Коммутатор. Цифровые коммутаторы. Координаты коммутации. Принципы построения цифровых коммутационных полей (одно- и многокаскадные, Клоза, итерационный принцип).

Коммутатор в телефонии – устройство, осуществляющее соединение своих полюсов на время разговора под воздействием управляющего сигнала

Цифровой коммутатор – устройство, предназначенное для коммутации потоков Е1, конвертирования протоколов сигнализаций, маршрутизации в цифровых потоках, полного учета и регистрации транзитных соединений, предоставляющее наглядный мониторинг прохождения системной информации в сигнальных каналах цифровых потоков.

Координаты коммутации – параметр, по которому осуществляется соединение информационных потоков в коммутационное поле (в коммутаторе).

Коммутационная система отражает принципы внутреннего по­строения коммутационной станции и представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для осуществления оперативной коммутации. В зависимости от типа коммутационных приборов и управляющих устройств различают системы: декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, электронные и др. Коммутационная система, реализующая функцию цифровой коммутации, получила название цифровой системы ком­мутации (ЦСК).

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

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

Ученый Клоз показал, что симметричная 3-х звенная односвязная схема будет полнодоступной неблокирующийся при условии: m_a (2n_a – 1)

Цифровые пространственные коммутаторы. Варианты реализации. Временные диаграммы работы.

Коммутацию содержимого одноименных канальных интервалов входящих и исходящих цифровых трактов реализует пространственный цифровой коммутатор (Рис.1), отличие которого от обычного коммутатора заключается в том, что он, соединяя цифровые синхронные входящий и исходящий тракты, делает это лишь на время длительности определенного канального интервала (Рис.2), передавая тем самым цикл за циклом его содержимое из входящего тракта в исходящий. Осуществляющий эту операцию цифровой коммутатор в оставшиеся промежутки времени цикла может быть использован для пространственной коммутации одноименных каналов этих же или других групповых трактов, т. е. быть по сравнению с классическим коммутатором многократно использованным с кратностью К, где К – коэффициент уплотнения или количество каналов входящих или исходящих цифровых трактов.

   

   Очевидно, что для осуществления процесса коммутации содержимое канальных интервалов со входа коммутатора должно быть в пространстве перенесено на его выход, и признаком или параметром, по которому происходит это перенесение является пространство.

Современные цифровые пространственные коммутаторы реализуются на логических вентилях или на элементах средней степени интеграции: мультиплексорах и демультиплексорах (Рис.3).

    Содержимое канальных интервалов n входящих синхронных (поступающих одновременно в один тактовый и цикловый интервал) цифровых трактов под управлением адресной информации, поступающей с выходов адресного запоминающего устройства (АЗУ) на адресные входы информационного мультиплексора MX1 может быть считано в позициях одноименных канальных интервалов исходящего цифрового тракта. Очевидно, для этого АЗУ должно иметь информационную емкость К двоичных слов по log2n каждое, где К – количество канальных интервалов исходящего цифрового тракта. Запись данных (номеров, подлежащих коммутации входящих трактов-Nвх.) в АЗУ осуществляется по приходящим через мультиплексор (MX2) адресам (номерам требуемых канальных интервалов исходящего тракта – N исх.) при подаче сигнала “Запись” (логическая единица) с управляющего устройства (маркера). При логическом нуле на данном входе двоичный счетчик, работающий под управлением тактовой и цикловой частот синхронных входящих цифровых трактов, считывает из АЗУ записанные ранее туда маркером номера входящих трактов, которые, поступая на адресный вход информационного мультиплексора МХ1, коммутируют на его выход содержимое этих трактов в требуемые моменты времени, осуществляя, тем самым, циклическую пространственную цифровую коммутацию (Рис.3).

Очевидно, что пространственный коммутатор емкостью n входящих цифровых трактов на m исходящих может быть реализован при запараллеливании входов m рассмотренных устройств. (Рис.4).

Цифровые временные коммутаторы. Пример реализации на микросхемах ОЗУ. Временные диаграммы работы.

Циклическую коммутацию содержимого разноимённых каналов входящего и исходящего цифровых уплотнённых трактов осуществляют посредством временного цифрового коммутатора (Рис.5). При данном виде коммутации перенесение содержимого канальных интервалов между входящим и исходящим групповым трактом на входе и выходе коммутатора происходит во времени, т. е. параметром коммутации в данном случае является время, по истечении которого содержимое канального интервала входящего тракта должно быть переключено в нужный канальный интервал исходящего тракта (Рис.6). Отсюда вытекает, что временной цифровой коммутатор должен обеспечивать задержку или запоминание информационного содержимого канала входящего тракта на время до подхода требуемого канального интервала исходящего тракта, что предполагает наличие в составе данного устройства регулируемой линии задержки или оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) определённой ёмкости и быстродействия.

Рис. 5.

Рис.6.

 

  Для записи информации канальных интервалов в запоминающее устройство, называемое речевой или информационной памятью, формат входящего цифрового тракта должен быть преобразован из последовательной формы в параллельную. После данного преобразования, выполняемого в последовательно-параллельном преобразователе S/P (Рис.7), содержимое канальных интервалов под управлением сигналов со счетчика, поступающих через мультиплексор MX1 регулярно, цикл за циклом, записывается в речевое запоминающее устройство (РЗУ). Причем содержимое нулевого канального интервала записывается по нулевому адресу, первого канального интервала – по первому адресу и т.д. Считывание этой информации производится по адресам, хранящимся в виде данных в АЗУ, ранее записанным туда по команде маркера. Запись осуществляется при подаче сигнала логической единицы на вывод “Запись-считывание” АЗУ и адресный вход МХ2, при этом на информационный и адресный входы АЗУ в двоичном коде подаются, соответственно, номера входящих и исходящих каналов, подлежащих соединению. При подаче сигнала логического нуля от маркера данная информация будет регулярно считываться из АЗУ по приходящим со счетчика адресам, начиная с нулевого адреса А=0 до адреса А=К-1, где К – количество канальных интервалов исходящего цифрового тракта. Например, ранее записанное маркером двоичное число 5 (номер канала входящего тракта) по адресу 10 (номер канала исходящего тракта) будет считано счетчиком во время подачи десятого адреса, т.е. в десятый временной интервал. Очевидно, что поступив с АЗУ через МХ1 на адресный вход РЗУ это двоичное число 5 считает из речевой памяти содержимое ранее записанного туда пятого канального интервала в десятый, считая по счетчику, момент времени, т.е. в десятый канальный интервал исходящего тракта.

Информационные емкости РЗУ, АЗУ и разрядность информационных и адресных шин легко определить из логики работы устройства. Очевидно, что емкость речевой памяти должна   быть достаточна для записи информации, содержащейся в цикловом интервале входящего цифрового тракта т.е. быть не менее К d-разрядных слов, где К и d – количество каналов и разрядность канального слова коммутируемых цифровых трактов. Разрядность адресных входов РЗУ и, следовательно, счетчика, шины данных мультиплексоров и АЗУ должна быть для выполнения этого условия равна log2К.

Цифровые пространственно-временные коммутаторы. Пример реализации коммутатора емкостью 8х8 потоков Е1. Временные диаграммы работы.

Коммутацию содержимого разноимённых каналов нескольких входящих и исходящих цифровых трактов реализуют посредством пространственно-временных цифровых коммутаторов (Рис.8). Процесс коммутации, осуществляемый данным видом коммутаторов, предполагает использование двух параметров или координат, по которым происходит перенос содержимого информационных каналов между входами и выходами коммутатора: пространства и времени. В этом смысле пространственно-временная коммутация является симбиозом двух ранее рассмотренных методов: временной и цифровой пространственной коммутации.

Очевидно, что пространственно-временной коммутатор обладает наилучшими функциональными возможностями, так как позволяет реализовать переключение информационных сигналов любого из n входящих цифровых трактов в любой канальный интервал любого из m исходящих цифровых трактов (Рис.9), обеспечивая, тем самым, свойство полнодоступности. Современные пространственно-временные коммутаторы, реализованные в виде функционально специализированных больших интегральных схем, позволяют коммутировать содержимое нескольких тысяч уплотнённых во времени каналов цифровых трактов и являются основой построения коммутационных полей цифровых телефонных станций большой емкости.[3]        

Рис. 9.

  Пространственно-временная цифровая коммутация в коммутаторах данного класса осуществляется на основе циклической записи канальной информации группы входящих цифровых трактов в общее информационное оперативное запоминающее устройство и считывания оттуда содержимого требуемых канальных интервалов в моменты времени, соответствующие требуемым канальным интервалом исходящих цифровых трактов. [3]

   Сигналы входящих цифровых трактов пространственно-временного коммутатора (Рис.10) поступают на последовательно-параллельный преобразователь (S/P) и затем под управлением адресной информации, приходящей со счетчика (СЧ) через мультиплексор 1 (MX1) регулярно, начиная с нулевого адреса, записываются в ячейки речевого ОЗУ (РЗУ). От внешнего управляющего устройства по шинам nвх и mисх поступает информация о том, какие каналы входящих и исходящих цифровых трактов должны быть соединены между собой. Информация о номере входящего канала и тракта записывается в адресное ОЗУ (АЗУ) по адресу, равному номеру исходящего канала и тракта, приходящему через мультиплексор (MX2).  

Рис. 10.

Считанная под управлением адресов, приходящих со счетчика (СЧ) через (MX2) с выходов адресного ОЗУ, информация через MX1 поступает на адресные входы РЗУ. По этим адресам канальная информация входящих трактов, ранее записанных в РЗУ, считывается оттуда и после параллельно–последовательного преобразователя (P/S) поступает в требуемые канальные интервалы исходящих цифровых трактов.