Особенности функционирования и сравнительные характеристики цифровых КП

Как уже указывалось ранее, цифровые КП всегда четырехпроводные, так как ИКМ линии состоят из двух времяуплотненных цепей - на направление передачи и направление приема. Таким образом, для установления соединения необходимо иметь по одному канальному ин­тервалу в каждом направлении.

Алгоритм выбора пар соединительных путей в цифровом КП зависит от того, к какому типу относится поле: разделенному или неразделенному. В разделенных цифровых КП ме­жду входной и выходной ИКМ линиями может устанавливаться только одно соединение (например, слева направо, как это показано на рис. 3.22, а). Это приводит к тому, что циф­ровое КП разбивается на два идентичных поля для каждого направления связи. Обычно со­единительные пути для одного разговора устанавливаются в таком цифровом КП одинако­вым образом для обоих путей, и для управления ими нужна лишь одна память для обеих половин поля.

Сложнее обстоит дело в неразделенном цифровом КП, когда оба соединительных пути для одного разговора устанавливаются через одно и то же поле (рис. 3.22, б). Установление двух идентичных соединительных путей для одного разговора через такое поле приводит в ряде случаев к тому, что оба пути проходят через один и тот же канальный интервал сред­ней ступени КП, что запрещено.

Рис. 3.22. Установление соединения через разделенное (а) и неразделенное (б) цифровое КП

В принципе возможны три основных алгоритма поиска пар соединительных путей в не­разделенных цифровых КП: алгоритм установления независимых соединительных путей, симметричный алгоритм, квазисимметричный алгоритм.

Свойства этих алгоритмов (и блок схемы их реализаций) рассмотрим на примере циф­рового КП структуры T-S-T. При этом заметим, что поскольку Г-ступень осуществляет коммутацию любого канального интервала внутри времяуплотненной ИКМ линии, то Г-сту­пень с параметрами NxM имеет эквивалентное представление в виде коммутатора с N вхо­дами и М выходами (рис. 3.23). Согласно же принципу работы S-ступени, канальные интер­валы могут коммутироваться между времяуплотненными ИКМ линиями, включенными в S-ступень, но нет возможности изменения порядка следования канальных интервалов внутри ИКМ линии. Поэтому 5-ступень с параметрами NxM, К представляется в виде К коммута­торов с N входами и М выходами (в частном случае N может быть равно М).

Предполагается, что оба соединительных пути для одного разговора устанавливаются через одинаково нумерованные входы и выходы первого и третьего звеньев поля.

Алгоритм установления независимых соединительных путей показан на рис. 3.24, а. Согласно данному алгоритму, соединительные пути должны устанавливаться независимо друг от друга. Поэтому требуются два управляющих ЗУ - одно для управления направлени­ем передачи, другое для управлением направления приема (при этом оставлены без внима­ния случаи, когда будут возникать конфликтные ситуации - их разрешение потребует ус­ложнения работы управляющих устройств).

Рис. 3.23.Цифровое КП T-S-T и его эквивалент

Естественным является стремление уменьшить объем управляющего ЗУ и упростить алгоритм поиска пар соединительных путей. Самым простым и удобным был бы такой, ко­торый позволял бы одинаковым образом устанавливать оба соединительных пути. Этот ал­горитм, получивший название симметричного, показан на рис. 3.24, б.

При реализации данного алгоритма условия симметрии требуют, чтобы оба соедини­тельных пути для одного разговора проходили через один и тот же коммутатор среднего звена. В этом случае резко упростится алгоритм нахождения соединительного пути на­правления приема (это будет просто зеркальное отображение соединительного пути на­правления передачи). Управление соединением может осуществлять одно управляющее ЗУ, используемое для обоих соединительных путей. К сожалению, симметричный алгоритм по­зволяет установить соединение только между абонентами, включенными в разные Т-ступени. В этом нетрудно убедиться, попытавшись установить соединение между або­нентами одной Г-ступени по рис. 3.24, б.

Этот недостаток симметричного алгоритма устраняется, если в среднем звене поля со­единение устанавливается через коммутаторы, расположенные рядом (по принципу «чет-нечет») (рис. 3.24, в). Такой алгоритм получил название квазисимметричного. Полное вы­полнение требований квазисимметричного алгоритма приводит к простой схеме поиска со­единительных путей обоих направлений с управлением единым ЗУ.

Квазисимметричный алгоритм обладает, однако, и одним существенным недостатком: если, например, в четном коммутаторе выбранный путь занят, то автоматически помечается как занятый связанный с ним соединительный путь в нечетном коммутаторе, независимо от его реального состояния.

Чтобы обойти это затруднение, предлагались разные варианты алгоритмов, например соединения для абонентов, включенных в разные Г-ступени, устанавливать по симметрич­ному алгоритму, а соединения для абонентов одной Г-ступени - по алгоритму установления независимых путей, либо использовать комбинацию симметричного и квазисимметричного алгоритмов.

Рис. 3.24. Блок-схемы поиска пар соединительных путей

Абоненты включены в одну Т-ступень

Д - направление передачи

А - направление приема

Абоненты включены в разные Т-ступени

□ - направление передачи

■ - направление приема

Техническое решение, позволяющее применить симметричный алгоритм поиска пары со­единительных путей вне зависимости от места включения абонентов, состоит в следующем:

1) на Т-ступени коммутационного поля производится разделение соединительных пу­тей, устанавливаемых между абонентами одной Т-ступени, и путей, устанавливаемых меж­ду абонентами разных Т-ступеней;

2) S-ступень разбита на подматрицы, обслуживающие только один вид соединения. В результате для обоих видов соединений используется симметричный алгоритм, но соедине­ние устанавливается через различные половины S-ступени (упрощенная схема поля показа­на на рис. 3.25).

При рассмотрении алгоритмов установления пар соединительных путей оставался в те­ни способ поиска свободных промежуточных линий, соединительных путей и свободных выходов в заданном направлении КП.

Отличительной особенностью поиска соединительных путей в цифровых коммутацион­ных системах с программным управлением является отсутствие в них физического опробо­вания линий и приборов поля. Все установленные соединения отображаются в виде специальных записей в ЗУ управляющих комплексов. Найденные по тому или иному алгоритму соединительные пути и приборы сравниваются с этими записями для определения того, свободны они или заняты.

Рис 3.25.Цифровое КП с симметричным алгоритмом поиска соединительных путей

При установлении соединения через цифровое КП всегда известна точка входа (уп­равляющий комплекс системы располагает сведениями о том, по какому канальному интер­валу какой входящей ИКМ линии будет передаваться речь вызывающего абонента). Эта информация передается в управляющий комплекс, например по 16-му канальному интерва­лу ИКМ-30. С другой стороны, анализ цифр номера вызываемого абонента дает информа­цию о направлении соединительных линий, в котором находится аппарат вызываемого або­нента. В этом направлении находится одна или несколько ИКМ линий. В одной из них не­обходимо найти свободный канальный интервал (этот интервал будет помечен управляю­щим комплексом как принадлежащий вызываемому абоненту).

Наибольшее распространение в цифровых КП получил способ поиска соединительных путей «от точки к точке». Процедура поиска сводится к следующему. На первом этапе за­дается начальная точка (занятый канальный интервал в данной входящей ИКМ линии). За­тем отыскивается свободный канальный интервал в любой ИКМ линии требуемого направ­ления. На следующем этапе разыскивается свободный соединительный путь между поме­ченным входным и найденным выходным канальными интервалами. После того как управ­ляющий комплекс найдет этот свободный соединительный путь, устанавливается соедине­ние. Если управляющий комплекс не находит свободного канального интервала в исходя­щей ИКМ линии требуемого направления или при найденном исходящем канальном интер­вале не находит свободного промежуточного пути, вызов считается потерянным.

При сопоставлении друг с другом КП различных типов чаще всего в качестве критерия используют стоимость поля, которая определяет его экономическую эффективность.

Для оценки экономической эффективности ведем функцию Т, которую назовем функци­ей приведенной стоимости (ФПС):

где G - число видов функциональных элементов: к, - стоимостный (весовой) коэффициент соответствующего функционального элемента; Q_t - число функциональных элементов поля i-ro вида.

В общем случае функция Т зависит от класса структуры цифрового КП и многих других параметров: количества цифровых трактов системы и каналов в ЦСП, типа структуры КП (разделенное или неразделенное), способа передачи сигнала по каналу (параллельный или последовательный), алгоритма выбора пар соединительных путей в КП, способа поиска пу­ти, допустимой нагрузки, потерь и т.д.

Иногда удобно использовать ФПС, представляющую собой функцию удельных затрат на один канал:

где N- число каналов, обслуживаемых КП.

При оценке эффективности КП с одинаковым качеством обслуживания, но различным числом цифровых трактов и каналов удобно использовать ФПС, являющуюся функцией за­висимости затрат на обслуживание одного канала:

где Y - нагрузка, поступающая на КП.

Конкретное представление функций Т, T_t или Т₂ зависит от выбора типов функциональ­ных элементов и соответствующих стоимостных коэффициентов, который может быть осуществлен с различной степенью детализации. Именно выбор указанных параметров су­щественно влияет на сложность вычисления функций Т, Т₁, Т₂.

С учетом вышеизложенного для оценки цифровых КП были построены таблицы выбора оптимальной структуры поля с количеством звеньев от 3 до 6, числом канальных интерва­лов в ЦСП 30 и 120, числом ЦСП (работающих по способу поиска соединительных путей «от точки к точке») до 120 000 для двух типов КП - разделенных и неразделенных (с фик­сированным качеством обслуживания). С помощью этих таблиц можно выбрать структуру цифрового КП с минимальным значением, например, функции Т; при фиксированном числе звеньев для заданной емкости.

Результаты анализа эффективности цифровых КП можно проиллюстрировать зависи­мостями Т_] =f(L), где L - общее число ЦСП КП. На рис. 3.26 приведены эти зависимости для случая применения ЦСП ИКМ-30 при нагрузке на один канальный интервалу = 0,8 Эрл, качестве обслуживания р = 0,1%, неразделенном поле, работающем способом «от точки к точке», и использовании квазисимметричного алгоритма поиска пар соединительных путей. Как видно из графиков, приведенная стоимость поля возрастает с увеличением емкости. Скорость нарастания стоимости различна для различных типов полей, однако характерно, что КП с S-ступенью на первом и последнем звеньях являются более дорогостоящими, чем с Г-ступенями на этих звеньях.

Анализ экономичности цифрового КП в зависимости от стоимостного коэффициента к показывает, что приведенная стоимость для всех КП, как правило, возрастает с увеличени­ем к, причем особенно существенно - для трехзвенных схем.

10 20 30 50 100 200 300 600 l

Рис. 3.26.Экономическая эффективность цифровых КП

Рассматриваемый подход позволяет сопоставить друг с другом КП различных типов - разделенные и неразделенные. На рис. 3.27 приведены зависимости Т, =f(L) для различного числа канальных интервалов в ЦСП при фиксированной емкости N = 4320 канальных ин­тервалов, равных 0,68 Эрл на один канал, р = 0,1%, к= 5, способе поиска соединительных путей «от точки к точке» и последовательной передаче кодовых слов по каналу. Анализ этих зави­симостей показывает, что разделенные поля, как правило, экономичнее неразделенных. Кроме того, стоимость разделенных и неразделенных полей уменьшается при увеличении числа канальных интервалов в ЦСП. Следовательно, если стоимость вторичного мультип­лексирования в цифровом КП невысока, целесообразно применять его всегда.

Как указывалось ранее, модульность является одной из основных особенностей цифро­вых КП. Оценка и сравнение цифровых КП, полученных различными способами модульно­го расширения поля, производится при одинаковом качестве обслуживания, т.е. использу­ется функция приведенной стоимости Т₂. В связи с этим расчет предельной емкости и емко­сти модулей поля производится не по количеству входных/выходных канальных интерва­лов, а по величине пропущенной нагрузки.

Существует несколько способов модульного расширения цифровых КП, основными из которых являются простое расширение модулями и расширение независимыми модулями.

Суть простого расширения модулями состоит в том, что для получения всего спектра градаций цифрового КП (от самого малого до максимально возможного) к неизменной час­ти поля добавляются конструктивно и функционально законченные модули. Этот способ обозначается SEG (сегментный). Особое место при данном способе занимает метод расши­рения цифрового КП, у которого центральные звенья являются S-ступенями. В этом случае расширение поля осуществляется добавлением одинаковых модулей слева и справа от цен­трального звена. Этот тип расширения обозначается STR (по слоям). Центральное звено ос­тается при этом неизменным.

Рис. 3.27.Зависимость Тt =f(L) для цифровых КП при различном числе канальных интервалов в ЦСП

о - значения для неразделенных полей; • - для разделенных полей

При расширении независимыми модулями градации поля получаются последовательным добавлением модулей во всех звеньях поля. Данный тип расширения обозначается [ND (не­зависимый).

Суммарные оценки, полученные с помощью функций Т₂ для этих типов расширения цифровых КП, приведены в табл. 3.3. Из таблицы видно, что поля, начинающиеся и закан­чивающиеся Г-ступенями, имеют преимущества перед полями с S-ступенями на первом и последнем звеньях.

Конкретное же решение о выборе структуры цифрового КП принимается, конечно, с учетом целого ряда факторов (модульности поля, надежности, габаритов и т.д).

Таблица 3.3.Оценка типов модульного расширения цифровых КП

Структура поля	Тип расширения	Условные обозначения результата применения способа расширения ++ ■ - очень хороший + — хороший о - средний - — плохой х — метод неприменим
SEG	IND	STR
T-S-T	++	+	++
T-S-S-T	-	о	++
S-T-S	-	о	X
S-S-T-S-S	-	о	X

Глава 4

Стыки цифровых АТС

Понятие стыка цифровых АТС

Работа цифровых АТС происходит в окружении разнообразного телекоммуникационного оборудования: других АТС (цифровых и аналоговых), различных абонентских устройств, систем передачи. Совместное функционирование всего оборудования осуществляется благо­даря выполнению определенных правил. В частности, ЦСК должна обеспечивать интерфейс (стык) с аналоговыми и цифровыми абонентскими линиями (АЛ) и системами передачи.

Стыком называется граница между двумя функциональными блоками, которая задается функциональными характеристиками, общими характеристиками физического соединения, характеристиками сигналов и другими характеристиками в зависимости от специфики.

Стык обеспечивает одноразовое определение параметров соединения между двумя уст­ройствами. Эти параметры относятся к типу, количеству и функциям соединительных цепей, а также к типу, форме и последовательности сигналов, которые передаются по этим цепям.

Точное определение типов, количества, формы и последовательности соединений и взаимосвязи между двумя функциональными блоками на стыке между ними задается спе­цификацией стыка.

Стыки цифровой АТС можно разделить на следующие (рис. 4.1):

- аналоговый абонентский стык;

- цифровой абонентский стык;

- абонентский стык ISDN;

- сетевые (цифровые и аналоговые) стыки.

-

Рис. 4.1. Стыки цифровых АТС

Иногда в технической литературе можно встретить классификацию стыков, опреде­ленных МККТТ (МСЭ-Т) в рекомендациях Q.50I-Q.517. Согласно этим рекомендациям аналоговые и цифровые соединительные линии включаются в АТС через сетевые стыки типов А, В и С.

Через стык А подключаются цифровые тракты, уплотненные аппаратурой ИКМ-30 (2048 Кбит/с) или ИКМ-24 (1544 Кбит/с).

Стык В предназначен для подключения цифровых трактов, уплотненных аппаратурой ИКМ-120 (8448 Кбит/с).

Аналоговые двух- и четырехпроводные линии включаются в станционное окончание цифровой АТС через стык С. Аналого-цифровые преобразователи для этих линий входят в состав оборудования цифровой АТС.

Для включения аналоговых линий (абонентских или от учрежденческих производст­венных АТС (УПАТС) в устройства, обеспечивающие доступ к цифровой станции) исполь­зуются стыки типа Z (Z₁, Z₂, Z₃). Характеристики стыков Z в значительной степени зависят от национальных особенностей сетей.

Для включения цифровых линий были определены интерфейсы UnV. Стыки U и V, ис­пользуются для включения АЛ при основном доступе к сетям ISDN (русскоязычная аббре­виатура ЦСИО - цифровые сети интегрального обслуживания). Основная структура досту­па через стык - два канала типа В (информационные каналы, 2x64 Кбит/с) и один канал ти­па D (канал сигнализации, 16 Кбит/с). Стык V₂ предназначен для включения цифровых под­станций на скорости 2048 Кбит/с. Через стык V₃ включается цифровое оборудование при первичном доступе к интегральным сетям, например цифровые УПАТС. Структура стыка: ЗОВ + D. Мультиплексорное оборудование в цифровые АТС включается через стык V₄. Для мультиплексоров ИКМ, используемых при подключении аналоговых выносных подстанций и аналоговых учрежденческих АТС, был предназначен стык V₅.

В настоящее время данная классификация в некоторой степени пересмотрена и допол­нена. Особенно большие изменения коснулись стыка V₅.

Аналоговый абонентский стык

При создании и внедрении цифровых АТС возникла проблема включения в цифровую АТС аналоговой абонентской линии с аналоговым телефонным аппаратом (ТА). Изобретенный свыше 100 лет назад телефонный аппарат оптимизирован для использования в аналоговых телефонных сетях. Во-первых, в его состав входил угольный микрофон - усилитель мощно­сти. Практически почти для всех возможных применений (кроме телефонных аппаратов для тугоухих) не требуется включать в разговорный тракт при внутренней связи дополнитель­ные усилители. Во-вторых, все необходимые зуммерные и вызывные сигналы подаются по разговорным цепям непосредственно из телефонных станций без преобразования, дополни­тельных цепей при этом не требуется. В-третьих, аналоговые электрические колебания при разговоре тоже передаются без преобразований (при отсутствии аппаратуры уплотнения) от микрофона одного абонента к телефону другого абонента, благодаря чему отпадает необхо­димость в дополнительных схемах на АТС. В-четвертых, сам телефонный аппарат чрезвы­чайно прост как по электрической схеме, так и конструктивно. Благодаря этому аналоговый телефонный аппарат обладает высокой надежностью. И, наконец, в-пятых, стоимость ана­логовых телефонных аппаратов невелика, так как их производство налажено давно и они выпускаются крупными сериями различного исполнения.

Безусловно, аналоговый телефонный аппарат не является идеальным устройством: уголь­ный микрофон гигроскопичен и служит источником шумов, дисковый номеронабиратель ча­ще других элементов ТА выходит из строя и не отвечает эргономическим требованиям. По­этому многие годы ведутся работы по созданию микрофонов других систем вместо угольных, вводятся кнопочные номеронабиратели вместо дисковых и др.

Точного количества телефонных аппаратов в мире никто не знает, но с уверенностью можно сказать, что их сотни и сотни миллионов штук. При этом абоненты не торопятся за­менять эти работоспособные и простые в эксплуатации аппараты на более дорогие цифро­вые телефонные аппараты.

Сложные проблемы, возникавшие при включении аналоговой абонентской линии в цифровую АТС, описываются аббревиатурой BORSCHT (русская транскрипция - БОРЩ, иногда используемая в русскоязычной литературе, некорректна¹). Расшифровка аббревиа­туры приведена в табл. 4.1.

Как следует из этой таблицы, при включении аналоговой абонентской линии в цифро­вую АТС приходится решать следующие группы проблем организации аналогового або­нентского стыка:

- согласование по виду передаваемого речевого сигнала (функция Coding - кодирова­ние) и в связи с этим переход от двухпроводной схемы разговорного тракта к четырехпроходной и наоборот (функция Hybrid - функция дифсистемы);

- согласование по уровням передаваемых сигналов: в сторону телефонного аппарата посылаются сигналы высокого уровня (функции Battery feed и Ringing), в сторону АТС эти сигналы не должны передаваться (цифровые АТС построены на БИС и СБИС с питанием 5... 12 В).

- обеспечение абонентской сигнализации (функция Signalling- сигнализация).
Функции Testing (контроль) и Overvoltage protection (защита от опасных напряжений) не

относятся прямо к организации стыка аналоговой абонентской линии, однако их реализация позволяет автоматизировать процесс эксплуатации абонентской линии и телефонного аппа­рата, а также защитить приборы и персонал цифровой АТС от опасных напряжений.

Основные пути эволюции аналоговых абонентских стыков рассмотрим на нескольких конкретных примерах.