В состав коммутационного оборудования (телефонной периферии) АТСКЭ входит коммутационное поле, построенное на блоках абонентских линий (БАЛ) и блоках соединительных линий (БСЛ). Блоки БАЛ выполняют функции ступени АИ, блоки БСЛ – ступени ГИ. Количество звеньев в блоках зависит от емкости станции. В АТСКЭ малой и средней емкости эти блоки двухзвенные, в АТСКЭ большой емкости четырехзвенные. Блоки маркируются N×V×M, где N – число входов блока, V – число промежуточных линий, M – число выходов блока.
Для построения коммутационного поля используются различные типы матричных соединителей: ферридовые, интегральные, гезаконовые. В качестве коммутационных элементов в этих соединителях применяются герметизированные контакты – герконы. Геркон имеет стеклянный корпус, в который запаяны две или три контактные пружины. В коммутационных полях применяются герконы с контактными группами на замыкание. На рисунке 5.6 показан принцип построения матричного ферридового соединителя (МСФ).
Рисунок 5.6 – Принцип построения матричного ферридового соединителя
В матричном соединителе можно выделить две электрически не связанные матрицы:
1) матрица обмоток, в которой объединяются обмотки управления точек коммутации (на рисунке 5.6 не показана);
2) коммутационная матрица, в которую объединены герконы (герметизированные контакты) точек коммутации.
Связь между матрицами осуществляется через магнитное поле: при прохождении тока по обеим обмоткам управления в матрице обмоток создается магнитное поле, которое обеспечивает замыкание герконов в соответствующей точке коммутации. Удержание герконов в замкнутом состоянии осуществляется за счет остаточной магнитной индукции. Для выключения точки коммутации ток пропускается по одной из обмоток в матрице обмоток.
В коммутационное поле включаются комплекты, выполняющие роль интерфейсов для различных внешних и внутристанционных линий:
· абонентские комплекты (АК) предназначены для подключения АЛ к станции, принимают от абонента линейный сигнал вызова станции (занятие), выдают сигнал «занято» в случае недоступности вызываемого абонента или его отбоя;
· шнуровые комплекты (ИШК и ВШК) предназначены для питания микрофонов, выдачи сигналов ПВ и КПВ, приема линейных сигналов ответа вызываемого абонента, отбоя по линии вызываемого и вызывающего абонентов;
· комплекты соединительных линий (ИКСЛ и ВКСЛ) предназначены для подключения СЛ от других станций;
· приемник набора номера (ПНН) предназначен выдачи сигнала «Ответ станции» и для приема номера.
Управляющие устройства
В АТСКЭ применяется централизованная система управления, в которой все логические функции по управлению процессами установления соединений выполняются центральным управляющим устройством (ЦУУ), реализованном в виде двухмашинного управляющего комплекса. В состав ЦУУ входят электронные управляющие машины (ЭУМ). Для согласования работы ЦУУ и коммутационного оборудования по временным и энергетическим параметрам применяются периферийные управляющие устройства (ПУУ). Основные функции ПУУ: сканирование (опрос контрольных точек приборов), управление комплектами и коммутационным полем. Взаимодействие ЦУУ и ПУУ осуществляется через периферийный интерфейс.
Вопросы для самоконтроля
1 Назначение системы коммутации?
2 По каким признакам классифицируются системы коммутации?
3 Какие виды линий включаются в систему коммутации?
4 Какие основные виды оборудования входят в состав системы коммутации?
5 Что такое коммутация?
6 Что такое коммутационный прибор?
7 Что такое коммутационный элемент?
8 Что такое коммутационная группа?
9 Из каких фаз состоит цикл работы коммутационного прибора?
10 По каким признакам классифицируются коммутационные приборы?
11 Какими параметрами характеризуются коммутационные приборы?
12 На какие типы делятся коммутационные приборы по своим структурным параметрам?
13 Какие функции выполняют ступени искания коммутационного поля?
14 Что такое свободное искание?
15 Что такое вынужденное искание?
16 По каким признакам классифицируются УУ?
17 На какие виды делятся способы установления соединения?
18 Какие виды оборудования входят в состав АТСК?
19 Какие коммутационные приборы используются для построения коммутационного поля АТСК?
20 Какие виды оборудования входят в состав АТСКЭ?
21 Какие коммутационные приборы используются для построения коммутационного поля АТСКЭ?
6 Цифровые системы коммутации
6.1 Функциональная архитектура ЦСК
6.1.1 Функциональная архитектура современной ЦСК
Функциональная архитектура ориентирована на конвергенцию сетей ТФОП, сотовой связи, Internet (см. раздел 10, п. 10.3). В таблице 6.1 приведены основные типы ЦСК, производимые в мире [3].
Таблица 6.1 – Основные типы ЦСК
| Страна производитель | Тип ЦСК | Фирма производитель |
| США | 5ESS, DMS | AT&T, Nortel |
| Канада | DMS | Nortel |
| Великобритания | Система Х | GPT |
| Франция | E10, MT-20 | Alcatel |
| Германия | EWSD, S12 | Siеmens, Alcatel |
| Италия | Linea UT | Italtel |
| Япония | NEAX 61S, FETEX150 | NEC, Fujitsu |
| Россия | АТСЦ-90, Квант, Элком, Si-2000 | ЛОНИИС, Квант-Интерком, Рустелеком, ИскраУралТел |
| Финляндия | DX-200 | Nokia |
| Корея | TDX-10 | Samsung, Goldstar, Daewoo, Hanwha |
| Китай | C&C 08 | Huawei |
| Словения | Si-2000 | IskraTEL |
Сети связи, как правило, строятся на оборудовании нескольких фирм, что позволяет оператору связи осуществлять и технических, и стоимостной выбор оборудования. При этом возникает необходимость в сопряжении оборудования абонентского доступа и группового оборудования разных производителей. С целью унификации этого стыка были разработаны протоколы V.5. Наличие данных протоколов позволяет функционально представить ЦСК в виде двух независимых частей:
1) оборудования абонентского доступа (AN);
2) группового оборудования SN.
Функциональная архитектура ЦСК изображена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 – Функциональная архитектура ЦСК
6.1.2Интерфейсы ЦСК
Интерфейс – определенная стандартами граница между взаимодействующими объектами. Интерфейс определяет физические и электрические свойства сигналов обмена информацией между устройствами и дополняется протоколом обмена, описывающим логические процедуры по обработке сигналов обмена.
Сложные интерфейсы содержат несколько уровней, каждый из которых принимает сообщения нижнего уровня и поставляет результаты обработки более высокому уровню и наоборот. Описание интерфейсов и протоколов существуют в виде международных Рекомендаций ITU-T, ETSI и др. (см. раздел 1, п. 1.6).
Интерфейсы ЦСК (стыки) можно разделить на следующие группы:
1) абонентские:
· аналоговый;
· цифровой;
· стык ISDN;
2) интерфейсы сети доступа:
· интерфейс V 5.1;
· интерфейс V 5.2;
3) сетевые интерфейсы:
· интерфейс А;
· интерфейс В;
· интерфейс С.
6.1.3 Абонентские интерфейсы
Типы абонентских интерфейсов представлены в таблице 5.2.
Таблица 6.2 – Типы абонентских интерфейсов
| Тип интерфейса | Тип подключаемого ОУ | Примечания |
| Z - интерфейс | Аналоговые ОУ | Подключается через двухпроводную АЛ. Аналого-цифровое преобразование (АЦП) производится в станционном окончании, реализованном в виде абонентского комплекта (АК) |
| S – интерфейс “пользователь-сеть” (BRA – Basic Rate Access) | Аналоговые ОУ (через терминальный адаптер). Цифровые ОУ. | NT1 – сетевое окончание для подключения до 8 оконечных устройств. Структура сигнала 2В+D. Суммарная скорость 192 кбит/с. Передача сигнальной информации по протоколу DSS1. |
| T (PRA – Primary Rate Access) | Большие нагрузочные группы (ЛВС, УПАТС) | NT2 – сетевое окончание для подключения больших нагрузочных групп. Структура сигнала 30В+D. Скорость 2048 кбит/с. Передача сигнальной информации по протоколу DSS1. |
| U- интерфейс | Участок NT1 – LN (линейное окончание) | Скорость передачи 160 кбит/с |
6.1.4 Интерфейсы сети доступа
Основное назначение сети доступа (AN) – экономия линейно-кабельных сооружений абонентской распределительной сети за счет временного уплотнения (мультиплексирования) на участке: сеть доступа - оконечная ЦСК.Интерфейс V5 является общим понятием для обозначения семейства интерфейсов между сетью доступа и узлом коммутации. В настоящее время в этом семействе определены два типа интерфейсов: V5.1 и V5.2.
Интерфейс V5.1 используется для подключения к опорной станции аналоговых абонентов и абонентов ISDN. Интерфейс V5.1 состоит из одного тракта Е1 (2048 кбит/с) и позволяет подключить к опорной станции до 30 аналоговых или до 15 цифровых АЛ, или смешанное подключение аналоговых и цифровых АЛ. Отличительной особенностью интерфейса V5.1 является статическое (без концентрации нагрузки) мультиплексирование в оборудовании сети доступа.
Интерфейс V5.2 используется для подключения к опорной станции аналоговых и абонентов ISDN (базовый и первичный доступ) и может включать в свой состав от 1 до 16 трактов Е1. Интерфейс V5.2 позволяет производить концентрацию абонентской нагрузки.
Организация взаимодействия через интерфейс V5 осуществляется посредством использования рядов протоколов, которые разделены на две группы:
1) протоколы управления вызовом, используемые для обслуживания вызовов аналоговых и ISDN-абонентов, т. е. протоколы ТфОП (гланая задача – поддержание процедур сигнализации по аналоговой АЛ при переходе к сигнализации по выделенному сигнальному каналу) и DSS1, ЕDSS1 (сигнализация этих протоколов прозрачно передается через интерфейс V5);
2) сервисные протоколы, главной задачей которых, является поддержание процедур, связанных с функциями управления на интерфейсе V5.
6.1.5 Сетевые интерфейсы
Согласно рекомендациям ITU-T аналоговые и цифровые СЛ включаются в ЦСК через интерфейсы А, В, С.
Интерфейс А используется для подключения цифровых трактов, уплотненных аппаратурой ИКМ-30 (поток Е1 2048 кбит/с).
Интерфейс В используется для подключения трактов, уплотненных аппаратурой ИКМ-120 (поток Е2 8448 кбит/с).
Интерфейс С используется для подключения двух- и четырехпроводных аналоговых СЛ.
6.2 Структура ЦСК
Цифровая система коммутации характеризуется тем, что ее коммутационное поле коммутирует каналы, по которым информация передается в цифровой форме. Однако, к ЦСК могут подключаться как цифровые, так и аналоговые абонентские и соединительные линии (посредством абонентских и цифровых блоков). Обобщенная структурная схема ЦСК показана на рисунке 5.2.
Рисунок 6.2 – Обобщенная структурная схема ЦСК
В состав ЦСК входят следующие виды оборудования:
1) модуль аналоговых абонентских линий (МААЛ) предназначен для подключения к станции аналоговых абонентских линий и выполняет следующие функции:
- аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование;
- концентрация нагрузки;
- функции абонентского стыка;
2) модуль цифровых абонентских линий (МЦАЛ) предназначен для подключения к станции цифровых абонентских линий и выполняет функции станционного окончания доступа абонентов цифровой сети с интеграцией обслуживания (ЦСИО);
3) модуль цифровых соединительных линий (МЦСЛ) используется для подключения к станции цифровых соединительных линий и линий ЦСИО, а также согласование входящих и исходящих потоков со скоростями коммутации в коммутационном поле;
4) модуль аналоговых соединительных линий (МАСЛ) образует интерфейс для подключения аналоговых соединительных линий к цифровому коммутационному полю (осуществляет аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование);
5) оборудование сигнализации (ОС) выполняет функции по приему и передаче сигналов управления и взаимодействия между коммутационными системами;
6) коммутационное поле (КП) выполняет коммутацию соединений различных видов: коммутацию разговорных соединений в цифровой форме, коммутацию межпроцессорных соединений; для надежности КП дублируется;
7) устройство управления ОКС№7 предназначено для управления сетью по общему каналу сигнализации;
8) генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для выработки тактовой частоты, необходимой для синхронизации работы всех блоков станции;
9) система управления (СУ) предназначена для управления всеми процессами обслуживания вызовов.
6.3 Оборудование доступа к ЦСК
6.3.1 Модуль аналоговых абонентских комплектов
Абонентские линии в ЦСК включаются в коммутационное поле через абонентские блоки (АБ), которые могут располагаться на территории самой станции либо на расстоянии от нее (рисунок 6.3).
Рисунок 6.3 – Подключение АБ к КП
Абонентские блоки, расположенные на расстоянии от ЦСК, называются выносными АБ. Вынос АБ от опорной ЦСК позволяет строить более гибкую сеть, сокращает протяженность АЛ и уменьшает затраты на управление и обслуживание. Выносные АБ связываются с КП по первичным цифровым трактам 2 Мбит/с.
Абонентский блок выполняет следующие основные функции:
- аналого-цифровое преобразование АЦП и цифро-аналоговое преобразование ЦАП в случае подключения аналоговых АЛ;
- реализация функций BORSCHT, которые выполняются в АК аналоговых линий;
- подключение АЛ к первичному цифровому тракту, идущему в КП ЦСК;
- мультиплексирование или концентрация нагрузки.
Абонентский комплект и его функции. Абонентский комплект (АК) предназначен для согласования оконечных устройств с ЦСК. АК выполняет 7 функций, каждой из которых поставлена в соответствие буква английского алфавита.
B (battery feed) – электропитание абонентского терминала;
O (over voltage) – защита от перенапряжений на АЛ;
R (ringing) – посылка вызова;
S (supervision, signaling) – наблюдение и сигнализация;
C (coding) – кодирование;
H (hybrid) – дифференциальная система;
T (testing) – тестирование.
На рисунке 6.4 показана структурная схема АК с учетом функций BORSCHT [1].
Рисунок 6.4 – Структурная схема АК с учетом функций BORSCHT
Функция В. Ток питания абонентского телефонного аппарата (ТА) в ЦСК подается из АК. Напряжение питания –48В или –60В.
Функция О. Обеспечивает защиту линий отдельных элементов ЦСК и оконечных устройств, как от разовых случайных воздействий (например, удар молнии), так и от постоянных воздействий индуктивного характера со стороны высоковольтных линий.
Функция R. В аналоговых ТА для срабатывания звонка используется подача высокого переменного напряжения» 90В и частотой 25 Гц. Таким образом, выполняется одна из функций абонентской сигнализации – вызов абонента с помощью сигнала ПВ.
Функция S. Обеспечивает контроль за состоянием абонентской линии с целью обнаружения вызова от абонента, ответа, отбоя, адресной информации декадным кодом. Для аналоговой линии эти сигналы обнаруживаются по замыканию и размыканию цепи постоянного тока.
Функция С. Обеспечивает переход от аналоговых сигналов к цифровым. Наиболее распространенным способом является импульсно-кодовая модуляция ИКМ.
Функция Н (функции дифсистемы). Обеспечивает разделение цепей передачи и приема при переходе от двухпроводной АЛ к четырехпроводному тракту ИКМ.
Функция Т. Обеспечивает установление причины и места неисправности. Производится с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), которая подключается к АЛ помощью, например, герконовых реле. Возможны основные проверки:
- сопротивление изоляции проводов а и b относительно земли либо между проводами а и b;
- емкость между проводами а и b;
- изменение постоянного и переменного напряжения на проводах а и b;
- проверка на короткое замыкание.
6.3.2 Цифровой абонентский доступ
Для подключения цифровых абонентов к ЦСК предусматриваются цифровые АК, расположенные в абонентском блоке. В отличие от аналогового АК цифровой не выполняет многие из функций BORSCHT, так как они переносятся в цифровой ТА.
Для абонентов сети ISDN организуется цифровой абонентский доступ - совокупность аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие между цифровыми абонентскими терминалами и ЦСК.
Возможны два варианта доступа:
1) базовый доступ (BRA – Basic Rate Access) со скоростью 2В+D=144 кбит/с, но фактически скорость 192 кбит/с, так как передается дополнительная информация по синхронизации и управлению сетью;
2) первичный доступ (PRA – Primary Rate Access) используется для систем с повышенной нагрузкой со скоростью 30В+D (локально-вычислительные сети, УПАТС).
Функциональная схема организации доступа абонентов ISDN к ЦСК состоит из функциональных блоков размещаемых у абонентов и на ЦСК. Физические устройства, образующие интерфейс между линией и пользователем, располагаются в непосредственной близости от терминалов и называются сетевыми окончаниями (NT).Модуль цифровых АЛ на ЦСК реализуется в виде линейного окончания LT и станционного окончания ET.
Доступ 2B+D позволяет внедрить новые услуги на существующей абонентской сети. Его реализация явилась предпосылкой для создания целого спектра телекоммуникационных средств получивших название xDSL, где х означает различную реализацию, а DSL (Digital Subscribe Line) – цифровую абонентскую линию. В таблице приводятся данные о возможных вариантах реализации xDSL [3].
Таблица 6.3 – Характеристики оборудования xDSL
| Название | Функции | Скорость | Примечание |
| DSL | Цифровая абонентская линия | 160 кбит/с | ЦСИО: речь и данные, доступ в Интернет |
| НDSL | Высокоскоростная (high) цифровая абонентская линия | 2048 кбит/с | Доступ в Интернет, локальные и крупномасштабные сети |
| SDSL | НDSL по простой паре | 2048 кбит/с | Аналогично НDSL |
| АDSL | Асимметричная (asymmetric) цифровая абонентская линия | 1,5- 7 Мбит/с | Доступ в Интернет, видео по запросу, мультимедиа |
| VDSL | Сверхскоростная цифровая (very high) абонентская линия | 13-52 Мбит/с | АDSL плюс высококачественное телевидение (HDTV) |
6.4 Системы управления в ЦСК
6.4.1 Классификация систем управления
В общем случае система управления состоит из нескольких управляющих устройств (УУ), которые определенным образом взаимодействуют друг с другом. Обмен управляющими сигналами (функциональные связи) и информацией (информационные связи) между УУ в процессе их совместного функционирования осуществляется через системный интерфейс, а между управляющими устройствами и объектами управления – через периферийный интерфейс.
Рисунок 6.5 – Структура электронной управляющей системы (ЭУС)
ЭУС классифицируются по двум основным признакам:
1) по способу управления процессом установления соединения (рисунок 6.6);
Рисунок 6.6 – Классификация ЭУС по способу управления установлением соединения
2) по типу системного интерфейса (рисунок 5.7).
Рисунок 6.7 – Классификация ЭУС по типу системного интерфейса
Централизованное управление. Система управления состоит из одного центрального управляющего устройства (ЦУУ) в пределах всей системы коммутации. Возможны два способа реализации ЦУУ:
· на базе одного дублированного процессорного модуля (рисунок 6.8).
Рисунок 6.8 – Одномодульная ЭУС
В состав одномодульного ЦУУ входят две электронные управляющие машины ЭУМ 0 и ЭУМ 1. В этом случае ЦУУ выполняет как общестанционные, так и местные задачи по управлению оборудованием ЦСК.
· на базе нескольких процессорных модулей (рисунок 6.9).
Рисунок 6.9 – Многопроцессорная ЭУС
Для повышения гибкости и модульности ЦУУ может строится на базе нескольких процессорных модулей. При этом повышается надежность системы управления и появляется возможность наращивания ее производительности.
Достоинства централизованных систем управления:
- простота построения;
- экономичность для небольших станций.
Недостатки централизованных систем управления:
- высокие требования по производительности ЭУМ для станций большой емкости;
- сложность наращивания емкости.
В ЦСК централизованные СУ не получили распространения, но используются в квазиэлектронных коммутационных системах АТСКЭ и УПАТС.
Иерархическое управление. Система управления состоит из ЦУУ и нескольких групп периферийных управляющих устройств ПУУ, находящихся между собой в отношении иерархического подчинения (рисунок 6.10).
В иерархических ЭУС самому высокому уровню принадлежит ЦУУ, которое выполняет общесистемные задачи и координирует работу периферийных УУ. Управляющие устройства одного иерархического уровня работают независимо друг от друга, а УУ разных уровней имеют между собой информационные и функциональные связи через соответствующий системный интерфейс.
Процесс управления на каждом этапе обслуживания вызова проходит через все уровни, начиная с самого низкого до самого верхнего и обратно. При этом УУ на более высоком уровне выполняют более сложные функции. ПУУ самого низкого уровня принимает и предварительно обрабатывает информацию
Рисунок 6.10 – Иерархическая ЭУС
о поступающих входных сигналах и формирует необходимые сообщения для ПУУ следующего уровня или ЦУУ. Одновременно с этим ЦУУ координирует совместную работу связанных с ним ПУУ при установлении каждого соединения и выполняет функции, требующие наиболее сложной арифметико-логической обработки информации о вызовах (например, анализ номера и выбор направления связи).
Достоинства иерархических систем управления:
- более высокая надежность по сравнению с централизованными ЭУС;
- модульность и гибкость структуры;
- простота программного обеспечения для каждого УУ;
- большая производительность УУ.
Недостатки иерархических систем управления:
- необходимость организации межпроцессорного обмена;
- наличие ЦУУ снижает надежность и усложняет процесс наращивания емкости.
Иерархические ЭУС используются в ЦСК: МТ-20/25, EWSD, AXE-10, 5ESS, NEAX.
Децентрализованное управление. Система управления состоит из большого числа УУ, каждое из которых выполняет только определенную часть функций по управлению процессом установления соединения. Отличительными чертами данной системы управления является управление процессом установления каждого соединения несколькими УУ. Система управления может быть:
· полностью распределенной, в которой в каждом функциональном блоке (модуле) находится УУ, а взаимодействие между модулями осуществляется через цифровое коммутационное поле ЦКП (рисунок 6.11);
Рисунок 6.11 – Полностью распределенная ЭУС
· частично распределенная ЭУС, в которой управляющие функции в каждом блоке (модуле) выполняются местными УУ, а управление отдельными функциями (например, техническая эксплуатация, сопряжение с внешними устройствами ввода-вывода данных) осуществляется централизовано.
Достоинства децентрализованных систем управления:
- простота реализации;
- простота программного обеспечения для одного отдельно взятого блока;
- более высокая надежность из-за отсутствия ЦУУ;
- возможность наращивания емкости.
Недостатки децентрализованных систем управления:
- сложная организация межпроцессорных связей;
- задержки при межпроцессорных связях.
Распределенные СУ используются в ЦСК: DX-200, S-12, Si-2000.
Способы взаимодействия УУ. В системах управления взаимосвязь и взаимодействие УУ в процессе установления соединения осуществляется через системный интерфейс. Существует три варианта построения ЭУС с разными типами системного интерфейса:
· непосредственная связь УУ (рисунок 6.12) – одновременно обеспечивается взаимодействие между парой УУ (организуется при небольшом количестве УУ);
Рисунок 6.12 – Организация непосредственной связи УУ
· связь УУ через общую шину (рисунок 6.13) – все УУ поочередно (с разделением во времени) подключаются к общей шине (ОШ) для передачи информации. Одновременно по шине может передаваться информация только между парой УУ, поэтому для организации очередности доступа в состав системного интерфейса вводится блок управления шиной БУШ;
Рисунок 6.13 – Организация связи УУ через общую шину
· связь УУ через коммутационное поле (рисунок 6.14) – организация взаимодействия между УУ через общее КП (или через специальное, входящее в состав управляющей системы), при котором информация передается по любым или только по специально выделенным каналам коммутируемых ИКМ-линий (например, по 16-му временному интервалу).
Рисунок 6.14 – Организация связи УУ через КП
