9.6.2. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ СВЯЗИ

Требования к коммутационным устройствам. В течение многих лет работы по созданию техники коммутации в электрической связи были направлены преимущественно на разработку автоматических телефонных станций поскольку телефонная связь являлась наиболее массовым видом Нагрузка телефонной сети зависит от количества, времени возникновения и продолжительности телефонных разговоров. Под интенсивностью нагрузки понимается в телефонии среднее число вызовов в один час. За единицу нагрузки среднее время занятия станции при одном вызове) принимается один Эрланг (1 часо-занятие в час). В течение суток нагрузка изменяется, достигая максимума в Каждый абонент в среднем даёт нагрузку в диапазоне По этим значениям рассчитываются телефонная сеть и её коммутационные системы.

Если в пучке, который обслуживает без ожиданий (без очереди) любое число и источников нагрузки, создающих пуассоновский поток вызовов с интенсивностью X, имеется каналов, каждый из которых занимается вызовом в среднем на время то вероятность потерь сообщения (блокировки, т.е. вероятность того, что все каналы будут заняты) находится по формуле Эрланга [30]

где интенсивность нагрузки, Таким образом, в часто используемой на практике системе без ожиданий обеспечиваются многие, но не все возможные соединения. Это приводит к появлению потерь (отказов), допустимая вероятность которых лежит в пределах

При сравнительно небольших значениям полезны некоторые приближения с помощью которых можно выразить при заданной вероятности блокировки величину минимального необходимого числа каналов как линейную функцию

Статистические характеристики потока вызовов без ожиданий и с ожиданиями изучаются на основе методов теории телетрафика. Эта теория позволяет установить требования к устройствам коммутации и числу линий, при гарантируется удовлетворительное качество связи при заданном проценте отказов или времени ожидания.

Пространственная коммутация. Основным функциональным блоком как узла коммутации является коммутационное поле, от структуры которого зависит вся схема организации узла. К первой группе относятся структуры пространственных коммутационных полей, характерных для аналоговых систем коммутации. Вторую труппу составляют коммутационные поля как с пространственной, так и с временной коммутацией. В упрощённом виде блок-схема коммутационной станции представлена на рис. 9.20. Здесь коммутационное поле, предназначенное для входящих и исходящих линий на время передачи; система управления установлением соединения и разъединения; периферийное оборудование для сопряжения приёмо-передающей аппаратуры и коммутационного поля аппаратуры сигнализации и контроля.

Коммутационное поле емкостью пущ представляет собой многополюсник (матрицу) с входами и выходами, обеспечивающий необходимые соединения. При электрическом соединении физически раздельных линий, не имеющих общих точек и могущих любой момент использоваться только для одного соединения, коммутацию называют пространственной. В случае, если входящие и исходящие каналы соединены в общую цепь через электронные контакты, замыкаемые в соответствии с методом временного уплотнения лишь на короткие интервалы коммутацию называют временной.

Под пропускной способностью

Рис. 9.20. Блок-схема коммутационной станции

Рис. 9.21. Коммутационная матрица размером (а) и изображение узла коммутации (б)

КП понимают максимальное число одновременно устанавливаемых соединений При пространственное коммутационное поле позволяет соединить любой свободный вход с любым свободным выходом независимо от наличия в данный момент других соединений (неблокирующее КП). Для пространственных схем коммутации при возможны блокировки (потери), если все выходы заняты. По мере роста пит растет сложность КП, измеряемая числом точек коммутации. Тем не менее с целью сокращения числа точек коммутации на практике используют коммутационные системы с которые, как уже отмечаюсь выше, обеспечивают при отсутствии очереди многие, но не все возможные соединения. Для уменьшения сложности коммутационной схемы при пространственной коммутации часто прибегают к последовательной (многозвеньевой) коммутационной схеме

На рис. 9.21, а показана коммутационная матрица размером и где горизонтальных линий (цепей) имеют доступ к вертикальным через точек коммутации (изображены крестиками). В каждой точке пересечения находится коммутационный элемент, который может быть замкнут или разомкнут". Впервые изложенный принцип был реализован в механических многократных координатных соединителях. На схемах узлы коммутации КП изображают (рис. 9.21, 6) в форме прямоугольника (если и трапеции (если

Цифровая коммутация канальных интервалов. Более перспективными являются электронные узлы коммутации на основе использования техники ИКМ, которые позволяют повысить эффективность использования трактов передачи, так как точки коммутации между входящей и исходящей уплотнёнными линиями занимаются только на время канального интервата, тогда как в рассмотренном способе пространственной коммутации тракт занимается на всё время передачи сообщения. Это позволяет значительно уменьшить сложность коммутационного поля.

Поясним принцип распределения информации на основе цифровой коммутации канальных интервалов. Будем считать, что речевой сигнал каждого канала (источника) дискретизируется с частотой дискретизации т.е. длительность цикла (интервала дигкретизации) составляет При -разрядном двоичном кодировании типовой канал ИКМ требует пропускную способность Каждому -разрядному слову при временном уплотнении сигналов отводится канальный интервал Международными стандартами предусматривается объединение каналов, а также двух таких же канатов для управления и синхронизации; необходимая при этом пропускная способность составляет Разумеется, такая система может быть применена и для передачи неречевых сигналов.

Как же осуществляется цифровая коммутация, если сегменты сообщений различных каналов занимают соответствующие им канальные интервалы в цикле? Простейшая процедура очевидна. Каждый цикл при поступлении по входящей линии в систему коммутации записывается в память. После этого коммутация выполняется просто путём считывания в любом требуемом (скоммутированном) порядке. Устройство, выполняющее указанную операцию, называется коммутатором канальных интервалов (ККИ).

Многозвеньевые коммутационные системы. С целью уменьшения сложности систем ком мутации применяется каскадное включение временных и пространственных коммутаторов. Например, в коммутационной схеме (время-пространство-время) в качестве первой ступени коммутации используется ККИ, на второй ступени - пространственный коммутатор, наконец, на третьей ступени — снова ККИ Предположим, что канатов на входе

должны соединяться с таким же числом каналов на выходе. Для пространственного коммутатора одной ступени это потребовало бы точек коммутации. В случае же схемы пусть во входных ККИ применяются входящих канальных интервалов. Тогда требуется на входе и такое же количество на выходе. Для неблокирующей работы в точке пространственного коммутатора потребуется обеспечить различных соединений. Поскольку необходим пространственный коммутатор емкостью Очевидно, что приведённое решение обеспечивает огромное уменьшение размеров схемы по сравнению с одноступенным коммутатором Если бы была применена трёхступенная пространственная схема, то в нашем примере можно было обойтись 168000 точками коммутации [30].

Выбор путей установления соединений носит случайный характер, соединения возникают в случайные моменты времени, между случайными линиями и занимают коммутационное поле в течение случайного времени. Поэтому в теории структур систем коммутации важное место уделяется поискам оптимального выбора путей установления соединений, при которых можно добиться упрощения структуры коммутационного поля (в частности, уменьшения числа точек коммутации) за счёт некоторого усложнения процессов управления.

Ограничимся кратким упоминанием о схеме организации взаимодействия между двумя ОП через коммутируемую сеть связи. Если один из ОП инициирует передачу сообщения источника), то по абонентской линии он посылает сигнал вызова на УК источника. Этот узел обеспечивает процесс установления соединения с получателем. Отсутствие требуемых ресурсов для организации информационного обмена между в сети приводит к отказу в соединении. Если же соединение между и получателем установлено, а готов принимать информацию и послал к соответствующий сигнал, начинается фаза передачи. Для её окончания или посылают в сеть сигнал, разрывающий информационный канал.

Рассмотренный выше принцип КК удобен при передаче длинных сообщений, когда продолжительность передачи сообщений существенно превышает время установления соединения . Метод КК широко применяется в телефонных сетях, предоставляющих пользователям возможность диалоговой связи.

Сети с коммутацией сообщений (КС) и коммутацией пакетов (КП). Такие сети ориентированы на передачу данных. Основным достоинством таких сетей помимо эффективного использования ресурсов связи является возможность преобразования скоростей, форматов и кодов сообщений, позволяющего взаимодействовать разным ОП, и проверки правильности Передачи сообщений, обеспечивающей контроль верности При этом сообщение или пакет помимо содержательной части включает и служебные данные (поля начала сообщения, адреса, символы коррекции ошибок, конца сообщения и др.). Поэтому сообщения должны накапливаться в памяти узла КС (КП) и предварительно обрабатываться перед лередачей Это означает, что структура УК должна базироваться на специализированной ЭВМ с многопрограммным управлением. Для определения характеристик и расчёта узла КС (КП) разрабатываются математические модели на основе методов теории массового обслуживания.