передачу информации.

Информационные сигналы (сигналы информирования абонентов) используются для извещения вызывающего абонента о процессе установления соединения, а также о свободности или занятости соединительных линий и линии вызываемого абонента. К информационным сигналам относятся сигналы "Ответ станции - ОС", "Посылка вызова - ПВ", "Контроль посылки вызова - КПВ", "Сигнал Занято - СЗ", занятости каналов направления и др.

Понятие сигнализации относится к вопросу функционирования ЦСК (цифровой АТС) в сети связи (см. рисунок 8.1).

Классификация систем сигнализаций

Для организации на сети связи канала для передачи сигналов сигнализа-

ции используют два основных метода (см. рисунок 8.2):

-        сигнализация по выделенному каналу;

-        сигнализация по общему каналу.

Сигнализация по выделенному каналу

При сигнализации по выделенному каналу сигналы сигнализации, необходимые для эксплуатации какого-нибудь определенного канала, передаются по этому каналу или по специально выделенному каналу, который жестко закреплен за информационным каналом.

Рисунок 8.1 – Прохождение речевых сигналов и сигналов сигнализации в АТСЦ

Рисунок 8.2 – классификация систем сигнализаций по способу выделения канала для сигналов сигнализации

Если канал передачи является аналоговым, то сигнализация по выделенному каналу подразделяется на три метода:

-            сигнализация в полосе разговорных частот (сигнализация «в полосе», внутриполосная сигнализация). Полоса стандартного аналогового телефонного канала составляет 3,1 кГц (для физического канала граничными частотами являются 300 Гц и 3400 Гц; такой канал имеет специальное название «канал тональной частоты»). Следовательно, для телефонии при сигнализации «в полосе» сигналы сигнализации должны иметь параметры, которые позволяли бы передавать их в полосе 3,1 кГц с необходимым качеством;

-            сигнализация вне полосы разговорных частот (сигнализация «вне полосы», внеполосная сигнализация). Для передачи сигналов сигнализации используется канал, жестко привязанный к информационному каналу и имеющий полосу пропускания вне полосы информационного канала. Для систем сетевой сигнализации используется канал, расположенный выше полосы пропускания информационного сигнала (например, в полосе 3600 - 4000 Гц);

-            смешанная сигнализация. В такой системе сигнализации часть сигналов сигнализации передается внутри полосы информационного канала, а часть - вне его полосы. Примером может служить система сигнализации «пользователь-сеть» для обычного телефонного аппарата, в которой вызывной сигнал (сигнал звонка) передается вне полосы информационного сигнала на частоте 50 Гц.

Если канал передачи является цифровым, то для передачи сигналов сигнализации может использоваться отдельный цифровой канал, либо цифровой канал системы передачи с объединением времяразделенных каналов (ВРК).

При использовании отдельного цифрового канала могут использоваться два основных метода сигнализации:

-            сигнализация на речевых символах, при которой тактовые интервалы (в первую очередь предназначенные для передачи закодированных речевых сигналов) периодически используются для передачи сигналов сигнализации;

-            сигнализация в канальном интервале, при которой информация сигнализации постоянно передается в тактовом интервале, находящемся в канальном интервале.

При использовании ЦСП в качестве выделенного канала сигнализации возможно использование трех методов:

-       сигнализация на речевых символах для одного канала;

-       сигнализация в канальном интервале (примером может служить формат внутренней ЦСП станции ITT 1240, в которой каждый канал содержит

8 бит служебной информации и 8 бит речевых символов);

-       вынесенная сигнализация, когда для сигнализации выделяется отдельный канальный интервал с разделением его на подканалы для постоянной передачи сигналов сигнализации отдельных каналов. Пример: ИКМ-30/32, у которой для реализации вынесенной сигнализации предоставляется 16-ый канальный интервал, четыре бита которого в сверхцикле поочередно предоставляются для передачи сигналов сигнализации

-       каждого речевого канала (см. лекция 1, рисунок 1.2).

9 Лекция. Система сигнализации ОКС7

Цель лекции: изучение студентами системы сигнализации ОКС7.

Содержание:

-         принцип общеканальной сигнализации;

-         сеть сигнализации ОКС7;

-         стек протоколов ОКС7.

Принцип общеканальной сигнализации

Общеканальная сигнализация 7 (ОКС7) – это такая система сигнализации, при которой информация управлением установлением соединения (сигнализация) для всех разговорных каналов и/или каналов передачи данных передается в виде блоков данных (сигнальных сообщений) по одному общему каналу сигнализации, который может быть организован в любом временном интервале (кроме нулевого) одного из первичных трактов ИКМ, входящих в пучок, соединяющих напрямую две взаимодействующие АТС (см. рисунок 9.1) [1, 4, 5, 7, 8].

Рисунок 9.1 – Принцип общеканальной сигнализации

Общеканальная сигнализация может рассматриваться как особый тип передачи данных, специализированный для передачи сигнализации и информационного обмена между процессорами узлов связи различного назначения. Для обеспечения надежности, система ОКС7 обладает функциями обнаружения и коррекции ошибок, вызванных воздействием помех на средства передачи, и автоматической реконфигурации маршрутов в случае отказов сетевых элементов.

Как правило, для повышения надежности в другом ИКМ-тракте пучка, организуется резервный канал для передачи данных ОКС7. Все остальные временные интервалы системы передачи (кроме нулевых) при использовании ОКС7 могут быть задействованы для передачи речи или данных пользователя. Один канал ОКС7 может обслужить около 1000 разговорных каналов.

Сеть сигнализации ОКС7

Основные понятия ОКС7 [1, 4, 5, 7, 8]:

- функции источника и приемника сигнальных сообщений обеспечивает подсистема пользователя (User Part - UP);

- пункт сигнализации SP (Signaling Point) – любой узел сигнальной сети реализующий функции обработки сигнальных сообщений ОКС7, то есть узел на котором функционируют подсистема передачи сообщений и подсистемы пользователей;

- пункт сигнализации однозначно определяется своим уникальным кодом (Signaling Point Code);

- звено сигнализации SL (Signaling Link) – канал передачи данных соединяющий между собой пункты сигнализации;

- несколько параллельных звеньев сигнализации напрямую соединяющих два сигнальных пункта образуют пучок звеньев сигнализации (Signaling Link Set);

- транзитный пункт сигнализации STP (Signaling Transfer Point) – пункт сигнализации осуществляющий только функции маршрутизации сигнальных сообщений между различными звеньями сигнализации и не имеющий подсистем пользователей;

- сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами.

Узел сигнальной сети может совмещать в себе функции пункта сигнализации и транзитного пункта сигнализации.

Сеть сигнализации 7 состоит из пунктов сигнализации и связывающих их каналов сигнализации. Пункт сигнализации (ПС), как правило, коммутационная станция, которая взаимодействует со смежными станциями при помощи системы сигнализации №7. Различают оконечные и транзитные ПС. Оконечные ПС, в зависимости от направления передачи сигнального сообщения, могут выступать как исходящие пункты (Originating Signalling Point - OSP) и пункты назначения (Destination Signalling Point - DSP).

Всемирная сеть сигнализации делится на два независимых уровня – международный и национальный. Такая структура позволяет разделить ответственность по управлению сетью сигнализации и составить планы нумерации пунктов сигнализации международной сети и разных национальных сетей независимо друг от друга.

Два сигнальных пункта имеют сигнальное отношение (Signalling Relation - SR), если их подсистемы пользователя обладают возможностью обмениваться сигнальными сообщениями. Сигнальное отношение может осуществляться непосредственно между оконечными пунктами сигнализации или через один или несколько транзитных пунктов. Конкретная реализация сигнального отношения в сети определяет маршрут сигнализации  Signalling Rout - SR). Для одного сигнального отношения можно использовать несколько сигнальных маршрутов через различные транзитные пункты. Эти маршруты для данного сигнального отношения образуют группу (пучок) маршрутов сигнализации (Signalling Rout Set - SRS).

Стек протоколов SS7

Стек протоколов SS7 состоит из четырех уровней (см. рисунок 9.2). Нижние три уровня объединены под общим названием «подсистема передачи сообщений» (Message Transfer Part, MTP). Три уровня MTP соответствуют трем нижним уровням семиуровневой модели OSI [4, 5, 7, 8].

Рисунок 9.2 – Сопоставление уровней модели OSI и уровней модели ОКС7

-         уровень 1 функции звена передачи данных;

-         уровень 2 функции сигнального звена;

-         уровень 3 функции сети сигнализации.

Уровень 1 звена передачи данных сигнализации - подсистемы МТР определяет физические, электрические и функциональные характеристики канала передачи данных для звена сигнализации. Обычно используются каналы 64 кбит/с тракта ИКМ. Выполнение функций 1-го уровня, определяющих интерфейс со средой передачи, означает независимость функций более высоких уровней (уровни 2-4) от используемой среды передачи.

Уровень 2 сигнального звена - подсистемы МТР определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по звену сигнализации между двумя напрямую связанными пунктами сигнализации. Функции уровня 2 определяют структуру передаваемой информации по каждому звену и процедуры обнаружения и исправления ошибок. Сочетание функций уровней 1 и 2 организует звено сигнализации для передачи сигнальных сообщений.

Уровень 3 сети сигнализации - подсистемы 3 МТР ориентирован на выполнение функций сети сигнализации. Процедуры уровня 3 обеспечивают надежную передачу сигнальной информации от одной АТС к другой даже в случае отказов на уровнях 1 и 2. Уровень 3 обеспечивает управление звеньями сигнализации и включает функции обработки сигнальных сообщений для их маршрутизации в сети сигнализации, а также функции управления самой сетью сигнализации.

Четвертый уровень модели ОКС7 образуют подсистемы-пользователи услугами МТР и/или SCCP:

TUP (Telephone User Part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию телефонной сети;

DUP (Data user part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию сети передачи данных;

ISUP (ISDN User Part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию телефонной сети, сети передачи данных и цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN);

TSAP (Transaction capabilities application part) – прикладная подсистема поддержки транзакций;

B-ISUP (B-ISDN user part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию широкополосной ISDN (B-ISDN);

MAP (Mobile application part) – прикладная подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию сетей подвижной связи стандарта GSM;

INAP (Intelligent network application part) – прикладная подсистема Интеллектуальной сети;

OMAP (Operation Maintenance and administration part) – прикладная подсистема эксплуатационного управления.

SCCP (Signaling connection control part) – подсистема управления сигнальными соединениями обеспечает логические соединения для передачи блоков данных сигнализации, ориентированных на соединение или не ориентированных на соединение.

Подсистем МТР и SCCP совместно образуют подсистему сетевых услуг (NSP – network service part). Используя услуги МТР, подсистема SCCP обеспечивает сигнализацию в сети ОКС7 виртуальных соединений и может предоставлять сетевые услуги, как ориентированные на такие соединения, так и не требующие их создания.

ТСАР обеспечивает набор возможностей для обслуживания вызова без установления соединения. Эти возможности можно использовать в одном узле для того, чтобы вызвать выполнение процедуры в другом узле. Пример такого использования - услуга 800, в которой оставшиеся цифры номера после кода 800 преобразовываются централизованной базой данных в физический адрес.

10 Лекция. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых систем коммутации

Цель лекции: изучение студентами вопросов проектирования и технической эксплуатации ЦСК.

Содержание:

-          задачи проектирования цифровых систем коммутации;

-          этапы проектирования ЦСК;

-          особенности технической эксплуатации ЦСК;

-          требования к техническим характеристикам ЦСК.

Задачи проектирования ЦСК

Проектирование ЦСК заключается в решении ряда взаимосвязанных задач [9, 10]:

- составление задание на проектирование, подготовка исходных данных;

- составление структурной схемы ЦСК и схемы организации связи;

- расчет количества оборудования, выбор значений других внутренних параметров ЦСК;

- разработка планов расположения оборудования ЦСК в автозале и других помещениях станции;

- разработка схем кабельных соединений;

- составление схем кроссировок на промежуточных щитах, проектирование баз справочной информации;

- составление спецификаций, смет и пояснительной записки к комплекту проектной документации.

Этапы проектирования ЦСК

Проектирование ЦСК проводится в несколько этапов [9, 10]:

1)  Разработка структурной схемы проектируемой системы коммутации в соответствии с её назначением, типами абонентского доступа, видами межстанционной сигнализации и др.

2)  Расчет оборудования абонентских блоков, расположенных на самой станции или удаленных от неё.

3)  Расчет оборудования блоков соединительных линий с учетом типа межстанционной сигнализации.

4)  Определение состава оборудования сигнализации с учетом межстанционной сигнализации и наличия телефонных аппаратов с тональным набором DTMF.

5)  Расчет оборудования коммутационного поля с учетом обслуживаемой нагрузки или числа подключаемых линейных блоков.

6)  Состав системы управления, как правило, уже известен для каждого типа ЦСК, поэтому при проектировании проверяется производительность управляющего комплекса исходя из величины возникающей и межстанционной нагрузок.

7)  Расчет оборудования ОКС выполняется исходя из числа направлений, работающих с использованием сигнализации ОКС7 и количества звеньев сигнализации, обслуживающих межстанционную нагрузку этих направлений;

8)  Состав и объем оборудования станционных тональных сигналов и тактовых последовательностей заранее определен для каждого типа ЦСК.

9)  Размещение рассчитанного объема оборудования по типовым стативам, а также размещение стативов в соответствующих производственных помещениях.

10)   Выбор типа и расчет параметров электропитающей установки.

Расчет объема оборудования ЦСК выполняется на основании следующих исходных данных:

- название проектируемой ЦСК;

- монтируемая емкость и структурный состав абонентов;

- число линий межстанционных связей и матриц межстанционных нагрузок, позволяющая определить соответствующие межстанционные пучки соединительных линий;

- число линий для связи с АМТС и узлом спецслужб (УСС);

- используемые системы сигнализации в межстанционных направлениях.

Особенности технической эксплуатации современных цифровых систем коммутации:

1)       Оперативно-техническое обслуживание;

2)       Эксплуатационное обслуживание;

3)       Административное управление.

Целью оперативно-технического обслуживания является поддержание состояния работоспособности оборудования станции путем непрерывного наблюдения и оценки результатов контроля, а также замена неисправных плат.

К эксплуатационному обслуживанию относятся следующие функции:

- регламентные работы для получения данных характеризующих работу станции;

- профилактические работы на отдельных узлах оборудования станции;

- программно-производственные проверки;

- внесение изменения в эксплуатацию (перекроcсировка, изменение категории абонентов, введение новых видов услуг и т.д.).

В рамках эксплуатации выполняются функции в масштабе сети например: перераспределение каналов, развитие и модернизация станции, замена блоков программного обеспечения (ПО), введение дополнительных видов обслуживания (ДВО) и.т.д.

Под административным управлением понимают функции, выполняемые эпизодически и связанные с радикальными изменениями процесса технической эксплуатации, необходимость которых определяется на основе анализа данных о функционировании цифровых систем коммутации с ПУ за длительный период.

Выполнение всех видов систем технической эксплуатации станций с программным управлением обеспечивается с помощью программно-аппаратных средств.

В качестве аппаратных средств широко применяются внешние компьютеры или следующие устройства: пишущие машины; телетайпы; экранные пульты (дисплей); устройства ввода-вывода информации с промежуточных носителей.

В некоторых случаях используют устройства отображения, реализованные в виде специализированных световых табло.

Программное обеспечение системы технической эксплуатации цифровых АТС включает в себя средства, образующие операционную систему и программы, реализующие выполнение отдельных эксплуатационных процедур.

Задачами операционной системы является обеспечение диалога человек-машина и диспетчеризация выполнения всех процедур на основе отображения состояния и функционирования цифровых узлов телекоммуникации.

Действие оператора современных цифровых АТС при обращении к системе с целью реализации какой-либо процедуры заключаются в составлении директивы на дисплее по техобслуживанию.

Большая работа по стандартизации языков Человек-Машина, используемая для современных цифровых систем коммутации проведена Международным Союзом Телекоммуникации (МСТ).

Требования к техническим характеристикам ЦСК

При технической эксплуатации ЦСК существуют требования к техническим характеристикам ЦСК [11]:

-        преимущественное обслуживание приоритетных вызовов;

-        установление соединений на сетях с обходами;

-        использование различных систем сигнализации;

-        введение оперативного управления;

-        введение управления потоками нагрузки;

-        возможность вывода данных статистики в центре управления;

-        возможность вывода данных для ведения взаиморасчетов.

Используемые цифровые системы коммутации должны обеспечивать:

-        время установления соединения при междугородной связи 4…17 с;

-        потери при установлении соединения от абонента до абонента (без учета занятости вызываемого абонента) при местной связи – 3%, при внутризоновой связи – 16%, при междугородной связи – 10%.

-        коэффициент ошибок при передаче цифровой информации не более 10ˉ⁶.

Потери не должны превышать:

-        при внутристанционном соединении 0.02;

-        при исходящем соединении 0.005;

-        при входящем соединении  0.007;

-        при входящем междугородном соединении 0.002;

-        при соединении к экстренным спецслужбам  0.001.

В нормативно-технических документах: «Инструкция по проектированию линейно-аппаратных цехов ОМС, СУ и УП (РП и  «Ведомственные нормы технологического проектирования (ВНТП). Проводные средства связи. Станции городских телефонных сетей», утвержденных приказом  Министерства транспорта и коммуникаций Республики Казахстан от  26.02.98 г. №17,  приведены нормы потерь для отдельных участков телефонных сетей.

Программное обеспечение цифрового оборудования коммутации должно строиться по модульно-иерархическому принципу. 

Цифровые системы коммутации должны содержать подсистему эксплуатации и технического обслуживания, которая позволяет персоналу станции (операторам) взаимодействовать со станцией. Функции эксплуатации должны быть рассчитаны на нормальные условия  функционирования коммутационной системы. Эти функции должны обеспечивать: учет стоимости; маршрутизацию; измерение нагрузки и качества функционирования; функционирование периферийных устройств; управление станций.

Оборудование коммутации должно обеспечивать работу станции в синхронной цифровой сети, в которой используется способ принудительной иерархической синхронизации.

Оборудование коммутации должно иметь следующие устройства синхронизации:

-        синхронизация через входящее соединение ИКМ;

-        синхронизация от внешнего эталонного сигнала.

Оборудование коммутации, применяемое на высшем уровне сети, должно содержать ПЭГ, соответствующие требованиям Рекомендаций G.811, G.703  МСЭ-Т.

Применяемое на ЕСТ РК коммутационное оборудование должно быть  оборудовано программным обеспечением для  учета трафика разговоров (соединений) (биллинговой системой расчетов стоимости разговоров). Общие требования к оборудованию учета стоимости разговоров (соединений) приведены в нормативном документе «Общие технические требования к аппаратуре повременного учета стоимости местных телефонных разговоров для электромеханических АТС городских и сельских телефонных сетей Республики Казахстан». 

Оборудование коммутации должно обеспечивать показатели качества в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т Q.514 и Q.504.

11 Лекция. Цифровые системы коммутации

Цель лекции: изучение студентами цифровой системы коммутации типа SI2000.

Содержание:

-          характеристика цифровой системы коммутации типа SI2000;

-          структура системы, состав оборудования;

-          назначение функциональных узлов, технические характеристики.

SI2000 - это цифровая телекоммуникационная система с функциями ОКС-7 и ЦСИС, обеспечивающая предоставление телекоммуникационных услуг для аналоговых абонентов и абонентов ЦСИС, а также реализацию функций управления и технического обслуживания [12, 3, 10].

Система SI2000 характеризуется следующими свойствами:

-       модульное построение аппаратного и программного обеспечения;

-       цифровая коммутация для передачи разговора, данных, сигналов управления, акустических и речевых сигналов;

-       совместимость с существующими цифровыми и аналоговыми телефонными станциями;

-       единые конструктивно-технологические решения, единая элементная база и материалы для всех средств коммутационной техники;

-       единая система технической эксплуатации с использованием центров технической эксплуатации (ЦТЭ);

-       полное соответствие стандартам и рекомендациям международных регулирующих органов (ITU-T, ETSI, ECMA) и спецификациям для национальной сети Республики Казахстан.

Система SI2000 обеспечивает построение коммутационного оборудования в следующих границах:

-       до 40000 абонентских линий (В-каналов);

-       до 7200 цифровых или аналоговых соединительных линий;

-       до 240 цифровых потоков 2048 кбит/сек (G.703);

-       до 120 сигнальных каналов системы сигнализации ОКС-7.

Структура системы коммутации SI2000

В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.512, система SI2000 функционально разделена на узел коммутации (Switch Node) и периферийные узлы доступа (Access Node). Для управления всеми узлами системы разработан универсальный узел управления (Management Node).

Узел коммутации – SN, предназначен для коммутации соединительных линий и управления телекоммуникационными услугами узлов доступа, а так же выполнения части функций управления и технического обслуживания. Системное и прикладное  программное обеспечение узла коммутации выполняется в реальном режиме времени и обеспечивает предоставление телекоммуникационных услуг, а также выполнение функций управления, генерации статистической и тарифной информации, технического обслуживания и мониторинга аварийных ситуаций, функций СОРМ. Используется в качестве групповой ступени коммутации. Может быть использован как при формировании городской АТС средней емкости (до 40000 портов), так и как самостоятельный транзитный узел. Аппаратно узел представлен модулем МСА.

 Аналоговые и ЦСИС абоненты подключаются к узлу коммутации только через узлы доступа. Для подключения аналоговых абонентов возможно использование аналоговых абонентских концентраторов типа AXM. Для подключения узлов доступа, в соответствии с рекомендациями ITU-T Q.512, стандартами ETSI и спецификациями для национальной сети России, разработан интерфейс V5.2. Для подключения аналоговых абонентских концентраторов реализован интерфейс ASMI. В состав интерфейса V5.2 могут входить от 1 до 16 потоков E1. Необходимое количество потоков в интерфейсе V5.2 выбирается исходя из количества подключенных абонентских линий к данному узлу доступа (PRA и BRA) и средней суммарной нагрузки на абонентскую линию.

Для обеспечения включения системы SI2000 в телефонную сеть общего пользования реализованы следующие сетевые интерфейсы:

-       цифровой сетевой интерфейс с сигнализацией ОКС-7 (подсистемами MTP, ISUP и SCCP). Соответствует Рекомендациям ITU-T и спецификациям для национальной сети России;

-       цифровые сетевые интерфейсы с процедурой АОН и сигнализациями по одному или двум  выделенным сигнальным каналам (городские и сельские универсальные) с передачей сигналов управления декадным кодом (СЛ, СЛМ, ЗСЛ линии), методом МЧК-челнок (СЛ, СЛМ линии) или импульсный пакет (ЗСЛ линии). Соответствуют спецификациям для национальной сети России.

Дополнительно узел коммутации имеет следующие интерфейсы:

-       интерфейс для подключения узла управления;

-       интерфейс типа ETHERNET - для локального подключения узла управления;

-       интерфейс для подключения удаленных узлов управления посредством организации РРР-канала в потоке 2Мбит/сек;

-       интерфейс для подключения пульта управления СОРМ.

Для обеспечения более надежной работы узел коммутации имеет две равнозначные управляющие группы. При включении системы одна из управляющих групп становится в активное или рабочее состояние, а вторая в состояние холодного резерва. При отказе активной управляющей группы происходит автоматическое включение резервной управляющей группы в работу.

Для подключения потоков Е1 используются съемные блоки ТРС. Каждый такой блок имеет 16 портов для подключения потоков Е1. Максимально в узле коммутации могут быть задействованы 16 блоков ТРС. Из них 15 блоков могут находиться в работе, а один будет всегда в состоянии холодного резерва. При отказе любой ТРС произойдет автоматическое включение в работу резервного блока.

К одному узлу коммутации могут быть подключены до 240 потоков Е1.

Узел доступа – AN, предназначен для подключения к узлу коммутации и далее к сети аналоговых и ЦСИС абонентских устройств, а так же учрежденческих АТС посредством первичного (PRA) или базового (BRA) доступа ЦСИС. Аппаратно реализован модулем MLС.

Для подключения абонентских линий разработаны три типа периферийных съемных блоков:

-       периферийный съемный блок для подключения 32 аналоговых абонентов. Оборудован 32 Z-интерфейсами;

-       периферийный съемный блок для подключения 16 абонентов ЦСИС. Оборудован 16 интерфейсами U_k0;

-       периферийный съемный блок для подключения 16 абонентов ЦСИС. Оборудован 16 интерфейсами S₀.

В один модуль могут быть установлены до 22 периферийных съемных блоков. Следовательно, к одному узлу доступа могут быть подключены до 352 ЦСИС-абонентов или до 704 аналоговых абонентов, а так же их различные комбинации.

В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.512 имеется возможность подключения к узлу доступа абонентских устройств ЦСИС посредством первичного доступа (PRA) с использованием сигнализации DSS1. В качестве абонентского устройства в данном случае может рассматриваться УПАТС с функциями ЦСИС, сервер удаленного доступа к Internet или любое устройство, удовлетворяющее стандартам EuroISDN.

 Подключение к узлу коммутации производится посредством интерфейса V5.2 (Соответствует Рекомендациям ITU-T Q.512, стандартам ETSI и спецификациям для национальной сети России). Один интерфейс может содержать в себе от 1 до 12 (для данной реализации узла доступа) потоков Е1. Необходимое количество потоков в интерфейсе V5.2 выбирается исходя из количества подключенных абонентских линий (PRA и BRA) и прогнозируемой нагрузки на каждую абонентскую линию. Например, при подключении к узлу доступа только 640 аналоговых абонентов со средней суммарной телефонной нагрузкой на одну абонентскую линию 0.1 Эрл, необходимо использование 3 потоков Е1 в составе интерфейса V5.2.

К одному узлу доступа максимально можно подключить 12 потоков Е1.

Комбинированный узел коммутации и доступа – SAN, представляет собой полнофункциональную телекоммуникационную систему малой ёмкости с функциями ОКС-7 и ЦСИС. Одновременно выполняет функции узла коммутации и доступа. Реализованы все типы цифровых и аналоговых интерфейсов, указанных при описании узла коммутации и узла доступа. Может применяться в качестве сельской оконечной или узловой АТС, в качестве УПАТС или подстанции на городской телекоммуникационной сети. Аппаратно реализован модулем MLC.

В один модуль могут быть установлены до 22 различных периферийных съемных блоков. Следовательно, к одному комбинированному узлу коммутации и доступа могут быть подключены до 352 ЦСИС - абонентов или до 704 аналоговых абонентов, а так же их различные комбинации.

Для расширения абонентской емкости к комбинированному узлу коммутации и доступа, посредством интерфейсов V5.2 или ASMI, могут быть подключены до 4 стандартных узлов доступа или аналоговых абонентских концентраторов (рисунок 3). Однако, для обеспечения требований по необходимой суммарной нагрузки на одну абонентскую линию, не рекомендуется подключать более двух узлов доступа полной конфигурации.

Для подключения аналоговых соединительных линий разработан специальный типовой элемент замены, оборудованный 8 интерфейсами типа С11 для внутриполосных систем сигнализаций.

К одному комбинированному узлу коммутации и доступа максимально можно подключить 12 потоков Е1 (интерфейсы V5.2, ASMI, или межстанционное соединение).

Узел управления – MN, предназначен для централизованного контроля и управления узлами коммутации, узлами доступа, комбинированными узлами коммутации и доступа, системой бесперебойного электропитания MPS. Аппаратно реализован на базе одного или нескольких персональных компьютеров с операционной системой Microsoft Windows NT, объединенных  в локальную сеть. К контролируемым узлам подключается посредством сети TCP/IP.

Состоит из одного или нескольких рабочих мест, каждое из которых может быть использовано для решения следующих задач:

-  надзор и административное управление;

-  диагностика и техническое обслуживание;

-  сбор, обработка и хранение статистической и тарифной информации.

В узле управления находится центральная база данных. С помощью прикладных программ в узле управления можно изменять данные, хранящиеся в центральной базе данных. Системное программное обеспечение в узле управления и в коммуникационном узле выполняет согласование данных, хранящихся в центральной базе данных и локальных базах данных коммуникационных узлов.

Узел управления подключается к контролируемым узлам посредством сети TCP/IP (физический уровень - Ethernet). Для подключения к удаленным коммуникационным узлами в одном из каналов потока Е1 (интерфейс V5.2 или межстанционное соединение) вместо разговорного канала создается канал управления работающий на скорости 64кбит/сек по РРР - протоколу.

Система бесперебойного электропитания – MPS, предназначена для бесперебойного питания телекоммуникационного оборудования постоянным напряжением 48 В или 60 В. При наличии сетевого напряжения обеспечивает электропитание потребителей и аккумуляторных батарей, а при исчезновении сетевого напряжения обеспечивает питание потребителей от батарей.

Список  литературы

1.   Баркун М.А., Ходасевич О.Р. Цифровые системы синхронной коммутации.- М.: Эко-Трендз, 2001.

2.   Баркун М.А Цифровые автоматические телефонные станции. – Минск.: Высшая школа, 1990.

3.   Джангозин А.Д., Шкрыгунова Е.А., Гармашова Ю.М. Цифровая коммутация. Учебное пособие. - Алматы.: АИЭС, 2004.

4.   Гольдштейн Б.С. Системы коммутации. – СПб.: Радио и связь, 2004.

5.   Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Т.1 Современные технологии. - М.: Радио и связь, 2005.

6.   Ершова Э.Б., Ершов В.А. Цифровые системы распределения информации – М.: Радио и связь, 1983.

7.   Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи – М.: Радио и связь, 1998.

8.   Б.С. Гольдштейн, И.М. Ерхиль, Р.Д. Рерле. Стек протоколов ОКС7. Подсистема МТР. Справочник. – М.: Радио и связь, 2003.

9.    Игнатьев В.О. Методы проектирования современных цифровых систем коммутации. Учеб. Пособие. – СПб.: ЭИС,1991.

10.            В.Г. Карташевский. Цифровые системы коммутации для ГТС/ под ред. В.Г. Карташевского и А.В. Рослякова. – М.: Эко-Трендз, 2008.

11.            Руководящий документ единой сети телекоммуникаций Республики Казахстан. Книга 1. Общие положения и концептуальные основы развития ЕСТ РК. – Астана.: 2003.

12.   Докучаев В.А. и др. Основы построения АТСЭ типа SI 2000. - М.: Радио и связь, 2000.

Содержание

Сводный план 2012 г., поз 320