Лекція 8. Комутація в телекомунікаціях

Комутація

Найпростіша телекомунікаційна мережа

Структура станції комутації

Ієрархія комутацій

Комутація каналів і комутація пакетів

Передача даних по телекомунікаційних мережах

 

Комутація

Функції, виконувані вузлом мережі в процесі організації і розпаду сполучних трактів між абонентами, називаються комутацією. Комутація означає тимчасове встановлення шляху передачі від певного входу до певного виходу в мережі або ж в групі таких входів і виходів.

Мережа, в якій з'єднувальні тракти спочатку створюються для кожного обміну повідомленнями, а після його закінчення розпадаються на ділянки, називається комутованої. Однак на мережі завжди можуть бути абоненти, які мають постійні з'єднувальні тракти або тракти, організовувані на певний час за розкладом.

Комутація здійснюється за допомогою комплексу спеціальних пристроїв під загальною назвою «станція комутації». Споживані також назви більш специфічні назви «автоматична телефонна станція» і «система комутації».

Автоматична телефонна станція (АТС) – комплекс пристроїв, на якому закінчується безліч абонентських ліній і який може зв'язати лінії між собою або здійснити пересування сигналу між лініями. Комутація на АТС означає тимчасову зв'язок між телефонними апаратами, комп'ютерами або пристроями, яка встановлюється набором номера.

Система комутації – пристрій, який з'єднує або роз'єднує дві лінії передачі між собою.

Пункт А Пункт Б

Ріс.8.1. Місце станцій комутації в узагальненій схемі системи електрозв'язку

 

У розглянутій вище схемі передавач і приймач можуть розглядатися як станції комутації. В якості ліній передачі виступають двохпровідні з'єднувальні лінії між станціями. Станції комутації є обов'язковим елементом найпростішої телекомунікаційної мережі, розглянутої нижче.

Найпростіша телекомунікаційна мережа

Особа, яка користується послугами зв'язку, називається абонентом. Для виходу на зв'язок абонент користується своїм абонентським пристроєм (телефонним апаратом, комп'ютером або телевізором).

Для передачі інформації від одного абонентського пристрою мережі до іншого потрібно встановити з'єднання через відповідний пристрій. Це пристрій називається станцією комутації. Абонент ідентифікує до з'ôднання за допомогою набору номера, який передається через абонентську лінію в станцію комутації. Набраний номер містить контрольну інформацію про дзвінок і маршруті для встановлення з'єднань.

В принципі всі телефонні апарати можна з'єднувати кабелями за правилом: «кожен з кожним», як це було на зорі телефонії. Однак коли число телефонних апаратів зростає, то оператор незабаром помічає, що доводиться часто комутувати сигнали з однієї пари проводів на іншу. Очевидно, що, побудувавши станцію комутації в центрі району масового проживання абонентів, можна значно скоротити загальну довжину проводів. Зовсім небагато проводів потрібно й між районними станціями, тому число одночасно відбуваються дзвінків у багато разів менше числа абонентів, див. рис. 8.2. Перші станції комутації були ручними, комутації робилися на щиті перемикань.

 

Рис. 8.2. Найпростіша телекомунікаційна мережа.

 

Телефонні апарати абонентів були з'єднані зі станціями комутації за допомогою абонентських ліній, кожна з яких представляє собою пару проводів. У свою чергу станції комутації, що знаходяться на території одного міста (населеного пункту), були з'єднані з'єднувальними лініями (СЛ), кожна з яких представляє собою пару проводів.

Строунджер запропонував першу автоматичну станцію комутації в 1887 році. З цього часу управління комутацією здійснюється абонентами за допомогою набору номера. Багато десятиліть станції комутації були комплексами електромеханічних реле, але в останні кілька десятиліть вони розвинулися в цифрові системи комутації з програмним управлінням. Сучасні станції мають дуже велику ємність – десятки тисяч абонентів, і тисячі з них одночасно виробляють дзвінки в годину пік.

Якщо станції комутації знаходяться в різних містах, то вони з'єднуються лініями зв'язку, кожна з яких містить кілька десятків каналів зв'язку.

Сукупність лінійних та станційних засобів, призначених для з'єднання двох кінцевих абонентських пристроїв, називається з'єднувальним трактом. Кількість комутаційних вузлів і ліній зв'язку в сполучному тракті залежить від структури мережі і напрямки з'єднання.

 

Структура станції комутації

Станція комутації являє собою пристрій, призначений для встановлення, підтримки і роз'єднання з'єднань (абонентів).

Для виконання своїх функцій станція комутації повинна мати, рис. 8.3:

• комутаційне поле (КП), що складається з комутаторів і призначене для з'єднання вхідних і вихідних ліній (каналів) на час передачі інформації;

• керуючий пристрій (КП), що забезпечує встановлення з'єднання між вхідними та вихідними лініями через комутаційне поле, а також прийом і передачу керуючої інформації.

 

Ріс.8.3. Основні складові станції комутації

 

Основою станції комутації є комутаційне поле, яке складається з елементів комутації, точок комутації і комутаторів.

Елемент комутації – найпростіший ключ, який може за допомогою керуючого пристрою замикатися і розмикатися. Ключем може бути металевий контакт або напівпровідниковий перемикач.

Точка комутації – кілька одночасно працюючих ключів.

Комутатор – комутаційна схема з n входами і m виходами. У кожній точці перетину входу з виходом повинен бути передбачена точка комутації. На схемі входи подані горизонтальними, а виходи вертикальними лініями.

Крім того, на станції є джерела електроживлення, пристрої сигналізації та обліку параметрів навантаження (кількості повідомлень, втрат, тривалості заняття та ін.)

У деяких випадках станція комутації може мати пристрої прийому і зберігання інформації, якщо така передається не безпосередньо споживачеві інформації, а попередньо накопичується на вузлі. Такі вузли застосовуються в системах комутації повідомлень.

 

Рис. 8.4. Елементи комутації, точки комутації та комутатори

 

Головне завдання телефонної станції комутації побудувати сполучний тракт між абонентом А, який ініціює дзвінок, і абонентом Б, відповідно інформації, що міститься в набраному номері.

Побудований розмовний тракт повинен зберігатися аж до сигналу відбою. Цей принцип називається комутацією каналів на відміну від комутації пакетів, яка часто використовується в комп'ютерних мережах.

У минулому комутаційне поле було електромеханічним і контролювалося імпульсами з телефону. Пізніше, контрольні функції були інтегровані в загальний блок контролю. В даний час загальний блок контролю являє собою ефективний і надійний комп'ютер або мікропроцесор зі значним програмним забезпеченням, що працює в режимі реального часу. Станція з таким забезпеченням називають станціями комутації з програмним контролем, див. ріс.8.5.

Кожна станція комутації організовує з'єднання між абонентами А і Б відповідно сигнальної інформацією, яку отримує від абонента або від попередньої станції. Якщо ця станція не є засновницької, то вона передає сигнальну інформацію до найближчої станції щоб будувати розмовний тракт далі.

 

Рис. 8.5 Станція комутації з програмним контролем

 

Ієрархія комутацій

На зорі телефонії комутатори або станції комутацій були локалізовані в центрі району обслуговування і виробляли з'єднання для абонентів цього району. Однак і донині станції комутації прийнято розглядати як центральні служби.

Коли телефонна щільність виросла, і з'явився попит на розмовні тракти великої довжини, з'явилася необхідність пов'язувати з'єднувальними лініями центральні станції. З подальшим зростанням телефонного обміну знадобилося вже пов'язувати нові комутатори з центральними станціями, з'явився другий рівень комутації, що включає в себе транзитні комутатори. На даний момент мережі мають декілька рівнів комутації.

Форми, найменування та кількість рівнів ієрархії комутацій різняться від країни до країни. Рис. 8.6 показує приклад можливої ​​ієрархії комутованій мережі.

Ієрархічна структура мережі допомагає оператору управляти мережею і зробити прозорими основні принципи маршрутизації дзвінків. Дзвінок направляється кожною станцією вгору по ієрархії, якщо пункт призначення не локалізована за рівнем нижче цієї станції. Структура телефонного номера підтримує цей простий принцип маршрутизації вгору і вниз по рівнях ієрархії.

 

Рис. 8.6. Ієрархія станцій комутації