Лекція принципи комутації каналів в цифрових системах комутації

В ЦСК з часовим розділенням каналів використовуються чотирипровідні цифрові лінії (ЦЛ) – групові тракти з часовим розділенням каналів. Кожна ЦЛ має двопровідні тракти: передачі та прийому, які включаються на вхід (ВхЦЛ) і на вихід системи (ВихЦЛ). Комутація полягає у встановленні, утриманні і наступному роз’єднанні систем часових каналів вхідних та вихідних ЦЛ. Кожне з’єднання потребує чотирипровідної комутації.

В цифрових системах комутації використовуються наступні способи комутації каналів вхідних та вихідних цифрових ліній:

• просторова комутація;

• часова комутація;

• просторово-часова комутація.

Згідно завдання, у даній дипломній роботі детальніше розглянемо принципи просторової комутації.

Комутація є цифровою, якщо цей процес здійснюється за допомогою операцій з цифровими сигналами, які несуть інформацію користувача, без їх перетворення в аналогову форму.

Розрізняють два основні види цифрової комутації: комутацію каналів і комутацію повідомлень. Якщо повідомлення користувача комутується сегментами однакової довжини, то має місце комутація пакетів.

У випадку цифрової комутації каналів (channel switching) спочатку створюється наскрізне з'єднання між входом і виходом системи, а потім цим з'єднанням в реальному масштабі часу здійснюється обмін інформацією користувачів. Операції з цифровими сигналами, які переносять цю інформацію, полягають в записі і зчитуванні і тому фізичного з'єднання входу з виходом не існує. Надлишкове навантаження від викликів, які поступають при зайнятості всіх з'єднувальних шляхів, як правило, втрачається. Обмін в реальному часі визначає основну область використання комутації каналів - передачу мови. Недоліком систем з цим видом комутації є відносно низьке використання каналів.

Комутація повідомлень (message switching) принципово відрізняється від комутації каналів тим, що здійснюється не в реальному часі, не потребує наскрізного з'єднання між входом і виходом системи, а надлишкові повідомлення не втрачаються, а запам'ятовуються і передаються із запізненням. Відповідно в системі створюються так звані віртуальні з'єднання, хоча використання каналів є більш ефективним, тривалість доставки повідомлень також може різко зростати, тому такі системи, як правило, непридатні для мовного обміну. Іноді таку комутацію називають комутацією із запам'ятовуванням.

Комутація пакетів (packet switching) відрізняється від комутації повідомлень тим, що всі передані повідомлення розділяються на пакети (частини, сегменти) однакової довжини і кожний пакет передається незалежно, як тільки звільняється відповідний канал зв'язку. На прийомній стороні необхідно відновити повідомлення, скомпонувавши його з пакетів, прийнятих в різні моменти часу і, можливо, різними каналами зв'язку. Комутації пакетів властивий асинхронний спосіб передачі (ATMAsynchronous Transfer Mode) і так звана комутація на вимогу (switching on demand), тобто надання каналу тільки при необхідності передачі пакету. У варіанті швидкої комутації пакетів (FPS Fast Packet Switching) даний вид комутації придатний для передачі будь-яких повідомлень, зокрема і мовних в реальному часі.

Під цифровою системою комутації (ЦСК) розуміють єдиний територіальне розподілений комплекс апаратно-програмних засобів, який складається з основного опорного обладнання (ОпО), яке виконує функції комутації і управління і централізує функції технічної експлуатації і обслуговування системи, і з виносних комутаційних (ВКМ) і абонентських модулів (ВАМ), з'єднаних з ОпО і, можливо, один з одним цифровими внутрішньосистемними з'єднувальними лініями (ЗЛ).

Комутації повідомлень і пакетів властиве зворотне співвідношення. ЦСК з комутацією каналів є синхронними, з комутацією пакетів - асинхронними з адресно-кодовою комутацією.

Такі ЦСК здатні виконувати роль "шлюзу" (gateway) між телефонною мережею загального користування ТМЗК (PSTN - Public Switched Telephone Network) і мережею передачі даних з комутацією пакетів СПДКП (PDN - Packet Data Network), надаючи доступ в останню абонентам ISDN. Проте при цьому основою ЦСК звичайно залишаються синхронні цифрові комутаційні поля (ЦКП - digital switching network), які однаковим чином комутують і канали, і повідомлення, і пакети. Деякі ЦСК мають на додаток до синхронного ЦКП блоки пакетної комутації, побудовані на інших принципах.

В синхронні ЦКП включаються чотирьохпровідні цифрові ущільнені лінії (ЦЛ) - групові тракти з часовим розділенням каналів (ЧРК - time division). Кожна цифрова лінія (ЦЛ) має двохпровідні тракти: передачі, який включається на вхід (вхідна ЦЛ), і прийому, що включається на вихід ЦКП (вихідна ЦЛ). Комутація полягає у встановленні, підтримці і подальшому роз'єднанні в ЦКП з'єднання часових каналів вхідних і вихідних ЦЛ. Кожне інтерактивне (діалогове) з'єднання потребує чотирьохпровідної комутації.

В ЦСК різних типів ЦКП можуть комутувати цифрові потоки з різними швидкостями і структурами циклу передачі, і способами модуляції, найбільш поширеним варіантом є ЦКП, розраховані на стандартні первинні 32-канальні групові тракти ІКМ із швидкістю 2048 кбіт/с і 8-розрядними кодовими словами, що належатьдо так званої плезіохронної цифрової ієрархії ПЦІ (PDH - Plesioch-ronous Hierarchy). В деяких ЦСК комутуються 32-канальні тракти, отримані із стандартних первинних шляхом додавання до кожного кодового слова додаткових восьми службових бітів, що подвоює швидкість передачі (до 4096 кбіт/с). Обладнання, яке комутує тракти синхронної цифрової ієрархії - СЦІ (SDH - Synchronous Digital Hierarchy), поки що застосовується переважно на первинній мережі для її модернізації і перетворення в сучасну транспортну мережу (transport network), здатну транспортувати і автоматично перерозподіляти будь-які цифрові інформаційні потоки, незалежно від їх швидкості і структури. Деякі сучасні ЦСК також здатні комутувати тракти першого рівня СЦІ (155.22 Мбіт/с) і, відповідно, надавати послуги широкосмугової ISDN (Broadband ISDN - B-ISDN). Для цього використовується окреме комутаційне поле, побудоване на принципах швидкої комутації пакетів і асинхронного способу передачі інформації (FPS & ATM). Існують також ЦСК, які комутують канали трактів з дельта- модуляцією.

Синхронні ЦКП завжди мають модульну будову. У межах однієї мінімальної конструктивної одиниці нарощування ємності ЦКП (блоку, модуля) комутація може здійснюватися одним з наступних способів:

• якщо кодове слово одного канального інтервалу (КІ) певної ЦЛ завжди переноситься в іншій КІ цієї ж ЦЛ, то комутація називається часовою;

• якщо кодове слово одного канального інтервалу певної ЦЛ завжди переноситься в однойменний КІ іншої ЦЛ, то комутація називається просторовою;

• якщо кодове слово одного канального інтервалу певної ЦЛ може переноситься в різні КІ різних ЦЛ, то комутація називається просторово-часовою.

Комутаційні блоки однакового типу об'єднуються в каскад або ступені шукання. Відповідно до способу комутації розрізняють каскад (ступінь) наступних типів: Ч (часової), П (просторової) і ЧП (просторово-часової комутації). Сукупність каскадів (ступенів) шукання створює комутаційне поле.