Основные подсистемы модельной АТС

Прежде дадим определение изображенной на рис. 1.2 модельной АТС. Модельная АТС отображает совокупность программно-аппаратных средств, предназначенных для обработки вызовов, поступающих по або- нентским и соединительным линиям сети, для предоставления инициато- рам этих вызовов основных и дополнительных услуг связи, а также для учета и для начисления платы за услуги связи. Это определение охватывает автоматические телефонные станции всех типов, используемые в Единой сети электросвязи РФ, а именно: городские автоматические телефонные станции (АТС), учрежденческие телефонные станции (УАТС), узлы вхо- дящего (УВС) и исходящего (УИС) сообщения городских телефонных се- тей, узлы спецслужб (УСС), междугородные станции (АМТС), узлы авто- матической коммутации (УАК), центральные (ЦС), узловые (УС) и оконеч- ные (ОС) сельские телефонные станции и другие устройства распределения

информации.

Все функции модельной АТС на рис. 1.2, необходимые для реализации услуг с заданным качеством, можно разделить на следующие подсистемы:

· подсистема управления, принимающая логические решения относи- тельно реализации услуг. Подсистема управления представляет собой вы- числительную сеть, работающую в режиме разделения функций, источни- ков нагрузки, нагрузки;

· подсистема коммутации, которая обеспечивает по командам, полу- чаемым от подсистемы управления, соединение любого ВИ любой входя- щей цифровой линии с любым ВИ любой исходящей цифровой линии. Подсистема коммутации строится на цифровых дискретных элементах, и допустимый уровень сигнала определяется элементной базой, на которой она реализована;

· подсистема доступа, реализующая функции, которые могут (должны) быть реализованы только и только на участке внешних линии (абонент- ских, соединительных) – цифровых линий, включенных в подсистему ком- мутации;

· подсистема сигнализации служит «посредником» между подсистемой управления и внешним окружением (абонентскими линиями от терминаль- ного оборудования, соединительными линиями от смежных узлов комму- тации) при обмене сигналами в процессе реализации услуг. В направлении приема она обеспечивает достоверный прием сигнала и преобразование его в форму, «понятную» подсистеме управления. В направлении передачи – по команде подсистемы управления передается сигнал в виде, «понятном» внешнему окружению;

· подсистема синхронизации, задачей которой является обеспечение синхронной работы как подсистем между собой, так и всех цифровых схем каждой из подсистем. Это достигается за счет выработки четко синхрони-

зированных импульсных последовательностей, заставляющих работать ка- ждую из цифровых схем;

· подсистема технической эксплуатации - (ОА&М) управления ресур- сами O=Operation, администрирования A=Administration и техобслужива- ния M=Maintenance. Подсистема обеспечивает работу модельной АТС в моменты возникновения внештатных ситуаций (коэффициент готовности 0.99999). Кроме того, она обеспечивает возможность получения обслужи- вающим персоналом аварийных сообщений и дает ему «инструмент» для локализации неисправностей, перераспределения оборудования, его ремон- та или замены и администрирования баз данных.

Подсистема коммутации

Для построения подсистемы коммутации, которую чаще называют цифровым коммутационным полем (ЦКП), используются цифровые ком- мутаторы двух типов: пространственные и комбинированные. Пространст- венный коммутатор (space switch) реализуется на базе мультиплексоров (Mx) или демультиплексоров (Dx), обеспечивает коммутацию только одно- именных ВИ разных цифровых линий. Основным достоинством этого ком- мутатора является отсутствие задержки информации в процессе коммута- ции. Комбинированный коммутатор соединяет любой ВИ любой входящей цифровой линии с любым ВИ любой исходящей цифровой линии и строит- ся на принципах временного коммутатора. Учитывая это, в англоязычной литературе он называется временным (time switch). При этом он является основным коммутационным элементом.

Подсистема коммутации (ЦКП) должна удовлетворять следующим ос- новным требованиям.

1. Осуществлять соединение любого входа с любым выходом.

2. Иметь модульное построение, позволяющее строить ЦКП разной ем- кости.

3. Вероятность внутренних блокировок не должна превышать 0,001.

4. Обеспечивать дуплексные соединения, т.е. предусматривать комму- тацию двух трактов: прямого и обратного направлений передачи.

5. Время задержки информации в процессе коммутации не должно пре- вышать допустимую величину.

6. Быть надежной, так как выход из строя ЦКП приводит к выходу из строя узла коммутации.

ЦКП может строиться как по звеньевому принципу, так и по матрич- ному. Звеньевой принцип построения ЦКП показан на рис. 1.3. Основным достоинством такого подхода является экономичность, т.е. начиная с опре- деленной емкости, ЦКП требуется меньшее число комбинированных ком- мутаторов (КК). Однако с ростом емкости ЦКП необходимо увеличивать число каскадов, что будет приводить к увеличению времени задержки ин- формации в процессе коммутации. Для устранения этого недостатка между

каскадами, построенными на комбинированных коммутаторах, использу- ются каскады, которые строятся на пространственных коммутаторах (ПК). При таком подходе к построению ЦКП особое внимание надо обращать на вероятность внутренних блокировок и на время задержки информации.

n - 1

m - 1

n - 1

m - 1

n - 1

m - 1

n - 1

m - 1

Рис. 1.3. Звеньевой принцип построения ЦКП

Для построения ЦКП по матричному принципу используются только комбинированные коммутаторы (рис. 1.4). При этом принципе построения ЦКП вероятность внутренних блокировок равна нулю, а время задержки информации минимально. Однако, он обладает избыточностью, так как с ростом емкости ЦКП требуемое число КК возрастает экспоненциально. Частично устранить такой недостаток можно за счет использования общих запоминающих устройств управления (ЗУУ) для КК горизонтали, как это показано на рис. 1.4.

n - 1

m - 1

Рис. 1.4. Матричный принцип построения ЦКП

При этом в ячейках ЗУУ дополнительно должен быть указан номер информационного запоминающего устройства (ИЗУ) горизонтали.

Дуплексные соединения могут быть реализованы двумя структурами: разделенной и неразделенной.

Принцип организации дуплексных соединений по разделенной струк- туре представлен на рис. 1.5. При таком способе реализации дуплексных соединений, создается два идентичных ЦКП. Одно ЦКП обеспечивает ус- тановление соединений прямого направления передачи, а другое – обрат- ного. Достоинством подобного принципа является простота управления, так как координаты устанавливаемых соединений в обоих ЦКП идентичны. Однако часть цифровых линий необходимо выделить для соединения этих ЦКП между собой при установлении внутристанционных и транзитных со- единений. Поэтому такой принцип используется, как правило, когда нет внутреннего замыкания шлейфа.

Рис. 1.5. Разделенная структура для дуплексных соединений в ЦКП

Указанный недостаток отсутствует при создании дуплексных соедине- ний по неразделенной структуре (рис. 1.6). Несмотря на это он значительно сложнее в управлении, так как координаты трактов прямого и обратного направлений передачи всегда различны.

Рис. 1.6. Неразделенная структура для дуплексных соединений в ЦКП Время задержки информации определяется как сумма времени задерж-

ки в каждой из последовательно включенных точек с временной коммута- цией коммутируемого тракта. Как правило, обеспечение надежности реали- зуется либо регулированием, либо с помощью структурного резервирова- ния. При синхронном режиме дублирования создается два ЦКП (рис. 1.7). Одно в каждый момент времени осуществляет коммутацию разговорных сигналов, другое находится в резерве. При этом одно и то же соединение

устанавливается одновременно в двух ЦКП. В случае выхода из строя ра- бочего ЦКП, цифровые линии переключаются на резервное с помощью элементов переключения ЭП. После переключения цифровых линий все установленные соединения сохраняются, и не происходит снижения каче- ства обслуживания. Однако такой подход к обеспечению надежности ЦКП требует 100% избыточности его оборудования.

Рис. 1.7. Дублирование

При структурном резервировании (рис. 1.8) требуемые возможности ЦКП разделены между несколькими независимыми равноправными «слоя- ми» (обычно не более четырех). Все «слои» участвуют в коммутации раз- говорных сигналов. Все цифровые линии с помощью дополнительной сту- пени, построенной на цифровых коммутаторах доступа (ЦКД), имеют дос- туп к каждому из «слоев».

Рис. 1.8. Структурное резервирование

При выходе из строя одного из «слоев» все установленные соединения, которые он обеспечивал, теряются, а все оставшиеся «слои» берут на себя дополнительную нагрузку. Это приводит к некоторому снижению качества обслуживания. Однако такой подход не требует 100% избыточности.

! При анализе конкретных систем коммутации следует иметь в виду, что подсистема коммутации, как правило, не представляет собой единое ЦКП. Она может быть разделена на ступени искания, функции коммута- ции могут быть реализованы в разных структурных блоках (модулях).

Подсистема доступа

1.4.1. Подключение аналоговых абонентских линий

При подключении аналоговых абонентских линий на участке абонент- ская линия – цифровая линия, включаемая в подсистему коммутации, должны быть реализованы функции, обусловленные сигналами, которые невозможно передать через подсистему коммутации.

Основными такими функциями являются:

В – Battery – обеспечение электропитания терминального оборудова- ния (телефонного аппарата) постоянным током;

О – Over voltage – защита оборудования узла коммутации от сигналов уровня, выше допустимого для элементной базы, на которой построена данная АТС;

R – Ringing – подключение к абонентской линии генератора вызывного сигнала для передачи сигнала «Посылка вызова» (ПВ) частотой 25 ± 2 Гц и напряжением 95 ± 5 В;

S – Supervision – контроль состояния шлейфа абонентской линии с це- лью обнаружения сигналов «Вызов», «Ответ» «Отбой», цифр номера, пере- даваемых декадными импульсами;

С – Coding – аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование сигнала;

H – Hybrid – переход от двухпроводной схемы дуплексной связи к че- тырехпроводной, в которой разделены тракты прямого и обратного направ- лений передачи;

Т – Test – подключение испытательного оборудования для проверки, как минимум, основных параметров абонентской линии, таких как сопро- тивление каждого провода, емкость, сопротивление изоляции.

Первые буквы английских названий этих семи функций, реализуемых в модельной АТС, как и во всех современных системах коммутации, со- ставляют аббревиатуру BORSCHT, созвучную хорошо известному русско- му слову (табл. 1.1).

Функции BORSCHT

Таблица 1.1.

Батарейное питание	Battery	B
Защита от перенапряжения	Overload protection	O
Посылка вызова	Ringing	R
Контроль состояния шлейфа	Supervision	S
Кодирование	Coding	C
Дифсистема	Hybrid	H
Тестирование	Test	T

Более подробное описание функций из табл. 1.1 можно найти в [1, гл.

4] и [3, т.2, гл. 1].

Все функции BORSCHT, как правило, реализуются в каждом абонент- ском комплекте (АК), за исключением функции C-coding (кодирова- ния/декодирования).

Кроме указанных основных функций, на этом участке могут быть реа- лизованы и дополнительные функции, которые необходимы, например при подключении абонентских линий от таксофонов.

Рис. 1.9. Модуль аналоговых абонентских линий

! При анализе реальных систем коммутации следует иметь в виду, что создаются структурные блоки-модули аналоговых абонентских линий, в состав которых и входят группа (ы) абонентских комплектов (АК), как показано на рис. 1.9. Если в состав модуля входят несколько групп АК, то обычно с целью улучшения надежности добавляется функция коммутации (ЦК), обеспечивающая доступ цифровой линии от группы АК к любой циф- ровой линии, включаемой в подсистему коммутации. Модули аналоговых абонентских линий имеют свои управляющие устройства (УУАМ), предна- значенные для управления элементами модуля по командам подсистемы управления.

1.4.2. Подключение цифровых абонентских линий (BRI)

Доступ BRI (Basic Rate Interface) используется только в тех случаях, когда система коммутации поддерживает функции цифровой сети инте- грального обслуживания (ISDN). Учитывая, что ISDN создавалась на базе цифровой телефонной сети, для реализации этого доступа часто использу- ется обычная двухпроводная абонентская линия. Поэтому возникает про- блема организации дуплексной передачи цифровой информации по двух- проводной линии. Переход с двухпроводного тракта на четырехпроводный и обратно осуществляется с помощью дифсистемы с компенсацией эхо- сигнала, возникающего из-за ее неидеальности. Для увеличения скорости

передачи цифровой информации по двухпроводной абонентской линии ис- пользуется линейный код 2B1Q. В этом случае за один такт передается значение двух битов.

Реализация вышеуказанного осуществляется с помощью линейного терминала (LT) и сетевого терминала (NT), которыми оснащается абонент- ская линия с двух сторон (рис. 1.10). Следует отметить, что от терминаль- ного оборудования (ТЕ) до сетевого терминала NT используется четырех- проводный тракт передачи, четырехпроводной является и цифровая линия, включаемая в подсистему коммутации.

Рис. 1.10. Структура базового доступа (BRI)

На момент принятия решения в двухпроводной абонентской линии удалось организовать два дуплексных канала типа В со скоростью переда- чи 64 кбит/c и один дуплексный канал типа D со скоростью передачи 16 кбит/с. Максимально к одному NT (одной абонентской линии) можно подключить до 8 ТЕ.

Для создания структуры цифрового потока, определяемого цифровой линией, которая включается в подсистему коммутации, цифровые потоки от нескольких LT мультиплексируются. Это выполняется в станционном окончании ЕТ, что показано на рис. 1.10.

! В цифровых системах коммутации для реализации всех этих функ- ций создаются модули базового доступа. В различных системах коммута- ции число цифровых абонентских линий, которые можно включить в один модуль, может быть разным.

1.4.3. Подключение цифровых соединительных линий

Под цифровой соединительной линией (ЦСЛ) понимают цифровую линию формата первичной ИКМ (Е1), удовлетворяющую рекомендациям ITU G.703, G.704. ри согласовании цифровых потоков ЦСЛ и узла комму- тации, в первую очередь, необходимо обеспечить прием цифрового потока, поступающего по ЦСЛ, с требуемой достоверностью. Тактирование при

приеме не может осуществляться тактовой частотой узла коммутации сл

и, тактируя ею, принимать цифровой поток. Для выделения тактовой час- тоты необходимы «метки» («изменения уровня сигнала»), т.е. отсутствие больших пачек «0». Необходимо также осуществлять дистанционное пита- ние пунктов регенерации за счет постоянной составляющей.

Таким образом, передача сигнала по линии должна осуществляться в линейном коде, который не имеет постоянной составляющей и длинных пачек «0». Таким линейным кодом является код HDB3. Таким образом, при согласовании цифровых потоков ЦСЛ и узла коммутации в первую очередь необходимо реализовать линейное кодирование (RZ«HDB3) для выделе-

ния

сли обеспечения питания пунктов регенерации.

После приема цифрового потока необходимо четко определить вре- менное положение каждого ВИ и выяснить, не превышает ли коэффициент ошибок допустимую норму (10-5/10-6), т.е. можем ли мы пользоваться дан- ной ЦСЛ, либо должны изъять ее из обслуживания. Далее необходимо со-

гласовать (развязать) тактовые частоты

сл f ук. Согласование тактовых

частот осуществляется благодаря применению проскальзываний. Про- скальзывания бывают с потерей цикла информации и с повторным чтением цикла информации. Тип проскальзывания определяется направлением рас-

хождения тактовых частот сл

f ук. Частота проскальзываний регламен-

тируется. Функциональная схема комплекта цифровых соединительных линий представлена на рис. 1.11.

f сл

ук Т

Рис. 1.11. Комплект цифровых соединительных линий

! При анализе конкретной системы коммутации следует иметь в ви- ду, что часто цифровые линии, включаемые в подсистему коммутации, содержат число ВИ, большее 32. В этом случае необходимо формировать структуру потока данных цифровых линий путем мультиплексирования цифровых потоков Е1. Для реализации этого создаются модули цифровых соединительных линий, в которые включаются несколько ЦСЛ.

Подсистема сигнализации

1.5.1. Приемник многочастотного набора DTMF

Приемник многочастотного набора предназначен для приема цифр но- мера, поступающих в виде двухгруппового многочастотного кода «1 из 4 и 1 из 4» от телефонных аппаратов с номеронабирателями DTMF и передачу цифр номера в двоичном виде подсистеме управления. Приемник много- частотного набора подключается только на время приема цифр номера. Следует отметить, что двухчастотные сигналы поступают на этот приемник в цифровом виде. Аналого-цифровое преобразование осуществляется в мо- дуле аналоговых абонентских линий. Двухчастотный сигнал считается принятым достоверно, если поступило только две частоты, при этом одна из верхней группы частот, а другая из нижней; уровень сигнала каждой из частот не ниже порогового; длительность двухчастотной посылки не менее 30 мс.

! При анализе систем коммутации необходимо определить структур- ный блок, в котором реализуются функции приемника многочастотного набора, и сколько вызовов он может обслуживать одновременно.

1.5.2. Генератор тональных сигналов

Тональные сигналы предназначены для извещения абонента об этапах обслуживания вызова. Основными сигналами являются: Ответ станции – ОС (непрерывный 425 ± 25 Гц), сигнал занято – СЗ (425 ± 25 Гц; 0,3 – 0,4 с посылка и пауза), контроль посылки вызова – КПВ (425 ± 25 Гц; 0.8 (1) ± 0,1 с посылка, 3.2 (4) ± 0,3 с пауза). Генератор вырабатывает эти сигналы в цифровом виде, и каждый из них всегда передается по конкретному ВИ цифровой линии, соединяющей генератор с подсистемой коммутации. При необходимости передачи сигнала по абонентской линии осуществляется подключение к соответствующему ВИ. Цифроаналоговое преобразование осуществляется в модуле аналоговых абонентских линий. На узле комму- тации имеется, как правило, один дублированный генератор.

1.5.3. Многочастотный приемопередатчик (2 из 6)

Сигналы в коде «2 из 6» (сигналы управления) используются для пере- дачи номера подсистемами управления узлов коммутации сети. Обмен та- кими сигналами осуществляется только на этапе установления соединения. Передача их производится по «пользовательским» ВИ цифровых соедини- тельных линий. Задачами же многочастотного приемопередатчика являют- ся: в направлении приема – достоверно принять двухчастотный сигнал и передать его номер в двоичном виде подсистеме управления; в направле- нии передачи – передать по команде подсистемы управления указанный двухчастотный сигнал. Прием и передача двухчастотных сигналов осуще-

ствляется в цифровом виде. Учитывая длительность двухчастотной посыл- ки (40 ±3 мс), в цифровом виде это будет 320 кодовых комбинаций.

Двухчастотный сигнал считается принятым достоверно если поступи- ло две и только две частоты, уровень каждой из них не ниже порогового и длительность их одновременного присутствия не менее заданной величи- ны.

Многочастотный приемопередатчик подключается через подсистему коммутации к занятому для обслуживания вызова пользовательскому ВИ цифровой соединительной линии на период установления соединения (рис. 1.2).

! В процессе анализа конкретной системы коммутации нужно опреде- лить, в каком структурном блоке реализуются функции многочастотного приемопередатчика, и сколько вызовов он может обслуживать одновре- менно.

1.5.4. Линейная сигнализация 2ВСК

С помощью линейных сигналов две подсистемы управления узлов коммутации сети обмениваются информацией об этапах использования ВИ (СЛ) цифровых соединительных линий в процессе реализации услуг. Учи- тывая случайный процесс поступления линейных сигналов, их необходимо своевременно обнаруживать для того, чтобы обеспечить требуемое качест- во обслуживания вызовов. Следует отметить, что каждый «пользователь- ский» ВИ цифровой соединительной линии имеет свой индивидуальный сигнальный канал. В цифровых соединительных линиях индивидуальные сигнальные каналы создаются в 16 ВИ за счет организации сверхцикла, как это показано на рис. 1.1.

В системе сигнализации 2ВСК алфавит сигналов получают не за счет состояния битов сигнального канала в конкретный момент времени, а за счет отличия предыдущего состояния битов от поступившего. Таким обра- зом, вышесказанное позволяет сформулировать задачи перед устройством подсистемы сигнализации, отвечающим за прием и передачу линейных сигналов системы сигнализации 2ВСК. Основными задачами этого устрой- ства являются: сверхцикловая синхронизация с целью определить номера сигнальных каналов; в направлении приема осуществлять контроль каждо- го сигнального канала для обнаружения изменений; фильтрация поступив- шего сигнала от случайных ошибок, т.е. наступившее изменение должно подтвердить заданное число сверхциклов; передача в двоичном виде номе- ра цифровой соединительной линии, номера сигнального канала и номера поступившего сигнала подсистемы управления; в направлении передачи по команде подсистемы управления обеспечивать передачу заданной битовой комбинации по указанному сигнальному каналу конкретной цифровой со- единительной линии.

Для реализации поставленных задач это устройство постоянно (полу- постоянное соединение в подсистеме коммутации) должно быть подключе- но к 16 ВИ цифровой соединительной линии.

! При анализе системы коммутации необходимо выяснить, в каком структурном блоке реализованы указанные функции, и возможности это- го блока обмениваться сигналами в процессе обслуживания вызовов.

1.5.5. Сигнализация ОКС7

Система сигнализации № 7 по общим каналам сигнализации (ОКС) обеспечивает обмен сигнальной информацией в пакетном виде между под- системами управления узлов коммутации сети без деления сигналов на управляющие и линейные. Для ее реализации создается «вложенная» па- кетная сеть. Подсистемы управления узлов коммутации являются «пользо- вательскими» данной сети и получили название «пункты сигнализации (SP)». Система сигнализации № 7 определяет стек протоколов, обеспечи- вающий доставку сигнальной информации с заданной достоверностью.

Функционально стек протоколов разделен на две части: часть (подсис- тема) переноса сообщений (МТР) и пользовательская часть (UP). В качест- ве сигнального оборудования подсистемы сигнализации, как правило, вы- ступает оборудование, реализующее функции МТР, UP обычно в подсис- теме управления.

Подсистема переноса сообщений имеет три уровня: МТР3, МТР2 и МТР1, осуществляет маршрутизацию сигнальных сообщений в сети ОКС и поддерживает ее работоспособность. МТР2 обеспечивает перенос сигналь- ных сообщений по звену сети ОКС с достоверностью не хуже 1010 и кон- тролирует пригодность звена ОКС для передачи сигнальных сообщений. МТР1 определяет характеристики канала (ОКС). Функциональная схема реализации ОКС7 в системе коммутации представлена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Функциональная схема ОКС7 системы коммутации

1.5.6. Сигнализация DSS1

Протокол цифровой абонентской сигнализации №1 (DSS1 - Digital Subscriber Signaling 1) между пользователем ISDN и сетью ориентирован на передачу сигнальных сообщений через интерфейс «пользователь-сеть» по

D-каналу этого интерфейса. Международный союз электросвязи определя- ет канал D в двух вариантах: a) канал 16 кбит/с, используемый для управ- ления коммутируемыми связями по двум В-каналам; б) канал 64 кбит/с, используемый для управления коммутируемыми связями по нескольким (до 30) В-каналам.

Концепции общеканальной сигнализации протоколов DSS1 и ОКС7 весьма близки, но эти две системы были специфицированы в разное время и разными Исследовательскими комиссиями ITU-T, а потому используют различную терминологию. Описания этих двух систем для курсового про- екта размещены в разных томах [3], а сами эти разночтения не должны ме- шать. Тем не менее, некоторые пояснения в отношении сходства концеп- ций и различий в терминах DSS1 и ОКС7 представляются полезными. На рис. 1.13 показаны модельная АТС с ISDN, звено сигнализации ОКС7, обо- рудование пользователя ISDN и D-канал в интерфейсе «пользователь - сеть». Функции D-канала сходны с функциями звена сигнализации ОКС7. Информационные блоки в D-канале, называемые кадрами, аналогичны сиг- нальным единицам (SU) в системе ОКС7.

Терминал пользователя ТЕ

Функции ТЕ

Функции станции

АТС

Сетевой уровень

Q.931

(a)

LAPD Q.921

Кадры

LAPD Q.921

(a)


Сетевой уровень Q.931


ISUP

(б) MTP-3

MTP-2

Сигнальные единицы SU

2B+D I.430		2B+D I.430
D-канал

Звено сигнализации ОКС7

Рис. 1.13. Функциональные объекты протоколов примитивы DSS1 и ОКС7: a - DSS1 и б - ОКС7