Коммутационные поля на микроэлектронной элементной базе

Принцип реализации пространственной коммутации временных каналов

На рис. 2.7 показан элемент пространственной коммутации на 16 входящих цифровых трактов и 16 исходящих (выходных) временных цифровых трактов каждый на 32 временных положения. Эта схема состоит из 16 включенных параллельно по входу мультиплексоров, управляемых по времени информацией, которая поступает по управляющей шине из адресновременной памяти. Одно слово временной памяти содержит 16x64 бита. На каждый мультиплексор поступает 4 бита. Они указывают, какой тракт надо подключить в данном мультиплексоре в данном временном положении.

На приемном конце устанавливается аналогичная схема, но с подключенными демультиплексорами. Принцип управления остается тот же самый.

увеличить изображение
Рис. 2.7. Элемент пространственной коммутации каналов с разделением по времени (16 входных трактов на 16 выходных трактов по 32 временных положения в каждом.)

Пространственные коммутаторы широко применялись на начальных этапах создания цифровых АТС. Их главное достоинство — малая задержка коммутируемой информации. В настоящее время, в связи с увеличением скорости работы микросхем, почти везде употребляется пространственно-временная коммутация.

Принцип реализации пространственно-временного коммутатора

Принцип реализации пространственно-временного коммутатора с использованием запоминающего устройства (рис. 2.8) почти тот же самый, что и для временного коммутатора.

Рис. 2.8. Реализация пространственно-временной коммутации на базе запоминающего устройства (N цифровых трактов по 32 временных положения в каждом)

Информационная память устанавливается для каждого цифрового тракта. Адресная память устанавливается в объеме, равном суммарному числу каналов всех трактов, и управляет всеми трактами по принципу временной коммутации. Суммарное число каналов, которое может быть обслужено адресной памятью, зависит от ее быстродействия. Время опроса всех каналов должно быть равно времени одного цикла (кадра), т. е. 125 мкс = 125x10^-6 с. При работе коммутатора происходит два обращения к памяти: первое — когда внешнее управляющее устройство определяет номер временного положения адреса записи в запоминающем устройстве; второе — когда содержимое управляющей памяти, соответствующее временному интервалу, выбирается в качестве адреса считывания. Это время обозначим t_c. Операции записи и считывания должны выполняться для каждого временного канала (предполагая, что эти времена равны). Получим максимальное число каналов для данной скорости работы памяти:

C=125мкс/2t_cмкс,

где значение 125 мкс означает длительность цикла в микросекундах для частоты дискретизации речевого сигнала, равной 8 кГц,

t_c — длительность обращения к ЗУ в микросекундах.

В качестве примера предположим, что одно обращение к ЗУ требует 0,5 мкс.

Тогда число каналов C = 125 каналов.

Современные ЗУ имеют гораздо меньший цикл обращения. Поэтому суммарное количество каналов по всем цифровым трактам может достигать 1024-2048 каналов, т. е. 32-64 тракта по 32 канала в каждом.

Для организации пространственно-временной коммутации на базе запоминающего устройства можно мультиплексировать несколько потоков и проводить коммутацию этого высокоскоростного потока. На выходе можно снова разделить поток на несколько исходящих (рис. 2.8).

Для построения пространственно-временных коммутаторов применяются более сложные схемы. На рис. 2.9 показана схема, содержащая 16 двусторонних портов на 32 цифровых канала каждый. Под названием "порт" подразумевается часть схемы коммутации, принимающая и передающая цифровой поток. Как видно на рис. 2.9, она подразделяется на исходящую и входящую часть. На рисунке подробно показана входящая часть 0-го тракта и исходящая часть 16-го тракта. Проводность соединяющих эти порты шин показана на рисунке. Магистраль шины данных содержит 16 шин, магистраль "порт" — 4 шины, а магистраль "канал" — 5 шин, 14 шин для передачи обратных сигналов и для разводки тактовых.

Временные тракты включаются во входящую часть порта. Далее информация накапливается в преобразователе последовательной информации в параллельную. Параллельная передача информации позволяет уменьшить время обмена между портами в 16 раз и тем самым увеличить число обслуживаемых портов. Затем в соответствии с временным интервалом из адресной памяти считываются заданные адреса порта и канала.

Форматы управления этим элементом показаны на рис. 2.10.

увеличить изображение
Рис. 2.9. Элемент пространственно – временной коммутации каналов с разделением по времени (16 входных на 16 выходных трактов по 32 временных положения в каждом).

Формат состоит из 16 битов, что требует увеличения скорости передачи по сравнению с байтовым форматом в два раза, т. е. до 4096 Кбит/с.

Первые два бита указывают тип режима работы управляющего устройства элемента (его логики). Первый режим (признак 00) характеризует поступление формата, не содержащего информацию, и соответствует свободному временному каналу. В данном случае коммутация не производится.

Второй режим — режим установления соединения (признак 01). Работа элемента заключается в определении и записи информации в соответствии с вариантами поиска, записанными в поле тип поиска (в отличие от наименования поля формата, принятого разработчиками в телефонии, используется термин "вид искания").

Возможны следующие типы поиска.

• Любой канал Q в портах с номером P = 12 по 15 (для выходов звена A ).
• Любой канал Q в портах с номером P= 0 по 11 (для входов звена A ).
• Любой канал Q в портах с номером P= 7 по 15 (для выходов звена B, C ).
• Любой канал Q в портах с номером P= 0 по 7 (для входов звена B, C ).
• Любой канал Q в любом порту P (для каждого из типов матриц).
• Любой канал Q в портах с конкретным номером P, содержащимся в формате коммутируемого сообщения (рис. 2.9б).

  Для каждого из значений ( 0-11, 12-15, 0-7, 8-15, 0-15 ) в формате указывается отдельный код типа поиска.
• Канал с конкретным номером Q в порту с конкретным номером P.

В режиме установления соединения в соответствии с типом поиска управляющее устройство элемента определяет в памяти порт, в котором есть свободные каналы, и передает в этот порт информацию о поиске канала, после чего по обратной шине получает информацию о номере канала и записывает ее в собственную память. При этом учитывается число оставшихся каналов. Если канал задан в формате, показанном на рис. 2.9б, то информация просто записывается в память.

Рис. 2.10. Форматы управления коммутаций

В режиме коммутации речи (данные) формат поступает в соответствии с временным положением. Из адресной памяти считывается сначала адрес порта, а в следующем такте — адрес канала.

На исходящей стороне порта дешифраторы принимают адреса порта и канала и записывают информацию с шины данных в память. В дальнейшем эта информация считывается в соответствии с временным промежутком исходящей стороны.

Чтобы обеспечить дуплексную передачу, устанавливаются пары исходящих и входящих портов.

В соответствии с типом поиска элемент может настраиваться на различные модификации, которые условно показаны на рис. 2.10. Отметим, что можно коммутировать информацию не только от входов к выходам, но и между любыми входами одной матрицы. Информация нулевого канала воспринимается самим элементом коммутации для поддержания синхронизации порта с внешними источниками и передается автоматически в другие нулевые каналы.

Обратим внимание, что при современных скоростях элементная база порта может поддерживать тракт до 64 каналов, что равно двойной потребности. Поэтому каждый порт имеет два входа и два выхода и называется "дуальный порт".

Одним из узких мест системы является центральная шина, по которой проходит коммутация от 16 портов. Для ее разгрузки применяется прием мультиплексирования, когда в один и тот же момент времени каждая группа шин используется для передачи в различные порты (рис. 2.9).

Первым по шине передается адрес порта. Входная часть должна расшифровать его и открыть порт для принятия адреса канала. Порт должен оставаться открытым для принятия информации по следующей группе шин, а информация о порте может быть снята. В следующий момент эта информация передается по группе шин номера канала, и одновременно по группе передается адрес порта. Далее процесс повторяется для других групп шин, как это показано на рис. 2.11. Это позволяет не занимать шину свыше одного времени цикла "чтение — запись".

Рис. 2.11. Принцип уплотнения шин внутри коммутационной матрицы.

Показанный элемент в соответствии с форматом (полем "тип поиска) позволяет использовать его в трех модификациях. В отличие от ранее рассмотренных элементов все модификации создаются программным путем, а точнее по значению в поле тип поиска. Эти модификации показаны на рис. 2.12.

Первая модификация позволяет коммутировать информацию от любого из 16 входов к любому из 16 выходов (тип поиска "любой канал Q к любому каналу P "). Эта модификация в дальнейшем будет употребляться для построения группообразования на звене D.

Вторая модификация разделяет порты на входные (номера 0-7 ) и выходные (номера 8-15 ). Коммутация производится в основном от входного порта к выходному, но возможна коммутация между входными портами (выходными портами). Тип поиска — любой канал в портах 0-7 или с любым портом 0-15. Эта модификация в дальнейшем будет употребляться для построения группообразования на звеньях B и C.

Третья модификация дает возможность осуществлять концентрацию и позволяет коммутировать 12 входных портов с 0 по 11-й с 4-мя выходными портами с 12-15 и наоборот. Тип поиска — любой канал с любым каналом в портах с 0-11. Также возможна коммутация между входными (выходными) портами. Эта модификация в дальнейшем будет употребляться для построения группообразования на звене A. Форматы команд управления приведены на рис. 2.10.

Модификации матрицы показаны на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Модификации матрицы пространственно-временной коммутации в зависимости от значения поля формата "тип поиска"