4.1. Структура системы коммутации

4.2. Элементная база систем коммутации

4.3. Коммутационные поля

4.3.1. Структура коммутационного поля

4.3.2. Модель коммутационной системы

4.3.3. Управляющие устройства

4.1. Структура системы коммутации

Система коммутации – комплекс оборудования, предназначенный для приема и распределения поступающей информации по направлениям связи.

Таблица 4.1 – Классификация коммутационных систем

Для выполнения своих функций коммутационная система должна иметь в своем составе следующие виды оборудования (рисунок 4.1):

1)     Блоки абонентских линий (БАЛ) осуществляют подключение абонентских линий (АЛ) к системе.

2)     Блоки соединительных линий (БСЛ), к которым через КСЛ (комплекты соединительных линий) происходит подключение соединительных линий (СЛ) для связи с другими коммутационными системами.

3) Коммутационное поле (КП)  осуществляет коммутацию входящих линий с исходящими. Коммутационное поле может быть построено на основе пространственного разделения каналов и тогда в качестве коммутационных элементов используются многократные координатные соединители (МКС), герконовые реле, ферриды. Коммутационное поле с временным разделением каналов строится на основе применения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и использует в качестве элементов полупроводниковые запоминающие устройства и логические интегральные микросхемы.

4) Система управления (СУ) – выполняет все логические функции по управлению процессами установления соединений.

5) Генераторное оборудование – осуществляет формирование акустических сигналов.

Рисунок 4.1 – Обобщенная структура коммутационной системы

4.2. Элементная база систем коммутации

Под коммутацией понимается любой вид переключения электрических цепей (замыкание, размыкание, переключение с одной цепи на другую). Для реализации процесса коммутации применяются коммутационные приборы. Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание и переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении управляющего сигнала [23]. Замыкание или размыкание электрической цепи в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом, который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью, которая определяется количеством одновременно коммутируемых проводов. Для коммутации линий с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т. д) требуется несколько коммутационных элементов, которые объединяются в коммутационную группу, элементы которой переключаются одновременно под воздействием управляющего сигнала. В коммутационном приборе в зависимости от числа подключаемых линий может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп, обеспечивающих коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора называется точкой коммутации.

Цикл работы коммутационного прибора (рисунок 4.2) состоит из трех фаз:

1)  фаза срабатывания (замыкания), длительность которой определяется временем переключения прибора из нерабочего состояния в рабочее и зависит от конструктивных особенностей и схемы включения управляющих цепей;

2)  фаза удержания (активное состояние), длительность которой зависит от функций прибора;

3) фаза выключения (отпускания), длительность которой определяется скоростью возврата прибора в нерабочее состояние и зависит от конструкции прибора и схемы включения управляющих цепей.

Рисунок 4.2 – Цикл работы коммутационного прибора

 

Коммутационные приборы могут быть классифицированы по следующим признакам:

1)  по назначению:

·     коммутация цепей управления (реле);

·     коммутация трактов в поле (искатели, соединители различных типов);

2) по способу удержания точки коммутации в рабочем состоянии:

·     механическое удержание;

·     электрическое (магнитный поток создается током, протекающим по обмоткам прибора);

·     магнитное (магнитный поток для удержания создается либо постоянным магнитом, либо за счет остаточной индукции сердечника или контактных пружин).

Коммутационные приборы характеризуются структурными, электрическими и временными параметрами.

К структурным параметрам относятся:

·     число входов n;

·     число выходов m;

·     доступность D;

·     число одновременно коммутируемых линий (проводность) р.

Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации и коммутационных элементов, максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам относятся:

·     коммутационный коэффициент К - отношение сопротивления коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии R_з к сопротивлению в открытом (замкнутом) состоянии R_з;

·     вносимое затухание в тракт;

·     уровень шумов;

·     величина тока, необходимая для переключения коммутационных элементов;

·     потребляемая мощность.

К временным параметрам относятся:

·     время срабатывания (t_ср) – интервал времени между подключением питания к управляющим входам и переключением всех коммутационных элементов в рабочее состояние;

·     время отпускания (t_отп) – интервал времени между подачей команды на отключение и возвратом всех коммутационных элементов в нерабочее состояние.

Коммутационные приборы по структурным параметрам делятся на четыре типа:

1) Коммутационные приборы типа реле (1×1), которые имеют один вход и один выход (условные изображения показаны на рисунке 4.3).

Рисунок 4.3 – Коммутационный прибор типа реле (1×1)

Коммутационный прибор данного типа может находиться в одном из двух состояний: разомкнутом или замкнутом. Переход из одного состояния в другое осуществляется под воздействием управляющего сигнала, который поступает на управляющий вход R из устройства управления.

2) Коммутационные приборы типа искателей (1×m), которые имеют один вход и m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Коммутационный прибор типа искателя (1×m)

В приборе можно установить соединение входа с любым выходов, следовательно, доступность прибора D=m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3) Коммутационные приборы типа соединителей(n×m), которые имеют n входов и m  выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Коммутационный прибор типа соединителя (n×m)

Каждому из n входов доступен любой из m выходов, следовательно, доступность прибора D=m. В приборе одновременно может быть установлено n соединений, если n£ m или m соединений, если n> m.

4) Коммутационные приборы типа многократных соединителей n(1×m), которые имеют n входов и n×m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.6).

Каждому из n входов доступны только m определенных выходов, следовательно, доступность прибора D=m из общего числа выходов n×m.

Рисунок 4.6 – Коммутационный прибор типа многократного соединителя n(1×m)

4.3. Коммутационные поля

4.3.1. Структура коммутационного поля

Одним из основных частей коммутационной системы является коммутационное поле (КП). Его рациональное построение позволяет при минимальных затратах оборудования обеспечить требуемое качество обслуживания вызовов. Структура КП показана на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 – Структура коммутационного поля

Коммутационные поля разделяются на ступени искания (звенья) – группа коммутационных приборов, выполняющих одинаковые функции.

С помощью КП через внутристанционные линии V₁ и V₂  N входов соединяются с М выходами. Чаще всего соотношение между числом линий следующее: N> V1; V1=V2; V2<М.

На ступени А осуществляется переход от большого числа входов N (абонентских линий) к меньшему числу внутристанционных линий V1, т. е. выполняется функция сжатия. На ступени В внутристанционные линии V1 коммутируются с внутристанционными линиями V2, т. е. выполняется функция коммутации. На ступени С осуществляется переход от внутристанционных линий V2 к требуемому числу выходов М, то есть выполняется функция расширения.

Ступени искания строятся на основе коммутационных схем, которые можно классифицировать по следующим признакам:

1)  по соотношению числа входов и выходов:

·     схемы концентрации или сжатия (рисунок 4.8);

Рисунок 4.8 – Схема концентрации

·     схемы расширения (рисунок 4. 9);

Рисунок 4.9 – Схема расширения

·     схемы смешивания (рисунок 4. 10);

Рисунок 4.10 – Схема смешивания

2)  по количеству точек коммутации между входом и выходом:

·     однозвенные или однокаскадные, в которых соединение входа с выходом осуществляется через одну точку коммутации (рисунок 4.11);

Рисунок 4.11 – Однозвенная ступень искания

·     многозвенные, в которых соединение входа с выходом осуществляется через несколько точек коммутации, например, через две (рисунок 4.12).

Рисунок 4.12 – Двухзвенная ступень искания

Принято обозначать звенья коммутационной схемы буквами английского алфавита: A, B, C, D и т.д.  Многозвенные схемы используются для увеличения доступности. В данных коммутационных схемах применяется принцип обусловленного искания: выбирается такой выход, к которому есть свободная промежуточная линия, доступная входу.

4.3.2. Модель коммутационной системы

Модель коммутационной системы емкостью 100 номеров с одной ступенью искания показана на рисунке 4.13.

В данной системе каждая абонентская линия АЛ имеет индивидуальный коммутационный прибор – линейный искатель на 100 линий (прибор типа 1×100), который осуществляет выбор линии вызываемого абонента. Помимо собственного искателя АЛ заводится на соответствующие контакты всех 100 искателей, установленных в системе. Абонентский комплект АК служит для приема сигнала вызова от телефонного аппарата абонента.

Рисунок 4.13 – Модель коммутационной системы с одной ступенью искания ЛИ

Для установления соединения абонент должен набрать на номеронабирателе телефонного аппарата двухзначный номер вызываемого абонента. Выбор выхода на ступени ЛИ осуществляется в режиме вынужденного искания, т. е. под управлением адресной информации. На рисунке 4.14 показана диаграмма последовательности установления внутристанционного соединения.

Рисунок 4.14 – Диаграмма последовательности установления внутристанционного соединения

Построение системы коммутации с одной ступенью искания экономически не выгодно, т. к. для обслуживания возникающих вызовов в час наибольшей нагрузки достаточно иметь 10-15 приборов ЛИ вместо 100, которые используются в данной системе.

Если всем вызывающим абонентам будет доступно 10-15 приборов, то для подключения свободного прибора нужно ввести дополнительную ступень предварительного искания ПИ, которая позволит сократить число приборов. ПИ  обеспечивает подключение АЛ вызывающего абонента к свободному в данный момент ЛИ. Выбор свободного выхода к следующей ступени искания осуществляется в режиме свободного искания, т. е. без использования номера абонента Б. Выход со ступени ЛИ осуществляется в режиме вынужденного искания. Модель коммутационной системы емкостью 100 номеров с двумя ступенями искания показана на рисунке 4.15.

Рисунок 4.15 – Модель коммутационной системы с двумя ступенями искания

Распределение функций ПИ и ЛИ между разными ступенями искания применяется в декадно-шаговых АТС. Во всех остальных системах АТС эти функции выполняет ступень абонентского искания АИ (рисунок 4.16).

Рисунок 4.16 – Модель коммутационной системы с одной ступенью искания АИ

Ступень АИ является ступенью двухстороннего действия: для вызывающего абонента выполняет функции ПИ, для вызываемого функции ЛИ.

Максимальная емкость коммутационной станции с функциями ПИ-ЛИ зависит от параметров коммутационных приборов, на которых построена ступень ЛИ (АИ). Как правило, эти приборы имеют 100 выходов в коммутационном поле, поэтому емкость АТС не превышает 100 номеров.

Для увеличения емкости АТС при построении коммутационного поля используется способ группообразования. Сущность группообразования состоит в том, что общая емкость АТС делится на группы, емкость которых равна емкости контактного поля ЛИ.

Например, АТС емкостью 1000 номеров разбивается на 10 групп по 100 номеров в каждой. Для выбора группы, в которой находится нужная АЛ, устанавливается специальный коммутационный прибор – групповой искатель (ГИ). Совокупность приборов ГИ образует ступень группового искания – ступень ГИ.

Рисунок 4.17 – Модель коммутационной системы с одной ступенью ГИ

Поле ступени ГИ делится на направления связи, через каждое из которых обеспечивается доступ к определенной группе абонентов. Поле ГИ характеризуется:

·     делимостью – количеством направлений связи;

·     доступностью – число выходов направления, доступных входу;

·     кодом – частью номера вызываемого абонента, по которой происходит выбор направления.

Максимальное количество направлений, которое можно организовать в поле ГИ, зависит от способа деления поля. Различают механическое и электрическое деление поля. При механическом делении количество направлений поля ГИ определяется конструкцией коммутационных приборов. Такой метод применяется в декадно-шаговых АТС, поля ГИ которых имеют 10 направлений. При электрическом делении поля количество направлений определяется программой, которая заложена в управляющее устройство.

Модель коммутационной системы емкостью 1000 номеров с одной ступенью ГИ показана на рисунке 4.17.

В процессе установления соединения на ступени ГИ производится выбор направления в режиме вынужденного искания и выбор выхода в направлении в режиме свободного искания.

4.3.3. Управляющие устройства

Управляющие устройства УУ можно классифицировать по следующим признакам:

1) по функциональному назначению:

·     УУ коммутационными приборами;

·     УУ анализа и выдачи адресной информации;

2) по количеству объектов управления:

·     индивидуальные УУ – закрепляются за отдельными приборами или модулями;

·     групповые УУ – обеспечивают управление группой приборов или модулей.

Способы управления установлением соединения делятся на два вида:

1)  непосредственное управление (рисунок 4.18), при котором нет запоминания адресной информации, а сигналы от номеронабирателя телефонного аппарата непосредственно передаются в УУ (применяется только в декадно-шаговых АТС);

2) косвенное (регистровое) управление (рисунок 4.19), при котором адресная информация запоминается в регистре, а затем распределяется по УУ ступеней искания.

Основными функциями регистра является прием и накопление адресной информации.

Способы установления соединения также подразделяются на два вида:

1) прямой, при котором установление соединения происходит одновременно с выбором выхода и применяется в системах с индивидуальными УУ;

2) обходной, при котором процесс выбора выхода отделен от процесса установления соединения и применяется в системах с групповыми УУ. Коммутационный прибор выполняет функции соединения входы с выходом, а выбор требуемого соединительного пути между входом и выходом выполняет УУ.

Рисунок 4.18 – Непосредственное управление соединением

Рисунок 4.19 – Косвенное управление соединением