Рассмотрим в данной статье основные методы коммутации в сетях.

В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).

Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети. Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную некоммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени. Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.

Коммутация - это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching);
• коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства коммутации каналов:

• постоянная и известная скорость передачи данных;
• правильная последовательность прихода данных;
• низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов:

• возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения;
• нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей;
• обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.

Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.

При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов - это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Достоинства коммутации пакетов:

• более устойчива к сбоям;
• высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
• возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов:

• неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
• переменная величина задержки пакетов данных;
• возможны потери данных из-за переполнения буферов;
• возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

Cпособы передачи пакетов в сетях:

• Дейтаграммный способ – передача осуществляется как совокупность независимых пакетов. Каждый пакет двигается по сети по своему маршруту и пользователю пакеты поступают в произвольном порядке.
• Достоинства: простота процесса передачи.
• Недостатки: низкая надежность засчет возможности потери пакетов и необходимость программного обеспечения для сборки пакетов и восстановления сообщений.
• Логический канал - это передача последовательности связанных в цепочки пакетов, сопровождающихся установкой предварительного соединения и подтверждением приема каждого пакета. Если i-ый пакет не принят, то все последующие пакеты не будут приняты.
• Виртуальный канал – это логический канал с передачей по фиксированному маршруту последовательности связанных в цепочки пакетов.
• Достоинства: сохраняется естественная последовательность данных; устойчивые пути следования трафика; возможно резервирование ресурсов.
• Недостатки: сложность аппаратной части.

В данной статье мы рассмотрели основные методы коммутации в вычислительных сетях, с описание каждого метода коммутации с указанием достоинст и недостатков.

Коммутация в телекоммуникациях

Коммутация

Структура станции коммутации

Иерархия коммутаций

Коммутация каналов и коммутация пакетов

Передача данных по телекоммуникационным сетям

Коммутация

Функции, выполняемые узлом сети в процессе организации и распада соединительных трактов между абонентами, называются коммутацией . Коммутация означает временное установление пути передачи от определенного входа до определенного выхода в сети или же в группе таких входов и выходов.

Сеть , в которой соединительные тракты сначала создаются для каждого обмена сообщениями, а после его окончания распадаются на участки, называется коммутируемой . Однако на сети всегда могут быть абоненты, имеющие постоянные соединительные тракты или тракты, организуемые на определенное время по расписанию.

Коммутация осуществляется с помощью комплекса специальных устройств под общим названием «станция коммутации». Употребительны также названия более специфические названия « автоматическая телефонная станция» и « система коммутации».

Автоматическая телефонная станция (АТС) – комплекс устройств, на котором заканчивается множество абонентских линий и который может связать линии между собой или осуществить передвижение сигнала между линиями. Коммутация на АТС означает временную связь между телефонными аппаратами, компьютерами или устройствами, которая устанавливается набором номера.

Система коммутации - устройство, которое соединяет или разъединяет две линии передачи между собой.

Пункт А Пункт Б

Рис.8.1. Место станций коммутации в обобщенной схеме системы электросвязи

В рассмотренной выше схеме передатчик и приемник могут рассматриваться как станции коммутации . В качестве линий передачи выступают двухпроводные соединительные линии между станциями. Станции коммутации являются обязательным элементом простейшей телекоммуникационной сети, рассмотренной ниже.

Простейшая телекоммуникационная сеть

Лицо, пользующееся услугами связи, называется абонентом. Для выхода на связь абонент пользуется своим абонентским устройством (телефонным аппаратом, компьютером или телевизором).

Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение через соответствующее устройство. Это устройство называется станцией коммутации. Абонент идентифицирует требуемое соединение с помощью набора номера, который передается через абонентскую линию в станцию коммутации. Набранный номер содержит контрольную информацию о звонке и маршруте для установления соединений.

В принципе все телефонные аппараты можно соединять кабелями по правилу: «каждый с каждым», как это было на заре телефонии. Однако когда число телефонных аппаратов растет, то оператор вскоре замечает, что приходится часто коммутировать сигналы с одной пары проводов на другую. Очевидно, что, построив станцию коммутации в центре района массового проживания абонентов, можно значительно сократить общую длину проводов. Совсем немного проводов требуется и между районными станциями, т.к. число одновременно происходящих звонков во много раз меньше числа абонентов, см. рис. 8.2. Первые станции коммутации были ручными, коммутации делались на щите переключений.

Рис. 8.2. Простейшая телекоммуникационная сеть.

Телефонные аппараты абонентов были соединены со станциями коммутации с помощью абонентских линий, каждая из которых представляет собой пару проводов. В свою очередь станции коммутации, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), были соединены соединительными линиями (СЛ), каждая из которых представляет собой пару проводов.

Строунджер предложил первую автоматическую станцию коммутации в 1887 году. С этого времени управление коммутацией осуществляется абонентами с помощью набора номера. Много десятилетий станции коммутации были комплексами электромеханических реле, но в последние несколько десятилетий они развились в цифровые системы коммутации с программным управлением. Современные станции имеют очень большую емкость – десятки тысяч абонентов, и тысячи из них одновременно производят звонки в час пик.

Если станции коммутации находятся в разных городах, то они соединяются линиями связи, каждая из которых содержит несколько десятков каналов связи.

Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения двух конечных абонентских устройств, называется соединительным трактом . Число коммутационных узлов и линий связи в соединительном тракте зависит от структуры сети и направления соединения.

Структура станции коммутации

Станция коммутации представляет собой устройство, предназначенное для установления, поддержания и разъединения соединений (абонентов).

Для выполнения своих функций станция коммутации должна иметь, рис. 8.3:

· коммутационное поле (КП), состоящее из коммутаторов и предназначенное для соединения входящих и исходящих линий (каналов) на время передачи информации;

· управляющее устройство (УУ), обеспечивающее установление соединения между входящими и исходящими линиями через коммутационное поле, а также прием и передачу управляющей информации.

Рис.8.3. Основные составляющие станции коммутации

Основой станции коммутации является коммутационное поле, которое состоит из элементов коммутации, точек коммутации и коммутаторов.

Элемент коммутации – простейший ключ, который может с помощью управляющего устройства замыкаться и размыкаться. Ключом может быть металлический контакт или полупроводниковый переключатель.

Точка коммутации - несколько одновременно работающих ключей.

Коммутатор – коммутационная схема с n входами и m выходами. В каждой точке пересечения входа с выходом должен быть предусмотрена точка коммутации. На схеме входы представлены горизонтальными, а выходы вертикальными линиями.

Кроме того, на станции имеются источники электропитания, устройства сигнализации и учета параметров нагрузки (количества сообщений, потерь, длительности занятия и др.).

В некоторых случаях станция коммутации может иметь устройства приема и хранения информации, если таковая передается не непосредственно потребителю информации, а предварительно накапливается на узле. Такие узлы применяются в системах коммутации сообщений .

Рис. 8.4. Элементы коммутации, точки коммутации и коммутаторы

Главная задача телефонной станции коммутации построить соединительный тракт между абонентом А, который инициирует звонок, и абонентом Б,

соответственно информации, содержащейся в набранном номере.

Построенный разговорный тракт должен сохраняться вплоть до сигнала отбоя. Этот принцип называется коммутацией каналов в отличие от коммутации пакетов , которая часто используется в компьютерных сетях.

В прошлом коммутационное поле было электромеханическим и контролировалось импульсами с телефона. Позднее, контрольные функции были интегрированы в общий блок контроля. В настоящее время общий блок контроля представляет собой эффективный и надежный компьютер или микропроцессор со значительным программным обеспечением, работающим в режиме реального времени. Станция с таким обеспечением называют станциями коммутации с программным контролем, см. рис.8.5.

Каждая станция коммутации организует соединение между абонентами А и Б в соответствии сигнальной информацией, которую получает от абонента или от предыдущей станции. Если эта станция не является учрежденческой, то она передает сигнальную информацию к ближайшей станции чтобы строить разговорный тракт далее.

Рис. 8.5 Станция коммутации с программным контролем

Иерархия коммутаций

На заре телефонии коммутаторы или станции коммутаций были локализованы в центре района обслуживания и производили соединения для абонентов этого района. Однако и по сей день станции коммутации принято рассматривать как центральные службы.

Когда телефонная плотность выросла, и появился спрос на разговорные тракты большой длины, появилась необходимость связывать соединительными линиями центральные станции. С дальнейшим ростом телефонного обмена потребовалось уже связывать новые коммутаторы с центральными станциями, появился второй уровень коммутации, включающий в себя транзитные коммутаторы. В настоящий момент сети имеют несколько уровней коммутации.

Формы, наименования и число уровней иерархии коммутаций разнятся от страны к стране. Рис. 8.6 показывает пример возможной иерархии коммутируемой сети.

Иерархическая структура сети помогает оператору управлять сетью и сделать прозрачными основные принципы маршрутизации звонков. Звонок направляется каждой станцией вверх по иерархии, если пункт назначения не локализован по уровню ниже этой станции. Структура телефонного номера поддерживает этот простой принцип маршрутизации вверх и вниз по уровням иерархии.

Рис. 8.6. Иерархия станций коммутации

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Орловский Государственный технический университет

Орловский технологический институт

Орловский политехнический колледж

По дисциплине: «Типовые элементы САУ»

Тема: «Коммутационные элементы»

Специальность: 220301

Реферат защищен с оценкой:

Руководитель: Гаранжа Т.С.

КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Назначение. Основные понятия

Коммутационные элементы предназначены для включения, отключения и переключения электрических цепей. Под коммутацией обычно понимают выполнение этих трех операций. Различают коммутационные элементы ручного и автоматического управления. Коммутационные элементы ручного управления срабатывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления. Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их приводные органы. Основной частью таких элементов обычно является электромагнит, входным сигналом для них служит электрический ток или напряжение. Автоматические коммутационные элементы используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами. Они рассматриваются в последующих главах данного раздела.

В этой главе рассмотрены коммутационные элементы с механическим приводом. Используются они, как правило, для местного управления и для подачи сигналов о достижении каких-либо промежуточных и конечных положений. По своему назначению коммутационные элементы подразделяют на два вида: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромагнитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры. Изучение коммутационных элементов для силовых цепей не входит в нашу задачу. Отметим только, что наибольшее распространение для этих целей получили рубильники и переключатели рубящего типа, обеспечивающие быстрое размыкание и имеющие специальные устройства для гашения электрической дуги.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управления, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по допустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом числе срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовозвратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управления.

К коммутационным элементам с механическим приводом относятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавишные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а также концевые и путевые выключатели.

Кнопки управления и тумблеры

Кнопки управления - это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герметичные, взрывобезопасные и т. д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок (рис.1, а, б) все они имеют неподвижные контакты 1 и подвижные контакты 6, перемещаемые с помощью толкателя 3. Внешняя цепь подсоединяется к кнопке с помощью винтовых зажимов 7. Корпус 2 кнопки фиксируется на панели управления гайками 4 и 5.

Рис. 1. Конструкции кнопок управления

Электрические параметры наиболее распространенных кнопок приведены в табл.1. Кнопки управления общепромышленного применения серий КУ и КЕ имеют различные исполнения и формы толкателей.

Таблица 1. Электрические параметры кнопок управления различных типов

Для коммутации цепей электроники выпускаются специальные кнопки (например, типа ВК14-1). Малогабаритные кнопки управлениявыполняют на основе микровыключателя типа МП, который используют в качестве исполнительного контактного элемента в тумблерах типа MT1 и МТП. Долговечность и надежность кнопок управления оценивают коммутационной износостойкостью, которую выражают в гарантированном числе циклов включений-отключений под нагрузкой. Этот параметр различен для разных кнопок и условий эксплуатации. Например, для кнопок типа ВК14-21 с медными контактами он составляет 0,25 * 10 6 циклов, с биметаллическими контактами - 2,5 * 10 б, с серебряными контактами - 4 * 10"" циклов. Механическая износостойкость всегда превышает коммутационную. В последнее время все большее распространение получили кнопки управления с прямоугольной формой толкателя - их называют клавишами.

На основе кнопок управления изготовляют кнопочные станции, содержащие до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе. Такие коммутационные устрой ства называют кнопочными или клавишными переключателями (рис.2).

Рис.2. Кнопочный переключатели

Переключатель представляет собой наборную панель из кнопок 1 (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снабженных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным. Кнопки могут также иметь самовозврат в исходное положение или чередование включенного и отключенного фиксированных положений. Каждая кнопка или клавиша осуществляет коммутацию одной или нескольких цепей. Некоторые типы переключателей снабжают специальной кнопкой возврата (сброса) включенных кнопок в исходное положение. В этом случае возможно включенное положение нескольких кнопок одновременно. Особенностью этих переключателей является двухпозиционное положение (включено, отключено) каждой кнопки или клавиши. Необходимый режим или программа управления задается путем набора включенных и отключенных положений соответствующих кнопок (клавиш). При этом положение кнопок или клавиш (поднятое или утопленное) играет роль указателя. Для этой цели используют также световые сигнализаторы 3 (лампы или светодиоды), вмонтированные в корпус блока переключателя (рис.2). Закрытое исполнение и использование высококачественных материалов (биметаллов, сплавов серебра и т. п.) для контактов обеспечивают малые переходные сопротивления, что весьма важно при установке этих переключателей в низковольтных и слаботочных цепях автоматики и электроники.

Для более мощных цепей автоматики применяют тумблеры, ис­пользуемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей. На рис.3 показано устройство двухпозиционного тумблера. Мостиковый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика /, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов 2. Переключение контактов тумблера осуществляется воздействием на рычаг 3, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспечивается пружиной 4. Номинальный ток тумблера I и 2 А при напряжении 220 В, масса их не превышает 30 г.

Рис.3. Двухпозиционный тумблер

Для коммутации нескольких цепей при нескольких фиксированных положениях для выбора различных режимов работы используются пакетные переключатели. Такой переключатель (рис.4, а) состоит из ряда слоев - пакетов 3 (показан отдельно на рис.4, б), внутри которых находятся подвижный 5 и неподвижный 4 контакты. Подвижный контакт 5 закреплен на оси 2, вращающейся с помощью рукоятки 1 и имеющей ряд фиксированных положений, и которых замыкаются неподвижные контакты одного из пакетов. Выводы 6 неподвижных контактов закреплены в корпусе переключателя. Недостаток таких пакетных переключателей - низкая надежность скользящих контактов.

Пакетные переключатели кулачкового типа, в которых электрическая цепь замыкается неподвижными контактами, более надежны. Подвижными у них являются диэлектрические кулачки, которые и замыкают контакты в зависимости от профиля кулачка и положения оси. Конструкции пакетных переключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить десятки и сотни вариантом разнообразных схем соединений при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений до X (через 45, 60 или 90°).

Коммутационный узел представляет собой устройство, предназначенное для приема, обработки и распределения поступающей информации. Для выполнения своих функций коммутационный узел должен иметь: коммутационное поле КП, предназначенное для соединения входящих и исходящих линий (каналов) на время передачи информации; управляющее устройство УУ, обеспечивающее установление соединения между входящими и исходящими линиями через коммутационное поле, а также прием и передачу управляющей информации.

К аппаратуре для приема и передачи управляющей информации относятся регистры Рег, или комплекты приема номера КПП, кодовые приемопередатчики и пересчетные устройства; линейные комплекты входящих и исходящих линий (каналов) ЛК, предназначенные для приема и передачи линейных сигналов (сигналов взаимодействия) по входящим и исходящим линиям или каналам для выделения каналов в системах передачи, а также для приема и передачи сигналов взаимодействия с управляющими устройствами узла; шнуровые комплекты ШК предназначены для питания микрофонов телефонных аппаратов, приема и посылки служебных сигналов в процессе установления соединения; устройства ввода и вывода линий (кросс). Кроме того, на узле имеются источники электропитания, устройства сигнализации и учета параметров нагрузки (количество сообщений, потерь, длительности занятия и др.).

В некоторых случаях коммутационный узел может иметь устройства приема и хранения информации, если таковая передается не непосредственно потребителю информации, а предварительно накапливается на узле. Такие узлы применяются в системах коммутации сообщений.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

• по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передачи данных и др.);
• по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автоматические);
• по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения);
• по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);
• по типу коммутационного и управляющего оборудования (электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные);
• по системам применяемого коммутационного оборудования (декадно-шаговые, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные);
• по емкости, т. е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);
• по типу коммутации (оперативная, кроссовая, смешанная);
• по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной, пространственно-частотный);
• по способу передачи информации от передатчика к приемнику (узлы коммутации каналов, обеспечивающие коммутацию каналов для непосредственной передачи информации в реальном масштабе времени от передатчика к приемнику после установления соединительного тракта: узлы коммутации сообщений и узлы коммутации пакетов, обеспечивающие прием и накопление информации на узлах с последующей ее передачей в следующий узел или в приемник).

Ступени искания Каждая абонентская линия на АТС включается в абонентский комплект (АК), содержащий два реле, которые принимают сигнал вызова станции и отмечают состояние АЛ. Для создания разговорного тракта связи двух абонентов АК вызывающего абонента (в дальнейшем будем называть его абонентом А) должен соединиться с АК вызываемого абонента (абонент Б) через один из имеющихся на станции приборов коллективного пользования, называемых шнуровыми комплектами (ШК). Шнуровой комплект содержит около десятка реле, обеспечивает подачу постоянного тока питания в АЛ разговаривающих абонентов, посылает в АЛ информационные (акустические) сигналы, принимает сигналы отбоя после окончания разговора и выполняет ряд других функций. В системах АТС большой емкости в разговорном тракте участвуют два ШК - исходящий шнуровой комплект (ИШК) взаимодействующий с абонентом А, и входящий (ВШК), контролирующий линию абонента Б. Общее число ИШК (или ВШК) на АТС значительно (примерно в 10-12 раз) меньше числа АК, которое равно емкости станции. Это объясняется тем, что в каждый данный момент времени потребность в телефонной связи возникает только у небольшой части абонентов АТС. Различие в числе АК и ШК приводит к необходимости включения между этими приборами коммутационной ступени предварительного искания (ПИ) или предыскания Ступень предыскания характеризуют следующие параметры

• емкость нагрузочной группы Nн.г, равная числу АК, включаемых в один коммутационный блок (статив) ступени предыскания; емкость абонентской группы Nа.г, равная суммарной емкости всех нагрузочных групп, обслуживаемых одной совокупностью (пучком) ШК или ИШК; число приборов (комплектов) VИШК в пучке ШК или ИШК, обслуживающем одну абонентскую группу;
• доступность D, равная числу ШК или ИШК, к которым может подключиться какой-либо вызывающий АК. Если D < VИШК, то пучок ИШК является неполнодоступным, при D=VИШК пучок полнодоступный. Как видно приборы ступени предыскания в различных системах АТС называются по-разному: искатели вызовов (ИВ) - в машинных АТС; предыскатели (ПИ) - в декадно-шаговых АТС; приборы абонентского искания (АИ) - в координатных АТС. При отсутствии свободных ИШК, доступных вызывающему АК, возникают потери вызовов. В декадно-шаговых АТС абонент А получает при этом акустический сигнал "Занято" и должен дать отбой. В машинных и координатных АТС потери выражаются в том, что абонент А*, не получая никакого сигнала, ожидает освобождения какого-либо ИШК (при длительном ожидании абонент может дать отбой).

После завершения работы коммутационных приборов на ступени предыскания и подключения ИШК к АК абонента А последний получает акустический сигнал "Ответ станции" и набирает одну за другой цифры номера абонента Б. На основе этой адресной информации, поступающей из АЛ абонента А, приборй АТС должны соединить ШК, занятый абонентом А, с АК абонента Б, создав тем самым разговорный тракт связи абонентов А и Б. На АТС малой емкости для решения этой задачи достаточно одной ступени линейного искания (ЛИ), в выходы которой включены все АК данной станции

Параметрами ступени ЛИ являются:

• емкость блока линейного искания МЛИ, равная числу АК, включаемых в выходы блока;
• число входов блока NЛИ равное числу включаемых в данный блок ВШК (или ШК).

а - непосредственное управление и прямое установление соединений; б - регистровое управление В координатных АТС ступени предварительного и линейного искания объединены в ступень абонентского искания АИ. В примере на к входам ступени ЛИ подключены все ШК. Под изображением ступени ЛИ в кружках указаны цифры абонентского номера, на основе которых совершалась работа коммутационных приборов ЛИ. Из рассмотренного выше видно, что в процессе установления соединения на АТС совершается искание двух видов: свободное, не требующее использования адресной информации, и вынужденное, для выполнения которого такая информация необходима. Ясно, что ступень предыскания работает в режиме свободного искания, а на ступени ЛИ совершается вынужденное искание. После подключения ШК (или ВШК) к АК абонента Б осуществляется проба вызываемой АЛ. Если эта АЛ занята, т.е. участвует в другом, ранее установленном разговорном соединении, то абоненту А посылается акустический сигнал "Занято" из ШК (ВШК). В некоторых системах такой сигнал посылается из АК абонента А после освобождения ШК и приборов АТС на ступенях искания. Если АЛ абонента Б свободна, то в эту АЛ посылается "Сигнал вызова" для работы звонка телефонного аппарата, а в АЛ абонента А посылается акустический сигнал "Контроль посылки вызова" (КПВ). После ответа абонента Б посылка сигналов прекращается, и образуется цепь передачи разговорных токов.

При поступлении из АЛ разговаривающих абонентов сигналов отбоя (длительное размыкание шлейфа АЛ) установленное разговорное соединение нарушается и участвовавшие в нем приборы АТС освобождаются. Параметры посылаемых в АЛ информационных сигналов Наряду со ступенями предварительного и линейного искания на городских АТС применяются ступени группового искания (ГИ). Это вызвано тем, что общее число АК станции намного больше, чем емкость коммутационного блока ЛИ (N>М ЛИ), и, следовательно, включить все АК в один блок ЛИ невозможно. Поэтому ступень ЛИ разбивают на абонентские группы (емкостью Мп]л каждая), и для выбора этих групп используют одну или несколько ступеней ГИ Ступень ГИ характеризуют следующие параметры:

• максимально возможное число направлений (абонентских групп) Н, которое может быть выбрано с помощью ступени ГИ;
• доступность Д равная числу выходов одного направления, к которым в процессе искания может быть подключен вход коммутационного блока ГИ;
• число входов Nвх одного блока ГИ.

Если на ступени ГИ использовать коммутационные блоки с H = 10, то одной ступени ГИ окажется недостаточно для выбора всех 30 блоков ЛИ. Поэтому в данном случае необходимы две ступени ГИ: одна ступень (IГИ) используется для выбора направления к одной из трех тысячных групп, а другая ступень (IIГИ) обеспечивает выбор сотенного блока ЛИ в пределах данной тысячной группы. В общем случае необходимое число ступеней ГИ s, общая емкость ГТС N и параметры H и МЛИ связаны соотношением Определим, например, число s ступеней ГИ для ГАТС, в предположении, что она является декадно-шаговой. Общая емкость сети N = NГАТС + Nпс + NАУПАТС = 4000 + 1000 + 500 = 5500; из табл. 1.2 определяем H=10, МЛИ = 100, поэтому условие принимает вид 10s-100>5500, т.е. 10s > 55, что выполняется при s = 2. На любой ступени ГИ всегда совершаются два,вида искания: вынужденное - для выбора требуемого направления и свободное - для выбора свободного выхода в данном направлении (т.е. выхода к следующей ступени искания). На рис. 6.3.2 указано" какие цифры набираемого абонентом номера используются в данном примере для вынужденного искания на ступенях IГИ и IIИ. Для упрощения шнуровые комплекты и ступень предыскажния. Рассмотренные выше принципы установления соединений относятся к АТС с непосредственным управлением, при котором адресная информация направляется непосредственно в управляющие комплекты (УК) коммутационных блоков ступеней искания. В отличие от этого на АТС с регистровым управлением адресная информация принимается и накапливается вначале в специальном приборе - регистре, откуда затем по мере необходимости передается быстродействующим способом в приборы управления на ступенях искания Для приема информации регистр должен подключаться к ШК. Во время разговора регистр не занимается, поэтому общее число регистров значительно (в 5-10 раз) меньше числа ШК. Различие в количестве ШК и регистров делает необходимой ступень регистрового искания (РИ). Ступень РИ всегда работает в режиме свободного искания, обеспечивая подключение любого свободного регистра к занявшемуся ШК.

Системы АТС различаются также по способу установления соединения на ступенях искания. На показана АТС с прямым установлением соединений, при котором УК коммутационного блока ЛИ являются индивидуальными, т.е. закреплены за отдельными входами блока. Такие УК фактически связаны с разговорными трактами и конструктивно совмещаются с ШК. В АТС с обходным установлением соединений коммутационные блоки обслуживаются коллективными УК, получившими в координатных АТС название маркеров. Маркер обслуживает поочередно все вызовы, поступающие на входы коммутационного блока, с разговорными трактами он не связан.

Глава 7. Принципы построения систем коммутации.

§ Структура и классификация коммутационных узлов

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и пе­реключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством коммутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи.

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями. КУ, находящиеся на территории одного населен­ного пункта, соединяются соединительными линиями. Если КУ находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, на­зываются междугородными или внутризоновыми.

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто стан­цией. В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции. Лицо, пользующееся абонентским устройством для пе­редачи и приема информации, называется абонентом. Для пе­редачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить со­единение между этими устройст­вами через соответствующие узлы и линии связи. Для осуществ­ления соединения на коммутационных узлах устанавливается коммутационная аппаратура.

Совокупность линейных и станционных средств, предназна­ченных для соединения оконечных абонентских устройств, назы­вается соединительным трактом. Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от ст­руктуры сети и направления соединения.

Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами.

На коммутационном узле соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (напри­мер, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной, а второго - кроссовой (долговременной).

Коммутационный узел (КУ) представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для приема, обработки и распре­деления поступающей информации. Наиболее типичным примером КУ является коммутационная станция, в которую включа­ются абонентские и соединительные линии. Упрощенная струк­турная схема коммутационного узла представлена на рис.

Рис. Структура коммутационного узла

Для выполнения своих функций КУ должен иметь в своем составе следующие основные блоки :

Коммутационное поле (КП) - представляет собой сово­купность коммутационных приборов, с помощью которых обеспечивается соединение включенных в станцию абонент­ских и соединительных линий.

Управляющее устройство (УУ) - предназначено для управления процессом установления соединений. В его со­став входит аппаратура для приема, формирования и переда­чи управляющей информации. На основании информации о номере вызываемого абонента или направлении связи, при­нятой от источника вызова, УУ включает соответствующие элементы коммутационного поля, в результате чего осуще­ствляется соединение между соответствующими входом и выходом.

Блоки соединительных линий (БСЛ), через комплекты со­единительных линий (КСЛ) которых подключаются линии свя­зи от (к) других КУ посредством аналоговых или цифровых соединительных линий (СЛ). При использовании однонаправлен­ных СЛ разделяют входящие и исходящие КСЛ.

Блоки абонентских линий (БАЛ), через абонентские ком­плекты (АК) которых к станции подключаются абонентские линии.

В состав оборудования КУ также входят дополнительные блоки :

Кросс - устройство ввода и вывода линий.

Шнуровые комплекты (ШК), которые в АТС координат­ного типа служат для питания телефонных аппаратов, а также приема и посылки служебных сигналов в процессе установле­ния соединения.

Источники электропитания .

Приборы контроля за работой оборудования .

Приборы учета параметров нагрузки .

На коммутационных узлах могут устанавливаться соедине­ния следующих видов:

внутристанционное - соединение осуществляется между абонентами данной телефонной станции;

исходящее - соединение устанавливается по инициативе абонента данной станции с абонентом другой станции через со­единительную линию;

входящее - соединение устанавливается с абонентом дан­ной станции по вызову, поступившему по соединительной ли­нии от другой станции;

транзитное - на данной станции коммутируются две сое­динительные линии с целью соединения абонентов других станций.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

по виду передаваемой информации (телефонные, теле­графные, вещания, передачи данных и др.);

по способу обслуживания соединений (ручные, автомати­ческие);

по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения);

по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);

по типу коммутационного и управляющего оборудования (декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, элект­ронные);

по емкости ,т. е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);

по типу коммутации (оперативная, кроссовая);

по способу разделения каналов (пространственный, простран­ственно-временной);

по способу коммутации (коммутация каналов, коммута­ция сообщений, коммутация пакетов).

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов )и управления процессами установления соединения на АТС применяются коммутационные приборы.

Коммутационным прибором (КПр) называется уст­ройство, обеспечивающее скачкообразное изменение про­водимости электрических цепей на определенный проме­жуток времени. Различают коммутационные приборы кон­тактные и бесконтактные .

В контактных приборах проводимость меняется путем замыкания и размыкания контактов, включенных в электрическую цепь. В бескон­тактных приборах изменение проводимости достигается изменением какого-либо параметра (сопротивления, индук­тивности или емкости) одного из элементов электрической цепи. Изменение проводимости электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутацион­ным элементом (КЭ) .

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т.д.), по­этому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, кото­рые объединены в коммутационную группу . При этом комму­тационные элементы переключаются одновременно под влия­нием управляющего сигнала.

По способам управления КПр можно разделить на прибо­ры ручной и автоматической коммутации. Приборы ручной коммутации управляются механическим воздействием челове­ка (ключи, кнопочные переключатели, телефонные гнезда и штепселя). Приборы автоматической коммутации управляют­ся электрическими сигналами.

В коммутационном приборе в зависимости от числа входных и выходных линий может быть установлено раз­личное число коммутационных групп. Совокупность ком­мутационных групп, обеспечивающая коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора.

Местоположение коммутационной группы в коммутацион­ном поле прибора (или в коммутационном блоке, постро­енном из нескольких приборов) называется точкой комму­тации .

Для коммутации электрических цепей используются при­боры, которые обеспечивают два устойчивых состояния своих коммутационных элементов (или групп). При этом электриче­ская цепь, проходящая через КЭ, в одном состоянии разом­кнута (т.е. закрытое состояние), а в другом замкнута (откры­тое состояние).

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами.

К структурным параметрам относятся: число входов n, число выходов m, доступность входов D по отношению к выходам, число одновременно коммутируемых электриче­ских цепей (проводность), свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации T ,число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных со­единений.

К электрическим параметрам коммутационных прибо­ров относятся: сопротивление коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии и открытом (замкнутом) состоянии отношение которых называется комму­тационным коэффициентом ; время переключе­ния КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; величина тока, необходимого для переключения КЭ; потреб­ляемая мощность.

Некоторые коммутационные приборы обладают свой­ством памяти ,т.е. способностью сохранять рабочее со­стояние после прекращения подачи управляющего воздей­ствия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния прибора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управ­ляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные прибо­ры по структурным параметрам можно разделить на четыре типа:

1. Коммутационные приборы типа реле (1 x 1) имеют один вход и один выход.

2. Коммутационные приборы типа искатель (1 x m )име­ют один вход n = 1 и m выходов.

3. Коммутационные приборы типа многократный соеди­нитель n (1 x m ) имеют n входов и nm выходов.

4. Коммутационные приборы типа соединитель (n x m )имеют n входов и m выходов.

Посредством коммутационных приборов строятся ком­мутационные блоки, ступени искания и коммутационное поле автоматических телефонных (телеграфных и др.) станций и узлов, управляющие устройства, линейные и служебные ком­плекты.