ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПОЛЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОММУТАЦИИ

Пространственные коммутационные поля АТС предназначены для создания трактов передачи в зависимости от видов устанавливаемых соединений.

Основу коммутационного поля составляет коммутационная схема, иными словами схема соединения контактных групп коммутационных элементов, обеспечивающих подключение входов коммутационного поля к его выходам. В коммутационных схемах изображают только коммутационные группы (точки коммутации). Точка коммутации является, как правило, многопроводной. На основе точек коммутации строятся коммутационные многополюсники, называемые коммутаторами, которые обеспечивают проключение через одну точку коммутации любого из S входов на любой из V выходов.

Варианты условных изображений коммутаторов приведены на рис. 9.2.

Объем коммутационного оборудования определяется числом точек коммутации, так как именно по нему можно определить количество коммутационных элементов, образующих КП.

При обеспечении возможности установления соединения любого входа с любым выходом число точек коммутации N_тк = S*V. Такая коммутационная схема называется полнодоступной. Очевидно, что число точек коммутации в полнодоступных схемах резко возрастает с увеличением емкости КП. Так, например, при S=V=10 значение N_тк=100; при S=V=10 ^–3 уже имеем N_тк=10 ^-6.

В тех случаях, когда число выходов коммутатора достаточно велико, можно обеспечить каждому входу доступ не ко всем, а лишь к ограниченному числу выходов. Такой способ включения соответствует неполнодоступной схеме, то есть как бы заранее планируется ограниченность доступа некоторых входов к определенным выходам.

Вариант прямоугольной неполнодоступной коммутационной схемы показан на рис. 9.3. Крестиками показаны возможные точки коммутации.

Переход от полнодоступных схем к схемам с ограниченной доступностью позволяет получить значительную экономию точек коммутации. При этом, если соединение входов с выходами осуществляется рационально, то отрицательный эффект ограниченной доступности минимизируется. Так, например, если требуется соединить входы 1 и 8 с группой выходов, то следует выбрать выходы 1 и 3, а не 1 и 4. В последнем случае возможна блокировка входа 2, так как этот вход может быть подключен только к 1 и 4 выходам.

Коммутационные схемы, в которых соединение входа с выходом происходит непосредственно через одну точку коммутации, называются однозвенными.

Одним из распространенных путей сокращения потребного числа точек коммутации является создание многозвенных коммутационных схем.

Сущность построения многозвенной схемы КП заключается в следующем. Общее число входов и выходов КП, то есть его емкость, делится соответственно на группы. Для каждой группы входов в КП создается своя коммутационная матрица (коммутатор). Аналогично образуются коммутаторы для включения всех групп выходов. Совокупность коммутаторов одного типа, обеспечивающих включение входов КП или его выходов, образуют звено.

Двухзвенная схема КП такого типа показана на рис. 9.4.

Коммутационными параметрами двухзвенной схемы являются:

N - число входов в каждый коммутатор звена А ;

К - число коммутаторов на звене А;

M - число коммутаторов звена В ;

q - число выходов из одного коммутатора звена В.

Очевидно, что общее число входов на звене А равно S = К*N.

Минимальное число промежуточных линий между звеньями полнодоступного коммутационного поля F = М*К, то есть каждый коммутатор звена А связан со всеми коммутаторами звена В одной промежуточной линией.

Число промежуточных линий между любым коммутатором звена А и каждым коммутатором звена В называется связностью. В рассмотренной схеме КП связность F равна единице.

Оценим эффективность применения двухзвенного КП в сравнении с однозвенной схемой при S=100 и V=40.

Очевидно, что для однозвенной полнодоступной схемы требуется 4000 точек коммутации. Если все 100 входов распределить равномерно по десяти коммутаторам

 

звена А, а все 40 выходов по четырем коммутаторам звена В и при этом входные и выходные коммутаторы соединить по принципу "каждый с каждым" промежуточными линиями (связность будет равна единице), то для реализации КП потребуется всего 800 точек коммутации:

N_тк = К(N*M) + M(K*q ) = / K=S/N; q=N / = S/N (N*M) + M(S/N*N) =

= S*M + M*S = 2S*M = S=100; M = 4 = 800.

Одно из привлекательных свойств однозвенной коммутационной схемы заключается в том, что она является строго неблокирующейся. Если вызываемый абонент свободен, то соединение с ним всегда может быть уста­новлено, причем задействуется только одна точка коммутации полнодоступного коммутатора. В многозвенных же схемах КП для соединения пары вход-выход коммутационного поля точки коммутации используются совместно и появляется возможность блокировки.

Внутренней блокировкой многозвенного КП называется такое его состояние, при котором соединение от вызывающего входа к требуемому свободному выходу не может быть установлено из-за отсутствия свободных промежуточных линий, доступных этим входу и выходу.

По этой причине в многозвенных схемах могут наступать отказы в установлении соединений при занятости всех выходов требуемого направления, а также при занятости тех промежуточных линий, которые ведут к свободным выходам требуемого направления соединения. Внутренние блоки­ровки, увеличивая число отказов в соединении, снижают пропускную спо­собность многозвенных схем.

Применяя полученные результаты сравнения однозвенных и многозвенных схем и связывая их анализом по критерию "эффективность-стоимость", можно сделать вывод, что сокращение объема оборудования, достигаемое применением многозвенных КП, ведет к увеличению потерь по сравнению с однозвенными полнодоступными схемами.

При установлении соединения между входом и выходом коммутационной схемы устройство управления АТС использует один из способов выбора свободного выхода и промежуточного пути к нему, то есть определенный режим искания.

Режимы искания отличаются друг от друга и поэтому реализуются на основе различных алгоритмов.

Режим свободного искания заключается в том, что для заданного входа коммутационной схемы отыскивается любой свободный и доступный ему выход.

Режим группового искания состоит в том, что для заданного входа коммутационной схемы отыскивается любой свободный и доступный ему выход в заданной группе выходов (в заданном направлении искания).

Режим линейного искания характеризуется тем, что для заданного входа коммутационной схемы отыскивается конкретный заданный и доступный ему выход.

Двухзвенная схема КП при единичной связности звеньев используется только в режимах свободного и группового исканий. Непригодность такой схемы для линейного искания обусловлена большой вероятностью внутренней блокировки между заданным входом и выходом КП.

Для увеличения числа соединительных путей между входом и выходом в режиме линейного искания, а следовательно и уменьшения вероятности внутренней блокировки, следует увеличивать число звеньев КП.

Пример трехзвенного КП с одинаковым числом N входов и выходов (S=V=N) приведен на рис. 9.5.

Здесь входы и выходы КП разделены на подгруппы. Входы каждой подгруппы обслуживаются отдельным коммутатором. Каждый из выходов ком­мутаторов звена А соединен со входом одного из К коммутаторов центрального звена (звена В). Третье звено С состоит из коммутаторов размерности "к*n", которые обеспечивают соединение каждого коммутатора центрального звена с группой N выходов.

Все коммутаторы центрального звена имеют параметры "(N/n)х(N/n)", что дает возможность реализовать соединение любого коммутатора звена А с любым коммутатором звена С. Это позволяет любое конкретное соединение входа с выходом установить К различными путями. Каждый из К путей проходит через отдельный коммутатор центрального звена.

Число точек коммутации в трехзвенной схеме КП равно:

N_тк = N/n(n*k) + k(N/n*N/n) + N/n(k*n) = 2N*k + k(N/n)².

Определим число коммутаторов центрального звена К из условия неблокируемости КП. Для этого необходимо обеспечить для любого соединения наличие коммутатора центрального звена, который имел бы свободную линию, связывающую его с соответствующим коммутатором звена А, и свободную линию, связывающую его с соответствующим коммутатором звена С.

Пусть на свободный вход i-го коммутатора звена А (рис. 9.6) поступает требование на соединение. В этом коммутаторе, следовательно, могут быть заняты оставшиеся (n-1) входов.

В требуемом i-ом коммутаторе также имеется n выходов. Следовательно, самое большее (n-1) выходов могут быть заняты, если свободен тот выход, с которым требуется установить соединение. Таким образом, если число коммутаторов центрального звена К = (n-1) + (n-1) + 1 = 2n - 1, то коммутационная схема является строго неблокирующейся.

Число точек в неблокирующемся трехзвенном КП равно

N_тк = 2N(2n-1) + (2n-1)*(N/n)² = 4Nn - 2N + 2N²/n - N²/n².

Минимизируя N_тк, требуется найти производную полученной функции N_тк(n) по n и приравнять ее нулю:

dN_тк/dn = 4N - 2N²/n² + 2N²/n³ = 0 или N²/n³ - N²/n² + 2N = 0.

Не решая строго кубического уравнения при больших значениях N, приближенно считаем N2/n2 = 2N и, следовательно, имеем выражение для расчета оптимального значения количества выходов.

Нетрудно показать, что данное выражение вполне пригодно для проведения инженерных расчетов:

 

n _opt = , тогда N_тк = 4N- 2N + =

= 4N+ 2N- 4N = 4N=

= 4N= 4N= 4N;

N_{тк min} = 4N.

При N=100 для однозвенной схемы N_тк(1) = 10⁴, а для трехзвенной N_тк(3)=400(10*1,42-1)=5280. При N=512 N_тк(1) = 261632, а N_тк(3)=63488.

Следует, однако, помнить, что наиболее существенное уменьшение числа точек коммутации может быть достигнуто не столько за счет введения дополнительных звеньев в КП, сколько за счет работы коммутационной схемы с приемлемо малым значением вероятности блокировки. Поэтому неблокирующиеся схемы КП используются в АТС достаточно редко.